金剛石微粉的制造

★ 前言 ★

金剛石俗稱“金剛鉆”，也就是我們常說(shuō)的鉆石，它是一種由純碳組成的礦物，也是自然界中最堅(jiān)硬的物。18世紀(jì)末，人們發(fā)現(xiàn)身價(jià)高貴的金剛石竟然是碳的一種同素異形體，從此，制備人造金剛石就成為了許多科學(xué)家的光榮與夢(mèng)想。 

一個(gè)世紀(jì)以后，石墨 —— 碳的另一種單質(zhì)形式被發(fā)現(xiàn)了，人們便嘗試模擬自然過(guò)程，讓石墨在超高溫高壓的環(huán)境下轉(zhuǎn)變成金剛石。

人造金剛石亦被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)，工藝行業(yè)。

劃片刀中的金剛石微粉是當(dāng)今世界上硬度最高的磨料。它是通過(guò)碾碎大顆粒金剛石，獲得不同大小、不同晶型的金剛石微粉。

刀片中的金剛石微粉，具有硬度高、耐磨性好、韌性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

金剛石微粉的顆粒尺寸可分為微米、亞微米及納米幾種。與粗顆粒相比，其表面官能團(tuán)更大，因而在生產(chǎn)過(guò)程中，顆粒相互之間的作用力大為增加。另外，隨著粒度的細(xì)化，顆粒本身的缺陷減少，強(qiáng)度必然增大。

由此可見(jiàn)，金剛石微粉的生產(chǎn)過(guò)程存在相當(dāng)大的難度，它不僅僅是顆粒細(xì)化的過(guò)程，同時(shí)還伴隨著晶體結(jié)構(gòu)和表面物理化學(xué)性質(zhì)等的變化。

所以說(shuō)金剛石微粉的生產(chǎn)工藝過(guò)程是一個(gè)涉及機(jī)械、粉體工程、力學(xué)、物理化學(xué)、現(xiàn)代儀器與測(cè)試技術(shù)等多學(xué)科的工程技術(shù)問(wèn)題。

微粉的制造

隨著尖端科技和高端制造業(yè)發(fā)展的需要，許多精密器件的表面光潔度都要求很高，比如電腦磁盤、磁頭、光通信器件、光學(xué)晶體、半導(dǎo)體基片等器件，都需要精密的拋光加工，如果表面有任何超出許可范圍的凸凹、劃傷或者附著異物，所設(shè)計(jì)的精度及性能將不能得到保證。

破碎方法

一般來(lái)說(shuō)，將適度粗粒的物料破碎至微米或亞微米粒度有兩種基本方式，即機(jī)械沖擊和氣流粉碎。

滾筒式球磨機(jī)就是以機(jī)械壓碎作用為主兼有適量低速?zèng)_擊作用的破碎設(shè)備。就方法而論，用球磨機(jī)對(duì)金剛石破碎加工來(lái)生產(chǎn)金剛石微粉是最常用的方法，球磨破碎法在我國(guó)金剛石微粉生產(chǎn)中已使用了許多年，曾經(jīng)取得了較為滿意的效果。

但由于存在生產(chǎn)效率低的缺點(diǎn)，目前已被一種氣流粉碎機(jī)所取代，氣流粉碎機(jī)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)，壓縮空氣通過(guò)特殊的超音速噴嘴向粉碎室高速噴射，該氣流攜帶物料高速運(yùn)動(dòng)，使物料與物料之間產(chǎn)生強(qiáng)烈碰撞、磨擦與剪切從而達(dá)到粉碎的目的。

根據(jù)動(dòng)能公式可知，動(dòng)能的大小與質(zhì)量及速度的平方成正比。當(dāng)作用在顆粒上的力大于它的破壞應(yīng)力時(shí)就產(chǎn)生破碎。高速?zèng)_擊碰撞使顆粒產(chǎn)生體積破碎，而剪切和研磨作用則使顆粒產(chǎn)生表面破碎。這種破碎方式對(duì)金剛石微粉的生產(chǎn)是很有利的，因?yàn)榭梢陨a(chǎn)出比較理想的顆粒形狀。氣流粉碎機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是不受機(jī)械線速度的限制，能夠產(chǎn)生很高的氣流速度，特別是超音速氣流粉碎機(jī)能產(chǎn)生數(shù)倍于音速的流速，因而能產(chǎn)生巨大的動(dòng)能，比較容易獲得微米級(jí)和亞微米級(jí)的超細(xì)粉體。從粉碎原理上說(shuō)，這種機(jī)型用于金剛石微粉的生產(chǎn)是較有發(fā)展前景的。

分級(jí)方法

粒度分級(jí)是金剛石微粉生產(chǎn)工藝中很重要的一道工序。它涉及金剛石微粉的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，目前國(guó)內(nèi)最為廣泛使用的一種金剛石微粉粒度分級(jí)法是自然沉降法和離心法相結(jié)合的工藝生產(chǎn)微粉。

顆粒圖像分析儀

自然沉降法是一種直接應(yīng)用斯托克斯定律的分選方法，根據(jù)同一比重的顆粒因粒徑不同在水中沉降速度亦不同的原理，通過(guò)控制其沉降高度和沉降時(shí)間來(lái)分級(jí)粒度，雖然設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易、質(zhì)量穩(wěn)定，但生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、勞動(dòng)效率低下。

離心法實(shí)質(zhì)上是沉降法的一種，它將沉降槽置于高速旋轉(zhuǎn)的圓盤中，加快顆粒的沉降速度，從而大大縮短測(cè)量時(shí)間，提高測(cè)量精度，同時(shí)使超細(xì)顆粒的檢測(cè)成為可能。現(xiàn)在的離心式粒度分析儀轉(zhuǎn)速高達(dá)2萬(wàn)多轉(zhuǎn)/分鐘，檢測(cè)下限達(dá)到納米級(jí)別。

微粉類型

單晶金剛石   國(guó)內(nèi)金剛石微粉多為以Ｉ型料的單晶金剛石為原料，由于Ｉ型料的固有的特性：雜質(zhì)含量高、強(qiáng)度低，不能滿足高端市場(chǎng)對(duì)金剛石微粉的產(chǎn)品要求。

國(guó)內(nèi)少數(shù)金剛石微粉廠家采用Ⅱ型或Ⅲ型料的單晶金剛石為原料生產(chǎn)金剛石微粉，據(jù)市場(chǎng)反饋，該微粉其加工效率比普通的金剛石微粉大得多，耐磨性提高30%以上。

劃片刀產(chǎn)品目前多采用Ⅱ型或Ⅲ型磨料，具有更高的切割鋒利性。

多晶金剛石 多晶金剛石微粉則是以具有脆性為特點(diǎn)，其顆粒形狀為不規(guī)則的準(zhǔn)圓塊狀,表面粗糙凹凸不平，當(dāng)顆粒承受應(yīng)力時(shí)，其脆性導(dǎo)致顆粒碎裂，從而產(chǎn)生新的尖銳切削點(diǎn)，自銳性更好。

這種金剛石微粉用于制造樹(shù)脂粘結(jié)劑砂輪等更為理想，具有柔和的精磨和拋光作用。

★ 結(jié)語(yǔ) ★

無(wú)可置疑,金剛石微粉是使產(chǎn)品向高、精、尖發(fā)展的必不可少的磨料,它的應(yīng)用具有十分廣闊的前景,其應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大。