中國(guó)粉體網(wǎng)訊 金剛石微粉主要分為單晶金剛石微粉、多晶金剛石微粉和納米金剛石微粉三種類型。除此之外還有一些其他金剛石微粉，像類多晶金剛石微粉、團(tuán)聚金剛石微粉。
金剛石微粉硬度高、耐磨性好，可廣泛用于切削、磨削、鉆探等，同時(shí)也是研磨拋光硬質(zhì)合金、陶瓷、寶石、光學(xué)玻璃等高硬度材料的理想原料。
金剛石微粉 圖源：奈克斯超硬材料有限公司
金剛石微粉就其粒度而言它屬于微米、亞微米及納米粉體。與粗粒粉體相比，其比表面積和比表面官能團(tuán)明顯增大，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)等變化。所以說(shuō)金剛石微粉的生產(chǎn)工藝是一個(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。
金剛石微粉生產(chǎn)工藝及設(shè)備
目前，最常見(jiàn)的金剛石微粉是將人造金剛石通過(guò)破碎、提純、分級(jí)等工藝生產(chǎn)的，主要生產(chǎn)工藝及流程如下圖所示，在生產(chǎn)低檔產(chǎn)品時(shí)，圖中虛線框工序可省略。
金剛石微粉制造工藝流程
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。
滾筒式球磨機(jī) 圖源：郴州恒達(dá)選礦機(jī)械廠有限公司
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)的工作原理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。
氣流粉碎機(jī) 圖源：宜興精新粉體設(shè)備科技有限公司
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。
金剛石微粉類型及應(yīng)用
單晶金剛石微粉是由靜壓法人造金剛石單晶磨粒，經(jīng)過(guò)粉碎、整形處理，采用超硬材料特殊的工藝方法生產(chǎn)。其顆粒保留了單晶金剛石的單晶體特性，其晶體形狀為規(guī)則、完整的六-八面體，有很高的強(qiáng)度、韌性和很好的熱穩(wěn)定性，抗沖擊能力強(qiáng)。
單晶金剛石 圖源：河南聯(lián)合精密
應(yīng)用：適用于電鍍制品、砂輪、磨輪的制造，用于高檔石材的拋光、雕刻、汽車玻璃、高檔家具、陶瓷、硬質(zhì)合金、磁性材料的加工等。研磨拋光硬質(zhì)合金、陶瓷、寶石、光學(xué)玻璃等高硬度材料的理想原料。
多晶金剛石微粉是利用高能在爆炸瞬間產(chǎn)生的極高爆熱和爆壓對(duì)石墨做功，使石墨轉(zhuǎn)變成類似天然carbonado結(jié)構(gòu)的金剛石，由于合成時(shí)間極短，金剛石晶粒中存在結(jié)構(gòu)缺陷，幾乎全部是由基本晶粒小于100納米的微晶通過(guò)共用晶面組成的金剛石顆粒，在一些特殊材料的加工過(guò)程中，由于多晶金剛石的特性不會(huì)對(duì)工件產(chǎn)生深度劃傷，同時(shí)在受到一定壓力后會(huì)促使金剛石表面的微晶晶粒連續(xù)剝落從而不斷形成新的切削刃，這樣的特點(diǎn)為一些高硬度特種材料的快速磨、拋加工提供了可能。多晶金剛石在一些高硬度特種材料上的去除率是普通金剛石產(chǎn)品的2-4倍，且不會(huì)產(chǎn)生劃傷。
多晶金剛石
應(yīng)用：主要運(yùn)用于芯片光學(xué)晶體/超精細(xì)加工、大型硅片超精拋光、表面改性等領(lǐng)域，球狀聚晶金剛石微粉外觀灰黑色，略呈金屬光澤。
類多晶金剛石微粉顆粒形態(tài)呈多孔結(jié)構(gòu)，表面具有大量鋒利的切削刃，研磨拋光后表面Ra值顯著降低，廣泛應(yīng)用于藍(lán)寶石、碳化硅晶體、陶瓷材料等硬脆材料的精密研磨拋光。
類多晶金剛石
納米金剛石微粉是由小于20納米粒徑的微晶金剛石顆粒組成，特殊的爆轟合成條件使其基本顆粒近球形，表面具有豐富的官能團(tuán)，比表面積相對(duì)單晶金剛石提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。它不僅有金剛石極好的硬度和研磨特性，同時(shí)也具有納米功能材料的新特性，應(yīng)用范圍更廣泛。
納米金剛石 圖源：河南豫星碳材
應(yīng)用：
1）精細(xì)研磨拋光：納米金剛石兼具有超硬材料及納米材料的特性，可用于精密零件的拋光生產(chǎn)中，用于超精細(xì)加工石英、光學(xué)玻璃、半導(dǎo)體、合金和金屬表面拋光，表面粗糙度值Ra可達(dá)到2-8nm；
2）醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用：納米金剛石可作為醫(yī)學(xué)研究中的生物載體，也可被應(yīng)用于人造骨骼、人造關(guān)節(jié)等表面耐磨涂層中，延長(zhǎng)人造骨、關(guān)節(jié)的使用壽命；
3）高導(dǎo)熱封裝材料：將納米金剛石加入金屬高導(dǎo)熱基體制備的復(fù)合材料，有望成為一種兼具低熱膨脹系數(shù)和高熱導(dǎo)率的新型電子封裝材料。
