人(ren)造金剛石微(wei)粉的(de)生產(chan)及其發(fa)展趨勢

金剛石(shi)微粉(fen)(fen)是當今(jin)國(guo)際上一(yi)種超硬精細研磨拋光(guang)材料(liao)。就其粒度(du)而(er)言(yan)它(ta)屬于(yu)微米、亞(ya)微米及納米粉(fen)(fen)體(ti)(ti)。與粗粒粉(fen)(fen)體(ti)(ti)相比(bi)，其比(bi)表面積和比(bi)表面官(guan)能團明顯增大，因而(er)在生(sheng)產過程(cheng)中，顆(ke)粒相互之間的(de)(de)作用力(li)大為增加。另外(wai)，隨著(zhu)粒度(du)的(de)(de)細化(hua)，顆(ke)粒本身(shen)的(de)(de)缺陷減少，強(qiang)度(du)必然增大。由(you)此可見，金剛石(shi)微粉(fen)(fen)的(de)(de)生(sheng)產過程(cheng)存(cun)在相當大的(de)(de)難度(du)，它(ta)不僅(jin)僅(jin)是顆(ke)粒細化(hua)的(de)(de)過程(cheng)，同時(shi)還(huan)伴隨著(zhu)晶體(ti)(ti)結構(gou)和表面物理化(hua)學(xue)(xue)性質等(deng)變化(hua)。所以說金剛石(shi)微粉(fen)(fen)的(de)(de)生(sheng)產工藝是一(yi)個涉(she)及機(ji)械、粉(fen)(fen)體(ti)(ti)工程(cheng)、力(li)學(xue)(xue)、物理化(hua)學(xue)(xue)、現代儀器(qi)與測試技術等(deng)多(duo)學(xue)(xue)科(ke)的(de)(de)工程(cheng)技術問題。

隨著尖端科技和高端制造業發展的需要，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、光學晶體、半導體基片等器件，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，所設計的精度及性能將得不到保證。所以,金(jin)剛石微粉的生(sheng)產出現以下發展趨勢：

一、金剛石微粉生產設備的自動化

金剛石微粉是由粗顆粒單晶金剛石經過破碎、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(su)(9m／see以上)運動顆(ke)粒(li)(li)之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)直接(jie)碰撞(zhuang)(zhuang)和(he)研磨(mo)，滾(gun)筒式(shi)球磨(mo)機(ji)(ji)就是以壓(ya)碎(sui)(sui)(sui)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)為主(zhu)兼(jian)有適量低速(su)(su)(su)機(ji)(ji)械沖擊(ji)(ji)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)破碎(sui)(sui)(sui)設(she)備。就方(fang)法(fa)而(er)論，用(yong)(yong)球磨(mo)機(ji)(ji)對金(jin)(jin)剛(gang)石破碎(sui)(sui)(sui)加工(gong)(gong)來(lai)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)金(jin)(jin)剛(gang)石微粉是最常用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)，球磨(mo)破碎(sui)(sui)(sui)法(fa)在(zai)我國金(jin)(jin)剛(gang)石微粉生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)中已使用(yong)(yong)了許(xu)多年(nian)，曾經取得了較(jiao)(jiao)為滿(man)意的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)效果。但由于存在(zai)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)效率(lv)低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)缺點，目(mu)前已被一種氣(qi)流粉碎(sui)(sui)(sui)機(ji)(ji)所取代，氣(qi)流粉碎(sui)(sui)(sui)機(ji)(ji)是以壓(ya)縮(suo)空氣(qi)為工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)介質，壓(ya)縮(suo)空氣(qi)通過特殊的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)音速(su)(su)(su)噴嘴向(xiang)粉碎(sui)(sui)(sui)室(shi)高速(su)(su)(su)噴射(she)，該氣(qi)流攜(xie)帶物料高速(su)(su)(su)運動，使物料與物料之間產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)強(qiang)烈碰撞(zhuang)(zhuang)、磨(mo)擦與剪(jian)(jian)切從而(er)達到粉碎(sui)(sui)(sui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。根(gen)據動能(neng)公式(shi)可(ke)知(zhi)，動能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)小(xiao)與質量及速(su)(su)(su)度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平方(fang)成正(zheng)比(bi)。當作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)在(zai)顆(ke)粒(li)(li)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力大(da)于它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)破壞應力時就產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)破碎(sui)(sui)(sui)。高速(su)(su)(su)沖擊(ji)(ji)碰撞(zhuang)(zhuang)使顆(ke)粒(li)(li)產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)體積(ji)破碎(sui)(sui)(sui)，而(er)剪(jian)(jian)切和(he)研磨(mo)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)則使顆(ke)粒(li)(li)產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)表面破碎(sui)(sui)(sui)。這種破碎(sui)(sui)(sui)方(fang)式(shi)對金(jin)(jin)剛(gang)石微粉的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)是很有利的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因(yin)為可(ke)以生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)出比(bi)較(jiao)(jiao)理想的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)顆(ke)粒(li)(li)形(xing)狀。氣(qi)流粉碎(sui)(sui)(sui)機(ji)(ji)最大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優點是不(bu)受機(ji)(ji)械線(xian)速(su)(su)(su)度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)限制，能(neng)夠產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)很高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)流速(su)(su)(su)度，特別是超(chao)音速(su)(su)(su)氣(qi)流粉碎(sui)(sui)(sui)機(ji)(ji)能(neng)產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)數倍于音速(su)(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)流速(su)(su)(su)，因(yin)而(er)能(neng)產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)巨大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)動能(neng)，比(bi)較(jiao)(jiao)容易獲得微米級(ji)(ji)和(he)亞微米級(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)細粉體。從粉碎(sui)(sui)(sui)原理上說，這種機(ji)(ji)型用(yong)(yong)于金(jin)(jin)剛(gang)石微粉的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)是較(jiao)(jiao)有發(fa)展(zhan)前景的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。

