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金刚石微粉的分类及应用

2020-12-11 17:52 来自: 中国超硬材料网收藏邀请

金刚石微粉是指粒度细于60微米的金刚石颗粒，有单晶金刚石微粉和多晶金刚石微粉。随着纳米技术的快速发展，在原有的两大类金刚石微粉中又独立出了一个新类型：纳米金刚石微粉。单晶金刚石微粉：单晶金刚石微粉是由人 ...

金刚石微粉是指粒度细于60微米的金刚石颗粒，有单晶金刚石微粉和多晶金刚石微粉。随着纳米技术的快速发展，在原有的两大类金刚石微粉中又独立出了一个新类型：纳米金刚石微粉。

单晶金刚石微粉：

单晶金刚石微粉是由人造金刚石单晶磨粒，经过粉碎、整形处理，采用超硬材料特殊的工艺方法生产。金刚石微粉硬度高、耐磨性好，可广泛用于切削、磨削、钻探、抛光等。是研磨抛光硬质合金、陶瓷、宝石、光学玻璃等高硬度材料的理想原料。金刚石微粉制品是利用金刚石微粉加工制成的工具和构件。

多晶金刚石微粉：

多晶金刚石微粉是利用独特的定向爆破法由石墨制得，高爆速炸药定向爆破的冲击波使金属飞片加速飞行，撞击石墨片从而导致石墨转化为多晶金刚石。其结构与天然的金刚石极为相似，通过不饱和键结合而成，具有很好的韧性。

纳米金刚石微粉：

纳米技术是上世纪9O年代后兴起的一项高新技术，纳米级金刚石由尺寸为纳米级，即十亿分之一米的金刚石微粒组成，是近几年来用爆炸技术合成的新材料。它不但具有金刚石的固有特性，而且具有小尺寸效应、大比表面积效应、量子尺寸效应等，因而展现出纳米材料的特性。在爆轰波中合成的这种金刚石具有立方组织结构，晶格常数为（0.3562+0.0003）nm，晶体密度为3.1g／cm³，比表面积为300m²／g~390m²／g。用不同的化学方法处理后，金刚石表面可形成多种不同的官能团，这种金刚石晶体具有很高的吸附能力。

自90年代中期以后，由于高新工业技术与尖端科学技术发展的需要，金刚石微粉的生产出现以下发展趋势：

1、粒度分级越来越细，粒级范围越来越窄

目前许多工业技术部门都要求使用0至4um的金刚石微粉。就4um以细的金刚石微粉而论，1981年制订的美国国家标准ANSIB74.20—1981中规定4um以细的金刚石微粉只有3级:：0～1、0～2、2～4。1984年制订的行业标准1DA中规定4um以细的金刚石微粉有5级：0～1/2、0～1、0～2、1～3、2～4。

从厂家标准来说，金刚石微粉的粒度较细,且粒度范围较窄。其中美国G.E.公司制订的金刚石微粉标准中，4um以细的共分6级：0～1/2、0～1、0～2、1～2、1～3、2～4。而DeBeers公司制订的金刚石微粉标准中，4um以细的分为8级:0～1/2、0～1、0～2、1/2～1、1/4～1/2、1～2、1/2～3、2～4。到了1996年，美国kay工业金刚石公司制订的金刚石微粉标准将4um以细的分为17级，而且粒级范围十分窄，可以称得上是目前国际上最先进的水平。

2、天然金刚石微粉继续在发展

在工业金刚石中，人造金刚石的生产量约占四分之三甚至更多，但在一些部门人造金刚石目前还不能完全取代天然金刚石。DeBeers公司生产的SND金刚石微粉是唯一的天然金刚石微粉，其特点是颗粒形状和粒度十分均匀，具有锋利的切削边棱，最小粒度约为0～0.25um，用这种天然金刚石微粉配制的研磨膏用于抛光加工特硬冶金试样等十分有效。

3、超高研磨性能的金刚石微粉

研究所一直在大力研究和开发人造金刚石微粉研磨膏的应用。据他们认为，金刚石研磨膏应用于抛光高精度零件比用非金刚石磨料制成的研磨膏的生产效率提高1～2倍，而且加工的光洁度可提高一个等级。

金刚石研磨膏的应用十分广泛,常用于一些高精度高表面光洁度元器件的精磨和抛光。例如用于金相试样、拉丝模、钟表和其它工业用宝石轴承、压模和冲模、量规和块规、航空器高精度液压传动零件和内燃机零件、精密仪表元件、雷达设备、各种晶体管和陀螺仪零件等的精磨或抛光。此外还用于钻石、硬质合金、玻璃、石英、陶瓷、红宝石、蓝宝石、锗、硅和其它硬脆材料元件的研磨，以及铸铁、钢、有色金属和合金零件的抛光；钛、钽、锆和其它难加工稀有金属零件的精磨等等。

目前已有公司研制出一种超高研磨性能的人造金刚石微粉，其加工效率比天然金刚石微粉大得多。用于加工多角形钻石十分有效；加工硅二极管和锗二极管等元件可达到最高级的镜面光洁度。

4、具有严密粒度允差的金刚石微粉

这种金刚石微粉的粒度允差不超过±1um，以2～4um粒度级为例，其粒度分布百分比如下：

2.4至2.6um 0.2%；2.6至2.8um 3.3%；2.8至3.0um 7.0%；3.0至3.2um 9.4% ；3.2至3.4um 10.8%；3.4至3.6um 40.5%；3.6至3.8um 18.6%；3.8至4.0um 8.7%；4.0至4.2um 1.5%。

这种金刚石微粉用于至关重要的工业部门，绝对排除由于超规格颗粒引起的技术问题。

5、爆炸法合成的金刚石微粉

随着工业技术的进步，越来越要求超高精密度的尺寸公差，例如加工工业用的蓝宝石、铁氧体或陶瓷元件、定形金刚石制品，多相金相试样以及特硬金属零件等。实践证明，采用爆炸法合成的金刚石微粉可获得很好的技术经济效果。这种金刚石微粉的特点是多晶体颗粒，从显微结构和外观上说类似黑金刚石(Carbonado)，这一种稀有的天然聚晶金刚石，由于含微量元素而呈黑色，具有很高的硬度。

爆炸法合成的金刚石微粉是用高能炸药受控爆炸法合成的。目前国际上已开始进入工业规模生产。

6、发展专用型金刚石微粉

不同的金刚石微粉各具有其本身的特点。有一种单晶体颗粒的金刚石微粉，其颗粒为高强度的完整晶体，呈立方八面体形，有多棱切割表面，不容易剥落成无用的（无切削能力的）微细晶粒，与金属粘结剂有极为有效的保持力，在高温条件下有很高的强度和抗破碎和破裂能力，所以用于金属粘结剂的金刚石制品具有锋利的切削作用，并可获得较好的表面光洁度。

另一种金刚石微粉则是以具有脆性为特点，其颗粒形状为不规则的准圆块状，表面粗糙而且凹凸不平，当颗粒承受应力时，其脆性导致颗粒碎裂，从而产生新的尖锐切削点。这种金刚石微粉用于制造树脂粘结剂砂轮等很理想，具有柔和的精磨和抛光作用。

无可置疑，金刚石微粉是使产品向高、精、尖发展的必不可少的磨料，它的应用具有十分广阔的前景，它的应用领域在不断扩大，目前，工业发达国家正投入大量资金和人力进行合成全新型的工业品级金刚石的研究，这将为人造金刚石在科学技术上和工业上的应用开辟新的机遇。

来源：中国超硬材料网

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