團(tuán)聚金剛石微粉是由精處理金剛石顆粒+結(jié)合劑，經(jīng)過(guò)特殊工藝處理集合在一起團(tuán)聚成多個(gè)球型金剛石。它擁有類球形外觀特征，微觀呈現(xiàn)多刃結(jié)構(gòu)，略呈天然礦物光澤的團(tuán)聚金剛石磨料。球形顆粒從內(nèi)到外都是金剛石混合包裹，粉體能夠持續(xù)起到研磨作用，并且研磨過(guò)程中保持高磨削力，可以做到其他金剛石磨料無(wú)法達(dá)到的表面質(zhì)量。
團(tuán)聚金剛石
團(tuán)聚金剛石微粉的大小粒徑可根據(jù)客戶需求進(jìn)行研發(fā)定制，目前，已經(jīng)成熟應(yīng)用于陶瓷、藍(lán)寶石、碳化硅等硬脆材料的精磨領(lǐng)域。
金剛石微粉發(fā)展趨勢(shì)
目前，金剛石微粉行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和工藝水平不斷提高，生產(chǎn)過(guò)程逐漸自動(dòng)化。同時(shí)，伴隨著尖端科技和高端制造業(yè)發(fā)展的需要，對(duì)金剛石微粉性能提出不同程度的要求。當(dāng)前國(guó)內(nèi)少數(shù)廠家已經(jīng)能夠根據(jù)用途生產(chǎn)不同類型的金剛石微粉，未來(lái)金剛石微粉行業(yè)將朝著精細(xì)化、專用化、功能化方向發(fā)展。
1）發(fā)展專用型金剛石微粉
由于新能源、新材料、新技術(shù)在金剛石工具制造領(lǐng)域的應(yīng)用、研發(fā)及工藝改進(jìn)，相關(guān)領(lǐng)域?qū)ζ浼庸すぞ叩男阅芴岢隽瞬町惢囊螅饎偸⒎坌袠I(yè)專用化和定制化的市場(chǎng)空間逐步擴(kuò)大，行業(yè)內(nèi)已開(kāi)發(fā)出復(fù)合片專用型金剛石微粉、線鋸專用型金剛石微粉等。
2）生產(chǎn)裝備智能化發(fā)展
粒度分級(jí)是金剛石微粉生產(chǎn)工藝中重要的工序，目前國(guó)內(nèi)金剛石微粉廣泛使用自動(dòng)化的分級(jí)設(shè)備，但不具備粒度在線檢測(cè)功能，無(wú)法達(dá)到更加智能化連續(xù)生產(chǎn)的目的。隨著微粉產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，未來(lái)全自動(dòng)化、分選速度快且精度準(zhǔn)、勞動(dòng)成本低的設(shè)備將成為行業(yè)主流。
3）發(fā)展超細(xì)、超純、超精和表面改性金剛石微粉
金剛石微粉具有較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和化學(xué)惰性，在精密磨削和拋光過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。但金剛石微粉容易因雜質(zhì)、受潮、磁性、靜電等因素聚成團(tuán)，在拋光半導(dǎo)體、光學(xué)鏡頭等精密工件過(guò)程中，存在劃傷工件的現(xiàn)象，將影響超細(xì)金剛石微粉在精密拋光領(lǐng)域的應(yīng)用。為細(xì)化金剛石微粉的結(jié)構(gòu)、提高磨具自銳性，同時(shí)有效降低切削損傷，改善表面加工質(zhì)量，下游市場(chǎng)的不斷轉(zhuǎn)型升級(jí)對(duì)金剛石微粉的粒度、雜質(zhì)、形貌、表面性能提出了越來(lái)越高的要求。微粉粒度集中、雜質(zhì)含量小于50ppm、形貌圓度更好、表面鍍覆或功能基團(tuán)處理等方面是金剛石微粉發(fā)展的方向。
4）推進(jìn)納米級(jí)金剛石在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用
由于金剛石具有生物相容性、無(wú)毒性和化學(xué)穩(wěn)定性，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)空間，納米金剛石與生物體的兼容性較好，是人造骨、人造關(guān)節(jié)的表面耐磨涂層的適宜材料，因其不粘連皮膚，可作外科敷料的內(nèi)層保護(hù)膜等，在生物成像、藥物傳輸、基因治療、癌癥診斷與治療等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域受到青睞，發(fā)達(dá)國(guó)家的相關(guān)領(lǐng)域每年從中國(guó)進(jìn)口的納米金剛石高速增長(zhǎng)。未來(lái)推進(jìn)納米金剛石在生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用將成為行業(yè)高端發(fā)展方向。
參考來(lái)源：
1.張書達(dá)等：金剛石微粉和拋光液的制造工藝檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用. 超硬材料工程
2.惠豐鉆石招股說(shuō)明書，河南聯(lián)合精密官網(wǎng)，河南豫星碳材官網(wǎng)，中國(guó)粉體網(wǎng)
3.郴州恒達(dá)選礦機(jī)械廠官網(wǎng)，宜興精新粉體設(shè)備科技官網(wǎng)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/輕言）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！
