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    知识分享|细颗粒金刚石的制造

    关键词 细颗粒 , 金刚石|2022-10-17 16:08:26|技术信息|来源 中国超硬材料网
    摘要 细颗粒人造金刚石主要是指粒度在70/80以细的人造金刚石,主要用于高端磨具,运用于硬质合金、石材、陶瓷等硬质材料的磨削。而超细颗粒金刚石单晶广泛应用于机械、电子、航天、光学仪器、石...

           细颗粒人造金刚石主要是指粒度在70/80以细的人造金刚石,主要用于高端磨具,运用于硬质合金、石材、陶瓷等硬质材料的磨削。而超细颗粒金刚石单晶广泛应用于机械、电子、航天、光学仪器、石油和军工等领域,尤其是400目以细超细颗粒金刚石在磁头、光通信器件、激光发射器、特种光学玻璃、半导体基片和航空发动机等高精度的表面抛光磨削加工领域具有极大的应用需求,具有广阔的发展空间和应用前景。

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           随着多晶金刚石和优质微粉的大量应用,人们十分重视优质细颗金刚石生产技术的研究。本文将对细颗粒金刚石制造用原料的特性石墨和触媒粒度与优质细颗粒金刚石的生长关系,石墨和触媒配比与优质细颗粒金刚石的产量与质量关系,以及热力学条件对优质细颗粒金刚石生长的影响等问题作一一概述。 

           一、原材料的特性

           制造优质细颗粒的金刚石所用的主要原料,包括粉状石墨和粉状(或屑状)合金触媒。粉状石墨——碳化硅分解石墨。

    粉状触媒系采用喷粉法制得, 即将已熔化的合金在高速气流作用下喷入水中而分散成粉末的,这种方法的优点是加工速度快,生产能力大。

           但此法有严重的缺点:

           (1)高温下的合金溶液进人水中不可避免地氧化,这种表面氧化的粉末不宜直接作用触媒,因为它难于合成出质量满意的金刚石来。为此,粉末必须经酸洗以除去氧化层,这样不仅增加了材料的消耗,恶化了工作条件,更重要的是酸洗不能彻底去除氧化层。

           (2)喷粉法制得的粉末为圆球形,这种形状不易与石墨粉均匀混合。

           (3)所得粒度不集中其粒度组成难以合理地控制。

           为此,出现了一种机加工方法,用该方法生产合金粉末时,其表面不易氧化,保持了合金的金属光泽;另外,该方法制得的合金粉末为一面凹进、一面凸出的又长又尖的三角形, 这样的形状无疑有利于它与石墨粉的均匀混合,这点已被实践所证明。这种形状无疑比球形有更大的比表面积,因而有利于金刚石的生长;这种方法得到的金刚石十分均匀,因而能够合理地控制其粒度。

           应当指出,作为粉末触煤的合金应具有较好的抗氧化性能,这是因为粉末本身比表面积大,容易氧化,而合成金刚石不允许触媒氧化。

           实验证明,粉末触媒中减少Mn的含量能明显提高合金的抗氧化性。

           实践发现,触媒越细,则触媒与石墨粉在一定的压力下,在模具中所压制成的“预压成型棒”脱模后越松散,这意味着对相同腔体而言,越细化的粉末触媒所允许的装料量减少;装料量减少不仅影响触媒的总表面积,而且影响“预压成棒”在合成时的传压性。因此,建议控制粉末触媒的粒度是在1克产品中,应有2.5~3.5千颗的合金粉末。

           还必须指明的是,用上述触媒所制得的金刚石一般不感磁。

           二、石墨和触媒粒度与所获金刚石单产和质量的关系

           1、石墨粒度与金刚石单产和质量的关系

           随着石墨粒度变细,所获金刚石变小,完整晶体增多,但其产量则有下降。

           2、触媒粒度与金刚石单产和质量的关系

           所获细颗粒金刚石单产和质量均随触媒粒度减小而增加,但达到某一极值后,产量和质量均下降。

           实践还表明,触媒粒度越粗,粗粒度金刚石占的比例越大,且产量低、质量差。因此,要获得粒度细、质量高的金刚石,须选用偏细粒度的触媒。

           三、石墨和触媒配比与细颗粒金刚石单产、质量的关系

           当石墨和触媒的最佳粒度范围确定后,选择适当的配比对于获取高产、优质的细颗粒金刚石是重要的问题。

           四、 热力学条件对细颗粒金刚石晶体生长的影响

           热力学条件对金刚石成核、长大的影响问题,无论是对优质粗颗粒金刚石生长,还是对普通磨料级金刚石生长,都是必须探讨的内容;对于用粉状石墨和粉状(或屑状)触媒生长细颗粒金刚石当然也不应例外。为此就热力学条件对所获细颗粒金刚石的规律进行了探讨证明,压力高质量差,则产量高;合成功率高,质量好则是随着功率的增加而增加,但达到某一极值后产量下降。

           五、添加物对成核的影响

           有研究表明,通过添加微量元素和纳米粒子,调节温度压力参数控制金刚石成核数量,优选触媒材料及比例控制金刚石生长,并改变金刚石表面活化性能,解决金刚石团聚难题,提高提纯效率及产出率,最终可生产出涵盖粒度35~1μm(400~8000目)超细颗粒金刚石。

     

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