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(gè)涉及多學(xué)科的工程技術(shù)問(wèn)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(shì)。

　　關(guān)鍵詞  金剛石微粉；粒度分級(jí)；發(fā)展趨勢(shì)

　　前  言

　　金剛石微粉是當(dāng)今國(guó)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(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。

　　隨著*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(pán)、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(jì)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(shì)：

　　一、金剛石微粉生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化

　　金剛石微粉是由粗顆粒單晶金剛石經(jīng)過(guò)破碎、分級(jí)而得。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三種基本機(jī)理，即壓碎，機(jī)械沖擊{高速(9m／see以上)運(yùn)動(dòng)顆粒之間的直接碰撞和研磨，滾筒式球磨機(jī)就是以壓碎作用為主兼有適量低速機(jī)械沖擊作用的破碎設(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*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。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)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?lài)娮煜蚍鬯槭腋咚賴(lài)娚洌�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。根據(jù)動(dòng)能公式可知，動(dòng)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(shí)就產(chǎn)生破碎。高速?zèng)_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(duì)金剛石微粉的生產(chǎn)是很有利的，因?yàn)榭梢陨�產(chǎn)出比較理想的顆粒形狀。氣流粉碎機(jī)*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。

　　粒度分級(jí)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(guó)內(nèi)*為廣泛使用的一種金剛石微粉粒度分級(jí)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(guò)控制其沉降高度和沉降時(shí)間來(lái)分級(jí)粒度，雖然設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易、質(zhì)量穩(wěn)定，但生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、勞動(dòng)效率低下。為此，國(guó)內(nèi)外不少?gòu)S家研究出自動(dòng)化的分級(jí)設(shè)備，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)和變頻控制技術(shù)，設(shè)置有自動(dòng)攪拌、自動(dòng)抽料、自動(dòng)水循環(huán)和計(jì)算機(jī)控制四大系統(tǒng)，全數(shù)字化設(shè)計(jì)，控制*，節(jié)能省電，具有人工無(wú)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(dòng)化程度高、分選速度快、分選精度準(zhǔn)、無(wú)雜質(zhì)污染、無(wú)人為因素干擾、產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性強(qiáng)、重現(xiàn)性好、工人勞動(dòng)強(qiáng)度小、企業(yè)勞動(dòng)力成本低、一次性投料量大的十大顯著優(yōu)點(diǎn)。符合了微粉產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的方向。

　　二、粒度分級(jí)細(xì)分化、粒徑范圍集中化

　　隨著科技的進(jìn)步，各種加工精度要求都是越來(lái)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(pán)的紋理加工自從上世紀(jì)90年代開(kāi)始使用金剛石微粉以來(lái)，粒度大小一直迅速在變化，從開(kāi)始的1微米左右，到現(xiàn)在的0.1微米，近期很快將要過(guò)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ6966.1―1986中規(guī)定2um 金剛石微粉有4級(jí)：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(jí)：0－0.5、0－1、0.5－1、0.5－1.5、0－2、1－2；從廠家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō),金剛石微粉的粒度較細(xì),且粒度范圍更窄。惠豐公司是國(guó)內(nèi)*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(jí):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(jí)范圍十分窄,可以稱(chēng)得上是目前國(guó)際上的先進(jìn)水平。

　　三、高耐磨性能的金剛石微粉

　　國(guó)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(qiáng)度低，不能滿足高端市場(chǎng)對(duì)金剛石微粉的產(chǎn)品要求。國(guó)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(chǎng)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(dá)到**的鏡面光潔度。

　　四、專(zhuān)用型金剛石微粉

　　不同的金剛石微粉各具有其本身的特點(diǎn)。國(guó)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(shù)脂結(jié)合劑磨具、金屬結(jié)合劑制品、研磨膏、研磨液等專(zhuān)用金剛石微粉，以滿足不同的需要。這是我國(guó)金剛石微粉調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，向?qū)Ｓ没�發(fā)展的正確方向，也是我國(guó)金剛石微粉趕超世界先進(jìn)水平的重要步驟。

　　多晶金剛石微粉則是以具有脆性為特點(diǎn),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(shí),其脆性導(dǎo)致顆粒碎裂,從而產(chǎn)生新的尖銳切削點(diǎn)，自銳性更好。這種金剛石微粉用于制造樹(shù)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(wú)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(kuò)大。

　　五、結(jié)束

　　從金剛石微粉制造技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，還有很多的新問(wèn)題。如納米級(jí)金剛石微粉解團(tuán)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(guò)程中的硬團(tuán)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(guó)行業(yè)技術(shù)人員的不懈努力下，我國(guó)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*高的性?xún)r(jià)比，但相比國(guó)際上的金剛石微粉，我國(guó)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(xiàn)：

　　1、李鳳生等：超細(xì)粉體技術(shù){Ｍ}北京，國(guó)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(zhuān)利公開(kāi)號(hào)：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 

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