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，金剛石微粉的生產(chǎn)過程存在相當(dāng)大的難度，它不僅僅是顆粒細(xì)化的過程，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。

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

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

一般來說，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)對金剛石破碎加工來生產(chǎn)金剛石微粉是最常用的方法，球磨破碎法在我國金剛石微粉生產(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和亞微米級的超細(xì)粉體。從粉碎原理上說，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。

分級方法

粒度分級是金剛石微粉生產(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，目前國內(nèi)最為廣泛使用的一種金剛石微粉粒度分級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，通過控制其沉降高度和沉降時(shí)間來分級粒度，雖然設(shè)備簡單、操作容易、質(zhì)量穩(wěn)定，但生產(chǎn)周期較長、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，從而大大縮短測量時(shí)間，提高測量精度，同時(shí)使超細(xì)顆粒的檢測成為可能。現(xiàn)在的離心式粒度分析儀轉(zhuǎn)速高達(dá)2萬多轉(zhuǎn)/分鐘，檢測下限達(dá)到納米級別。

微粉類型

單晶金剛石   國內(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，不能滿足高端市場對金剛石微粉的產(chǎn)品要求。

國內(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 ★

無可置疑,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。