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。
單晶金剛石微粉是由人造金剛石單晶磨粒,經(jīng)過粉碎、整形處理,采用特殊的工藝方法生產(chǎn)。
多晶金剛石微粉是利用獨特的定向爆破法由石墨制得,高爆速炸藥定向爆破的沖擊波使金屬飛片加速飛行,撞擊石墨片從而導(dǎo)致石墨轉(zhuǎn)化為多晶金剛石。其結(jié)構(gòu)與天然的卡邦那多金剛石極為相似,其顆粒由微小的金剛石晶粒通過不飽和鍵結(jié)合而成,具有很好的韌性,但由于多晶金剛石微粉受合成條件的限制,生產(chǎn)廠家很少,產(chǎn)品成本較高。
金剛石微粉硬度高、耐磨性好,可廣泛用于切削、磨削、鉆探等。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。金剛石微粉制品是利用金剛石微粉加工制成的工具和構(gòu)件。
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。
金剛石微粉用途
傳統(tǒng)金剛石微粉可分為兩大類,多晶金剛石微粉和單晶金剛石微粉。隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展,在原有的兩大類金剛石微粉中又獨立出了一個新類型:納米金剛石微粉。
1.多晶金剛石微粉
多晶金剛石是在爆炸形成的瞬態(tài)強沖擊波作用下合成的。它是以納米晶構(gòu)成的微米和亞微米級聚晶,聚晶由于各向同性,無解理面,抗沖擊,抗彎強度高,因此它既具有超硬材料的硬度,同時又兼有納米材料超常的高強度和高韌性。其雙重優(yōu)點構(gòu)成了其獨一無二的物理性能,在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)中有重要的應(yīng)用。
用途: 主要運用于芯片光學(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。
2.單晶金剛石微粉
單晶金剛石微粉晶體形狀為規(guī)則、完整的六-八面體,有很高的強度、韌性和很好的熱穩(wěn)定性,抗沖擊能力強。用途: 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。
3.納米金剛石微粉
納米金剛石微粉不但具有金剛石的固有特性,而且具有小尺寸效應(yīng)、大比表面積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等,因而展現(xiàn)出納米材料的特性。在爆轟波中合成的這種金剛石具有立方組織結(jié)構(gòu),晶格常數(shù)為(0.3562+0.0003)nm,晶體密度為3.1g/cm3,比表面積為300m2/g~390m2/g。在不同的化學(xué)處理后,金剛石表面可形成多種不同的官能團,這種金剛石晶體具有很高的吸附能力。
納米級金剛石其它用途:
(1)配制高級研磨膏和拋光液,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。
(2)配制催化劑:納米級金剛石和無定形碳,有很大的比表面積,含有各式各樣的表面官能團,活性很強,用其配制催化劑,可提高活性數(shù)據(jù)促進有機化合物的相互作用。
(3)制備納米復(fù)合結(jié)構(gòu)材料:把納米級金剛石與納米硅粉、納米陶瓷和各種納米金屬復(fù)合,可制造出新型的納米結(jié)構(gòu)材料,因其獨特的性能,可制造半導(dǎo)體器件,集成電路元件和微機零件。
隨著金剛石工具制造業(yè)的日益成熟以及中國經(jīng)濟的快速增長,我國在金剛石微粉的市場需求也在高速增長。工具制造技術(shù)的進步,也對上游的金剛石微粉行業(yè)提出了更高的要求。由于不同結(jié)晶狀態(tài)不同粒型的金剛石微粉各具有其本身的特點,國內(nèi)少數(shù)廠家已經(jīng)能夠根據(jù)金剛石微粉用途不同生產(chǎn)不同類型的金剛石微粉。例如:刀具片(PCD)、樹脂結(jié)合劑磨具、金屬結(jié)合劑制品、研磨膏專用金剛石微粉等等。這是我國金剛石微粉行業(yè)升級調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu),向高端專用化發(fā)展,追趕世界先進水平的重要步驟。