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人造金刚石微粉的生产及其发展趋势

阅读量 : 735        日期 : 2016-3-17

 金刚石微粉是当今国际上一种超硬精细研磨抛光材料。就其粒度而言它属于微米、亚微米及纳米粉体。与粗粒粉体相比,其比表面积和比表面官能团明显增大,因而在生产过程中,颗粒相互之间的作用力大为增加。另外,随着粒度的细化,颗粒本身的缺陷减少,强度必然增大。由此可见,金刚石微粉的生产过程存在相当大的难度,它不仅仅是颗粒细化的过程,同时还伴随着晶体结构和表面物理化学性质等变化。所以说金刚石微粉的生产工艺是一个涉及机械、粉体工程、力学、物理化学、现代仪器与测试技术等多学科的工程技术问题。

 

  随着尖端科技和高端制造业发展的需要,许多精密器件的表面光洁度都要求很高,比如电脑磁盘、临沂超伟柜台货架磁头、光通信器件、光学晶体、半导体基片等器件,都需要精密的抛光加工,如果表面有任何超出许可范围的凸凹、划伤或者附着异物,所设计的精度及性能将得不到保证。所以,金刚石微粉的生产出现以下发展趋势:
 
一、金刚石微粉生产设备的自动化
 
  金刚石微粉是由粗颗粒单晶金刚石经过破碎、分级而得。一般来说,将适度粗粒的物料破碎至微米或亚微米粒度有三种基本机理,即压碎,机械冲击{高速(9m/see以上)运动颗粒之间的直接碰撞和研磨,滚筒式球磨机就是以压碎作用为主兼有适量低速机械冲击作用的破碎设备。就方法而论,用球磨机对金刚石破碎加工来生产金刚石微粉是最常用的方法,球磨破碎法在我国金刚石微粉生产中已使用了许多年,曾经取得了较为满意的效果。但由于存在生产效率低的缺点,目前已被一种气流粉碎机所取代,气流粉碎机是以压缩空气为工作介质,压缩空气通过特殊的超音速喷嘴向粉碎室高速喷射,该气流携带物料高速运动,使物料与物料之间产生强烈碰撞、磨擦与剪切从而达到粉碎的目的。根据动能公式可知,动能的大小与质量及速度的平方成正比。当作用在颗粒上的力大于它的破坏应力时就产生破碎。高速冲击碰撞使颗粒产生体积破碎,而剪切和研磨作用则使颗粒产生表面破碎。这种破碎方式对金刚石微粉的生产是很有利的,因为可以生产出比较理想的颗粒形状。气流粉碎机最大的优点是不受机械线速度的限制,能够产生很高的气流速度,特别是超音速气流粉碎机能产生数倍于音速的流速,因而能产生巨大的动能,比较容易获得微米级和亚微米级的超细粉体。从粉碎原理上说,这种机型用于金刚石微粉的生产是较有发展前景的。
 
  粒度分级是金刚石微粉生产工艺中很重要的一道工序。它涉及金刚石微粉的生产效率和质量,目前国内最为广泛使用的一种金刚石微粉粒度分级法是自然沉降法和离心法相结合的工艺生产微粉。自然沉降法是一种直接应用斯托克斯定律的分选方法,电脑绗缝机生产厂家根据同一比重的颗粒因粒径不同在水中沉降速度亦不同的原理,通过控制其沉降高度和沉降时间来分级粒度,虽然设备简单、操作容易、质量稳定,但生产周期较长、劳动效率低下。为此,国内外不少厂家研究出自动化的分级设备,采用计算机技术和变频控制技术,设置有自动搅拌、自动抽料、自动水循环和计算机控制四大系统,全数字化设计,控制精确,节能省电,具有人工无法比拟的高效率、高可靠性和良好的操控性。棉花机械比人工分选效率可提高10~20倍,具有自动化程度高、分选速度快、分选精度准、无杂质污染、无人为因素干扰、产品品质稳定性强、重现性好、工人劳动强度小、企业劳动力成本低、一次性投料量大的十大显著优点。符合了微粉产业未来发展的方向。
 
二、粒度分级细分化、粒径范围集中化
 
  随着科技的进步,各种加工精度要求都是越来越高,所用的微粉粒度都在向更加细微化的方向发展。比如,电脑硬盘的纹理加工自从上世纪90年代开始使用金刚石微粉以来,粒度大小一直迅速在变化,从开始的1微米左右,到现在的0.1微米,近期很快将要过渡到0.05微米(50nm)甚至更细的水平。就2微米以细的金刚石微粉而论,1986年制订的国家标准GB6966.1―1986中规定2um 金刚石微粉有4级:0-0.5、手机柜台0.5-1、0.5-1.5、0-2;1998年制订的行业标准JB/T7990-1998中规定2微米以细的金刚石微粉有6级:0-0.5、0-1、0.5-1、0.5-1.5、0-2、1-2;从厂家标准来说,金刚石微粉的粒度较细,且粒度范围更窄。惠丰公司是国内最大的金刚石微粉生产厂家。它制订的金刚石微粉标准中,2微米以细的共分12级:0-0.06、0-0.1、0-0.125、0-0.2、0-0.25、0.1-0.25、0.2-0.5、0.25-1、0.5-1、0.5-1.5、0-2、1-2。粒级范围十分窄,可以称得上是目前国际上的先进水平。
 
三、高耐磨性能的金刚石微粉
 
  国内金刚石微粉多为以I型料的单晶金刚石为原料,由于I型料的固有的特性:杂质含量高、强度低,石英石设备不能满足高端市场对金刚石微粉的产品要求。国内少数金刚石微粉厂家采用Ⅱ型或Ⅲ型料的单晶金刚石为原料生产金刚石微粉,据市场反馈,该微粉其加工效率比普通的金刚石微粉大得多,耐磨性提高30%以上。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。
 
四、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。国内少数厂家根据金刚石微粉用途不同分为:刀具片(PCD)、石油复合片(PDC)、金刚石线锯、树脂结合剂磨具、金属结合剂制品、研磨膏、研磨液等专用金刚石微粉,以满足不同的需要。这是我国金刚石微粉调整产品结构,向专用化发展的正确方向,也是我国金刚石微粉赶超世界先进水平的重要步骤。
 
  多晶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,自锐性更好。这种金刚石微粉用于制造树脂粘结剂砂轮等更为理想,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,其应用领域在不断扩大。
 
五、结束
 
  从金刚石微粉制造技术的发展来看,还有很多的新问题。如纳米级金刚石微粉解团聚方面,有人采用表面改性的方法,有人采用临界烘干法,解决粉体烘干过程中的硬团聚体的存在,还有新标准的制订等等方面,总而言之,在我国行业技术人员的不懈努力下,我国的金刚石微粉制造水平在不断提高,可以自豪地认为,在同等材料及设备条件下,我们制造的金刚石微粉具有世界上最高的性价比,但相比国际上的金刚石微粉,我国的产品还是比较粗糙,特别是细分方面还不是很细致,这也是我们今后任务和发展的目标。