中國粉體網(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，同時也是研磨拋光硬質(zhì)合金、陶瓷、寶石、光學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)過程存在相當大的難度，它不僅僅是顆粒細化的過程，同時還伴隨著晶體結(jié)構(gòu)和表面物理化學性質(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、物理化學、現(xiàn)代儀器與測試技術(shù)等多學科的工程技術(shù)問題。
金剛石微粉生產(chǎn)工藝及設(shè)備
目前，最常見的金剛石微粉是將人造金剛石通過破碎、提純、分級等工藝生產(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，圖中虛線框工序可省略。
金剛石微粉制造工藝流程
一般來說，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，即機械沖擊和氣流粉碎。
滾筒式球磨機就是以機械壓碎作用為主兼有適量低速沖擊作用的破碎設(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。
滾筒式球磨機 圖源：郴州恒達選礦機械廠有限公司
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，氣流粉碎機的工作原理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。
氣流粉碎機 圖源：宜興精新粉體設(shè)備科技有限公司
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。
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，有很高的強度、韌性和很好的熱穩(wěn)定性，抗沖擊能力強。
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納米的微晶通過共用晶面組成的金剛石顆粒，在一些特殊材料的加工過程中，由于多晶金剛石的特性不會對工件產(chǎn)生深度劃傷，同時在受到一定壓力后會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，且不會產(chǎn)生劃傷。
多晶金剛石
應(yīng)用：主要運用于芯片光學晶體/超精細加工、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，比表面積相對單晶金剛石提高了一個數(shù)量級。它不僅有金剛石極好的硬度和研磨特性，同時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，用于超精細加工石英、光學玻璃、半導體、合金和金屬表面拋光，表面粗糙度值Ra可達到2-8nm；
2）醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用：納米金剛石可作為醫(yī)學研究中的生物載體，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，延長人造骨、關(guān)節(jié)的使用壽命；
3）高導熱封裝材料：將納米金剛石加入金屬高導熱基體制備的復(fù)合材料，有望成為一種兼具低熱膨脹系數(shù)和高熱導率的新型電子封裝材料。
團聚金剛石微粉是由精處理金剛石顆粒+結(jié)合劑，經(jīng)過特殊工藝處理集合在一起團聚成多個球型金剛石。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，并且研磨過程中保持高磨削力，可以做到其他金剛石磨料無法達到的表面質(zhì)量。
團聚金剛石
團聚金剛石微粉的大小粒徑可根據(jù)客戶需求進行研發(fā)定制，目前，已經(jīng)成熟應(yīng)用于陶瓷、藍寶石、碳化硅等硬脆材料的精磨領(lǐng)域。
金剛石微粉發(fā)展趨勢
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)過程逐漸自動化。同時，伴隨著尖端科技和高端制造業(yè)發(fā)展的需要，對金剛石微粉性能提出不同程度的要求。當前國內(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，未來金剛石微粉行業(yè)將朝著精細化、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，相關(guān)領(lǐng)域?qū)ζ浼庸すぞ叩男阅芴岢隽瞬町惢囊�，金剛石微粉行業(yè)專用化和定制化的市場空間逐步擴大，行業(yè)內(nèi)已開發(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
粒度分級是金剛石微粉生產(chǎn)工藝中重要的工序，目前國內(nèi)金剛石微粉廣泛使用自動化的分級設(shè)備，但不具備粒度在線檢測功能，無法達到更加智能化連續(xù)生產(chǎn)的目的。隨著微粉產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，未來全自動化、分選速度快且精度準、勞動成本低的設(shè)備將成為行業(yè)主流。
3）發(fā)展超細、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度、硬度、耐磨性和化學惰性，在精密磨削和拋光過程中得到廣泛應(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，在拋光半導體、光學鏡頭等精密工件過程中，存在劃傷工件的現(xiàn)象，將影響超細金剛石微粉在精密拋光領(lǐng)域的應(yīng)用。為細化金剛石微粉的結(jié)構(gòu)、提高磨具自銳性，同時有效降低切削損傷，改善表面加工質(zhì)量，下游市場的不斷轉(zhuǎn)型升級對金剛石微粉的粒度、雜質(zhì)、形貌、表面性能提出了越來越高的要求。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處理等方面是金剛石微粉發(fā)展的方向。
4）推進納米級金剛石在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用
由于金剛石具有生物相容性、無毒性和化學穩(wěn)定性，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域具有廣闊的市場空間，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)學領(lǐng)域受到青睞，發(fā)達國家的相關(guān)領(lǐng)域每年從中國進口的納米金剛石高速增長。未來推進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。
參考來源：
1.張書達等：金剛石微粉和拋光液的制造工藝檢測技術(shù)及應(yīng)用. 超硬材料工程
2.惠豐鉆石招股說明書，河南聯(lián)合精密官網(wǎng)，河南豫星碳材官網(wǎng)，中國粉體網(wǎng)
3.郴州恒達選礦機械廠官網(wǎng)，宜興精新粉體設(shè)備科技官網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/輕言）
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