河南省惠豐金剛石有限公司  祝世連 

　　摘  要  金剛石微粉屬于微米、亞微米及納米粉體，生產(chǎn)工藝難度很大。是一個涉及多學(xué)科的工程技術(shù)問題，隨著科技發(fā)展的需要，金剛石微粉的生產(chǎn)出現(xiàn)一些值得注意的發(fā)展趨勢。

　　關(guān)鍵詞  金剛石微粉；粒度分級；發(fā)展趨勢

　　前  言

　　金剛石微粉是當(dāng)今國際上一種超硬精細(xì)研磨拋光材料。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明顯增大，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。所以說金剛石微粉的生產(chǎn)工藝是一個涉及機械、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。

　　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)計的精度及性能將得不到保證。所以,金剛石微粉的生產(chǎn)出現(xiàn)以下發(fā)展趨勢：

　　一、金剛石微粉生產(chǎn)設(shè)備的自動化

　　金剛石微粉是由粗顆粒單晶金剛石經(jīng)過破碎、分級而得。一般來說，將適度粗粒的物料破碎至微米或亞微米粒度有三種基本機理，即壓碎，機械沖擊{高速(9m／see以上)運動顆粒之間的直接碰撞和研磨，滾筒式球磨機就是以壓碎作用為主兼有適量低速機械沖擊作用的破碎設(shè)備。就方法而論，用球磨機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，目前已被一種氣流粉碎機所取代，氣流粉碎機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動，使物料與物料之間產(chǎn)生強烈碰撞、磨擦與剪切從而達到粉碎的目的。根據(jù)動能公式可知，動能的大小與質(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)力時就產(chǎn)生破碎。高速沖擊碰撞使顆粒產(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，因為可以生產(chǎn)出比較理想的顆粒形狀。氣流粉碎機最大的優(yōu)點是不受機械線速度的限制，能夠產(chǎn)生很高的氣流速度，特別是超音速氣流粉碎機能產(chǎn)生數(shù)倍于音速的流速，因而能產(chǎn)生巨大的動能，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，這種機型用于金剛石微粉的生產(chǎn)是較有發(fā)展前景的。

　　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。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、勞動效率低下。為此，國內(nèi)外不少廠家研究出自動化的分級設(shè)備，采用計算機技術(shù)和變頻控制技術(shù)，設(shè)置有自動攪拌、自動抽料、自動水循環(huán)和計算機控制四大系統(tǒng)，全數(shù)字化設(shè)計，控制精確，節(jié)能省電，具有人工無法比擬的高效率、高可靠性和良好的操控性。比人工分選效率可提高10～20倍，具有自動化程度高、分選速度快、分選精度準(zhǔn)、無雜質(zhì)污染、無人為因素干擾、產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性強、重現(xiàn)性好、工人勞動強度小、企業(yè)勞動力成本低、一次性投料量大的十大顯著優(yōu)點。符合了微粉產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的方向。

　　二、粒度分級細(xì)分化、粒徑范圍集中化

　　隨著科技的進步，各種加工精度要求都是越來越高，所用的微粉粒度都在向更加細(xì)微化的方向發(fā)展。比如，電腦硬盤的紋理加工自從上世紀(jì)90年代開始使用金剛石微粉以來，粒度大小一直迅速在變化，從開始的1微米左右，到現(xiàn)在的0.1微米，近期很快將要過渡到0.05微米（50nm）甚至更細(xì)的水平。就2微米以細(xì)的金剛石微粉而論，1986年制訂的國家標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ6966.1―1986中規(guī)定2um 金剛石微粉有4級：0－0.5、0.5－1、0.5－1.5、0－2；1998年制訂的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T7990-1998中規(guī)定2微米以細(xì)的金剛石微粉有6級：0－0.5、0－1、0.5－1、0.5－1.5、0－2、1－2；從廠家標(biāo)準(zhǔn)來說,金剛石微粉的粒度較細(xì),且粒度范圍更窄?；葚S公司是國內(nèi)最大的金剛石微粉生產(chǎn)廠家。它制訂的金剛石微粉標(biāo)準(zhǔn)中，2微米以細(xì)的共分12級: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。粒級范圍十分窄,可以稱得上是目前國際上的先進水平。

　　三、高耐磨性能的金剛石微粉

　　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。用于加工多角形鉆石十分有效；加工硅二極管和鍺二極管等元件可達到最高級的鏡面光潔度。

　　四、專用型金剛石微粉

　　不同的金剛石微粉各具有其本身的特點。國內(nèi)少數(shù)廠家根據(jù)金剛石微粉用途不同分為：刀具片（PCD）、石油復(fù)合片（PDC）、金剛石線鋸、樹脂結(jié)合劑磨具、金屬結(jié)合劑制品、研磨膏、研磨液等專用金剛石微粉，以滿足不同的需要。這是我國金剛石微粉調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，向?qū)Ｓ没l(fā)展的正確方向，也是我國金剛石微粉趕超世界先進水平的重要步驟。

　　多晶金剛石微粉則是以具有脆性為特點,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,其脆性導(dǎo)致顆粒碎裂,從而產(chǎn)生新的尖銳切削點，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。

　　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)域在不斷擴大。

　　五、結(jié)束

　　從金剛石微粉制造技術(shù)的發(fā)展來看，還有很多的新問題。如納米級金剛石微粉解團聚方面，有人采用表面改性的方法，有人采用臨界烘干法，解決粉體烘干過程中的硬團聚體的存在，還有新標(biāo)準(zhǔn)的制訂等等方面，總而言之，在我國行業(yè)技術(shù)人員的不懈努力下，我國的金剛石微粉制造水平在不斷提高，可以自豪地認(rèn)為，在同等材料及設(shè)備條件下，我們制造的金剛石微粉具有世界上最高的性價比，但相比國際上的金剛石微粉，我國的產(chǎn)品還是比較粗糙，特別是細(xì)分方面還不是很細(xì)致，這也是我們今后任務(wù)和發(fā)展的目標(biāo)。

　　參考文獻：

　　1、李鳳生等：超細(xì)粉體技術(shù){Ｍ}北京，國防工業(yè)出版社。2000

　　2、談耀麟：金剛石微粉的界定，礦產(chǎn)與地質(zhì)，1997年第3期

　　3、祝世連：一種納米單晶金剛石及制造方法  專利公開號：ＣＮ1962964Ａ

　　4、談耀麟：金剛石微粉的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，地質(zhì)與勘探，1996年第1期