進入21世紀后,由于技術(shù)的進步和關(guān)鍵技術(shù)點的突破,又興起了納米金剛石的規(guī)?;苽浼夹g(shù)與應用研究的新高潮。國內(nèi)參與此項研究工作的科研院所與工廠公司也越來越多,在納米金剛石的應用研究方面也取得了一定的成果。
2000年以來,西安交通大學、吉林大學、清華大學、裝甲兵工程學院、中國科技大學、長沙礦冶研究院、中北大學(華北工學院)、燕山大學、西北大學、南京理工大學等對爆轟合成納米金剛石,從合成工藝、影響因素、提純技術(shù)、性能表征、分散技術(shù)以及在多方面的應用技術(shù),進行了較為系統(tǒng)的研究。同時也培養(yǎng)了一批納米金剛石研究方面的人才。
天津市乾宇超硬材料有限公司,將納米金剛石添加到SDZ-02型改性內(nèi)燃機油中,可顯著提高減磨效果,遠延長了內(nèi)燃機使用壽命。
北京裝甲兵工程學院將納米金剛石加入到粘結(jié)劑中制成了金屬補劑,抗拉強度提高72%,扭轉(zhuǎn)強度提高20%。
西北核技術(shù)研究所從1998年起,把納米金剛石用作高分子材料的強化填料,研究了納米金剛石對幾種常用橡膠的強化作用,結(jié)果表明,強度和耐磨性都有很大提高,同時減緩了橡膠老化現(xiàn)象的發(fā)生。
以納米金剛石為原料,可在較低的溫度壓力下形成各向同性的金剛石聚晶。這種聚晶由于金剛石顆粒細小,且顆粒間結(jié)合強度較高,故不易斷裂和磨損,用于制造高強度、高壽命的聚晶刀具,應用于高精度機械加工領(lǐng)域。
用納米金剛石配成拋光料對K8光學玻璃、電化學沉積Ni、硅和Sapphire涂層進纖行研磨和拋光后,其粗糙度分別達到5~10、10~12、6~10和17~20埃。
用含納米金剛石的電鍍液制成沖壓模具、工具等復合電鍍層,可大大提高其硬度和耐磨性,從而提高了工具的使用壽命。華僑大學、中國地質(zhì)大學、裝甲兵工程學院、北京機電研究所都開展過類似工作,并取得了良好效果。
用納米金剛石制作磁記錄材料的保護層,存取速度高且耐磨。
還可利用這種鍍層硬度高、耐腐蝕、耐熱沖擊的特性,制作密封層,其性能遠遠優(yōu)于一般密封材料。
西北大學用納米金剛石沉積生成的導電金剛石薄膜,可以作為低閥值的真空冷發(fā)射陰極,制造低功耗高亮度的平板光顯示陰極。
國外科學家預言,金剛石在不久的將來在一些特殊領(lǐng)域中將代替目前使用的半導體硅片,成為高速電子器件用半導體材料的主流。
與第四軍醫(yī)大學合作,把納米金剛石作為生物抗體的載體,因它具有很好的表面惰性,不含重金屬雜質(zhì),不會使生物抗體發(fā)生結(jié)構(gòu)和性能上的變化,不會影響其功能的發(fā)揮,有可能在醫(yī)療上得到廣泛的應用。
四川久納新材料有限公司用Carbonado型多晶金剛石微粉對藍寶石進行研磨加工,研磨效率是單晶金剛石的3倍以上。研磨表面的劃痕、微裂紋少,光潔度高,在電子、航天、航空、LED等高技術(shù)領(lǐng)域都有廣泛的應用。
使用多晶金剛石的磨削精度空前提高:
1、在使用2~4μm的多晶金剛石粉研磨工件時,Ra(不平度)<1.6nm。
2、在使用0~0.5μm多晶金剛石粉研磨工件時,Ra=1.3~1.4nm。
3、在使用0~0.125μm多晶金剛石粉研磨工件時,Ra<0.1nm。
以上應用僅是個初步的,是良好的開端。納米金剛石能否產(chǎn)業(yè)化,主要取決于應用。因此,加大納米金剛石應用技術(shù)的研究與開發(fā)力度則是關(guān)鍵。
二、納米金剛石及制品的產(chǎn)業(yè)化
經(jīng)過近20年的研究開發(fā),納米金剛石已經(jīng)從實驗室階段走向工業(yè)規(guī)?;a(chǎn),其應用也有了較大的進展。主要集中在以下幾個方面。
?。ㄒ唬?、納米金剛石黑粉、灰粉的規(guī)模化生產(chǎn)
青海微晶納米科技有限公司、成都天成鑫鉆納米科技股份有限公司、廣州廣達機電有限公司、甘肅金石納米材料有限公司、深圳市金剛源新材料發(fā)展有限公司、山東黃金集團金凱馳納米科技有限責任公司、北京國瑞升科技有限公司、鄭州聯(lián)合新材料公司、陜西藝林實業(yè)有限公司都是用爆轟法生產(chǎn)納米金剛石粉末的專業(yè)制造企業(yè),有年產(chǎn)1000萬克拉的爆轟納米金剛石的能力。
山西太原科華納米聚晶金剛石公司、大連凱峰超硬材料公司、四川久納新材料有限公司、四川科騰新材料有限責任公司等,都有年產(chǎn)幾千萬克拉的Carbonado型多晶金剛石微粉的能力。
目前由于下游產(chǎn)品的研發(fā)及其推廣應用緩慢,因此生產(chǎn)潛能遠遠沒有得到發(fā)揮。
?。ǘ?、以納米金剛石為添加劑的潤滑油、磨合油的規(guī)?;a(chǎn)
經(jīng)過十幾年的探索與研究,解決了納米金剛石粉的分散技術(shù),含有納米金剛石的潤滑油或磨合油已走向工業(yè)規(guī)?;a(chǎn)。國內(nèi)有成都天成鑫鉆納米科技股份有限公司的“金剛動力寶”牌納米金剛石燃油添加劑、深圳金剛源公司的“金剛源”牌納米金剛石潤滑油添加劑,天津市乾宇超硬材料有限公司生產(chǎn)的“狗魚”牌發(fā)動機磨合油、潤滑油、齒輪油等,山東黃金集團金凱馳納米科技有限責任公司生產(chǎn)的金凱馳納米金剛石抗磨劑,北京博納士公司的博納士納米燃油添加劑,東風合力(哈爾濱)石化有限公司生產(chǎn)的“合力”牌納米金剛石潤滑油等。
?。ㄈ?、以納米金剛石為添加劑的復合鍍層的規(guī)?;a(chǎn)
山東黃金集團金凱馳納米材料有限公司、成都天成鑫鉆納米科技股份有限公司開發(fā)的納米金剛石復合鍍鎳技術(shù)已在某易磨損件上成功獲得工業(yè)化應用,硬度極大提高,摩擦系數(shù)顯著降低,耐磨性能極佳,使用壽命達到國際先進水平。
三、納米金剛石及制品的發(fā)展展望
納米金剛石是具有豐富特性內(nèi)涵的材料,是一個極具挑戰(zhàn)性又充滿機遇的領(lǐng)域。經(jīng)過十幾年的研究與生產(chǎn),認識到納米金剛石可在生產(chǎn)原料、國防工業(yè)、精密拋光、石化、生物醫(yī)學、電子、機械、化學等國民經(jīng)濟和我們的日常生活中均有著廣闊的應用前景,相信在不久的將來,會在各個行業(yè)得到規(guī)?;瘧?。(本文節(jié)選自《中國超硬材料工業(yè)五十年》)