粒度分級是金剛石微粉生產工藝中很重要的一道工序。它涉及金剛石微粉的生產效率和質量，目前國內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合的工藝生產微粉。自然沉降法是一種直接應用斯托克斯定律的分選方法，根據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，雖然設備簡單、操作容易、質量穩定，但生產周期較長、勞動效率低下。為此，國內外不少廠家研究出自動化的分級設備，采用計算機技術和變頻控制技術，設置有自動攪拌、自動抽料、自動水循環和計算機控制四大系統，全數字化設計，控制精確，節能省電，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(bei)，具(ju)有自動化程度高、分選速度快(kuai)、分選精度準、無(wu)雜質污染(ran)、無(wu)人為因素干擾、產品品質穩(wen)定性(xing)強、重現性(xing)好、工人勞動強度小、企業勞動力成本(ben)低、一次性(xing)投料(liao)量大(da)的十大(da)顯著優點。符(fu)合了微(wei)粉產業未來發(fa)展的方向。

二、粒度分級細分化、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微化的方向發展。比如，電腦硬盤的紋理加工自從上世紀90年代(dai)開始使(shi)用金剛石微粉以(yi)來，粒(li)度(du)大小一直(zhi)迅速在變化，從開始的1微米左(zuo)右，到現在的0.1微(wei)米(mi)，近期很快將(jiang)要過渡到0.05微米（50nm）甚至更細的(de)水(shui)平。就2微米以細(xi)的金剛石微粉而(er)論，1986年制(zhi)訂的國家標(biao)準ＧＢ6966.1―1986中規(gui)定2um金(jin)剛(gang)石微粉有4級：0－0.5、0.5－1、0.5－1.5、0－2；1998年制訂的行業標(biao)準JB/T7990-1998中規定2微米以(yi)細(xi)的(de)金剛石(shi)微粉有6級：0－0.5、0－1、0.5－1、0.5－1.5、0－2、1－2；從廠(chang)家標準來(lai)說(shuo),金剛(gang)石微粉的粒度較細(xi),且粒度范圍更窄。惠豐公(gong)司(si)是國(guo)內最大的金剛石微(wei)粉(fen)生產廠家。它制訂的金剛石微(wei)粉(fen)標(biao)準中，2微米以細(xi)的共(gong)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(li)級(ji)范(fan)圍十分(fen)窄,可(ke)以稱得上是目前(qian)國際上的先進水平。

三、高耐磨性能的金剛石微粉

國內金剛石微粉多為以Ｉ型料的單晶金剛石為原料，由于Ｉ型料的固有的特性：雜質含量高、強度低，不能滿足高端市場對金剛石微粉的產品要求。國內少數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金剛石微粉，據市場反饋，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(yuan)件可達到最(zui)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。國內少數廠家根據金剛石微粉用途不同分為：刀具片（PCD）、石油復合片（PDC）、金剛石線鋸、樹脂結(jie)合劑(ji)磨具(ju)、金屬結(jie)合劑(ji)制品、研(yan)磨膏、研(yan)磨液等專(zhuan)用(yong)金剛石微粉，以滿足不同的需要。這是我國(guo)金剛石微粉調整產品結(jie)構，向專(zhuan)用(yong)化發展的正確方(fang)向，也是我國(guo)金剛石微粉趕(gan)超世界(jie)先進水平的重要步驟(zou)。

多晶金剛石微粉則是以具有脆性為特點,其(qi)顆粒形狀為不規則的準圓塊(kuai)狀,表面粗糙(cao)凹凸不平,當(dang)顆(ke)粒承受應力時,其脆性(xing)導致顆粒(li)碎裂,從而產生新的尖銳切削點(dian)，自銳性更好。這種金剛石微粉(fen)用于制(zhi)造樹脂粘(zhan)結劑砂輪等更為理想,具有柔和(he)的精磨和(he)拋光作(zuo)用(yong)。

無可置疑,金剛石微粉(fen)是使產品向高、精、尖發(fa)展的必(bi)不可少(shao)的磨(mo)料,它的應用具有(you)十分廣闊(kuo)的前景,其應用(yong)領域在不斷擴大(da)。

五、結束

從金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)微(wei)(wei)粉(fen)制造(zao)技術的發展(zhan)來(lai)看(kan)，還(huan)有(you)很多(duo)的新問題。如納米級金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)微(wei)(wei)粉(fen)解團聚方面，有(you)人(ren)采用(yong)表(biao)面改性(xing)的方法(fa)(fa)，有(you)人(ren)采用(yong)臨界(jie)烘干法(fa)(fa)，解決粉(fen)體烘干過程中的硬團聚體的存在(zai)(zai)，還(huan)有(you)新標(biao)準的制訂等(deng)(deng)等(deng)(deng)方面，總而言(yan)之，在(zai)(zai)我國(guo)行(xing)業技術人(ren)員的不懈努力下，我國(guo)的金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)微(wei)(wei)粉(fen)制造(zao)水平在(zai)(zai)不斷提高，可(ke)以自豪地認為，在(zai)(zai)同等(deng)(deng)材料及(ji)設備條件下，我們制造(zao)的金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)微(wei)(wei)粉(fen)具有(you)世界(jie)上(shang)最(zui)高的性(xing)價(jia)比(bi)，但相(xiang)比(bi)國(guo)際上(shang)的金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)微(wei)(wei)粉(fen)，我國(guo)的產品還(huan)是比(bi)較粗糙，特別是細(xi)分(fen)方面還(huan)不是很細(xi)致，這也是我們今后任務(wu)和發展(zhan)的目標(biao)。