人造(zao)金剛(gang)石微粉(fen)的(de)生產及其發展趨勢

金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石微(wei)粉是當今國際上(shang)一(yi)(yi)種超硬(ying)精細(xi)(xi)研磨拋光材料。就其粒(li)(li)度(du)而言它(ta)屬于微(wei)米(mi)、亞微(wei)米(mi)及納米(mi)粉體(ti)。與粗粒(li)(li)粉體(ti)相(xiang)比，其比表(biao)面積和比表(biao)面官能團明顯(xian)增(zeng)(zeng)大(da)，因而在生(sheng)產(chan)(chan)過程(cheng)中(zhong)，顆(ke)粒(li)(li)相(xiang)互之間的(de)(de)作用(yong)力大(da)為增(zeng)(zeng)加(jia)。另外，隨著(zhu)粒(li)(li)度(du)的(de)(de)細(xi)(xi)化，顆(ke)粒(li)(li)本身的(de)(de)缺(que)陷(xian)減少，強(qiang)度(du)必然增(zeng)(zeng)大(da)。由此(ci)可見，金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石微(wei)粉的(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)過程(cheng)存在相(xiang)當大(da)的(de)(de)難度(du)，它(ta)不僅(jin)僅(jin)是顆(ke)粒(li)(li)細(xi)(xi)化的(de)(de)過程(cheng)，同時還伴隨著(zhu)晶(jing)體(ti)結(jie)構和表(biao)面物(wu)理(li)化學(xue)性質(zhi)等(deng)變化。所以說金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石微(wei)粉的(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)工藝是一(yi)(yi)個(ge)涉及機械、粉體(ti)工程(cheng)、力學(xue)、物(wu)理(li)化學(xue)、現代儀器與測試(shi)技術(shu)等(deng)多學(xue)科的(de)(de)工程(cheng)技術(shu)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,金剛石微粉的(de)生產(chan)出現(xian)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(9m／see以上)運動(dong)(dong)顆(ke)粒之間(jian)的(de)(de)(de)(de)直接碰撞(zhuang)和研磨(mo)(mo)(mo)，滾筒式球磨(mo)(mo)(mo)機(ji)就(jiu)是(shi)以壓(ya)碎(sui)(sui)(sui)(sui)作用(yong)(yong)為主兼有(you)適量(liang)(liang)低速(su)機(ji)械(xie)(xie)沖擊作用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)破(po)(po)碎(sui)(sui)(sui)(sui)設備。就(jiu)方(fang)法(fa)而(er)論，用(yong)(yong)球磨(mo)(mo)(mo)機(ji)對金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)破(po)(po)碎(sui)(sui)(sui)(sui)加工來生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)微(wei)粉(fen)(fen)(fen)(fen)是(shi)最常用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)，球磨(mo)(mo)(mo)破(po)(po)碎(sui)(sui)(sui)(sui)法(fa)在(zai)我國金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)微(wei)粉(fen)(fen)(fen)(fen)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)中已(yi)使(shi)用(yong)(yong)了許多年，曾經(jing)取(qu)得了較(jiao)為滿(man)意的(de)(de)(de)(de)效果。但由于(yu)存(cun)在(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)效率低的(de)(de)(de)(de)缺點，目前已(yi)被(bei)一種氣(qi)流(liu)(liu)(liu)粉(fen)(fen)(fen)(fen)碎(sui)(sui)(sui)(sui)機(ji)所(suo)取(qu)代(dai)，氣(qi)流(liu)(liu)(liu)粉(fen)(fen)(fen)(fen)碎(sui)(sui)(sui)(sui)機(ji)是(shi)以壓(ya)縮(suo)空氣(qi)為工作介質，壓(ya)縮(suo)空氣(qi)通(tong)過特殊的(de)(de)(de)(de)超(chao)音(yin)(yin)速(su)噴(pen)嘴向粉(fen)(fen)(fen)(fen)碎(sui)(sui)(sui)(sui)室高(gao)速(su)噴(pen)射，該氣(qi)流(liu)(liu)(liu)攜帶物料(liao)高(gao)速(su)運動(dong)(dong)，使(shi)物料(liao)與物料(liao)之間(jian)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)強(qiang)烈碰撞(zhuang)、磨(mo)(mo)(mo)擦與剪切從(cong)而(er)達到粉(fen)(fen)(fen)(fen)碎(sui)(sui)(sui)(sui)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)。根據動(dong)(dong)能(neng)(neng)(neng)公(gong)式可知(zhi)，動(dong)(dong)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)大小(xiao)與質量(liang)(liang)及速(su)度(du)的(de)(de)(de)(de)平方(fang)成正比。當作用(yong)(yong)在(zai)顆(ke)粒上(shang)的(de)(de)(de)(de)力(li)大于(yu)它(ta)的(de)(de)(de)(de)破(po)(po)壞應力(li)時就(jiu)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)破(po)(po)碎(sui)(sui)(sui)(sui)。高(gao)速(su)沖擊碰撞(zhuang)使(shi)顆(ke)粒產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)體積破(po)(po)碎(sui)(sui)(sui)(sui)，而(er)剪切和研磨(mo)(mo)(mo)作用(yong)(yong)則使(shi)顆(ke)粒產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)表面破(po)(po)碎(sui)(sui)(sui)(sui)。這種破(po)(po)碎(sui)(sui)(sui)(sui)方(fang)式對金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)微(wei)粉(fen)(fen)(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)是(shi)很(hen)有(you)利的(de)(de)(de)(de)，因為可以生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)出比較(jiao)理想的(de)(de)(de)(de)顆(ke)粒形狀。氣(qi)流(liu)(liu)(liu)粉(fen)(fen)(fen)(fen)碎(sui)(sui)(sui)(sui)機(ji)最大的(de)(de)(de)(de)優點是(shi)不受機(ji)械(xie)(xie)線速(su)度(du)的(de)(de)(de)(de)限制(zhi)，能(neng)(neng)(neng)夠(gou)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)很(hen)高(gao)的(de)(de)(de)(de)氣(qi)流(liu)(liu)(liu)速(su)度(du)，特別是(shi)超(chao)音(yin)(yin)速(su)氣(qi)流(liu)(liu)(liu)粉(fen)(fen)(fen)(fen)碎(sui)(sui)(sui)(sui)機(ji)能(neng)(neng)(neng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)數倍于(yu)音(yin)(yin)速(su)的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)速(su)，因而(er)能(neng)(neng)(neng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)巨(ju)大的(de)(de)(de)(de)動(dong)(dong)能(neng)(neng)(neng)，比較(jiao)容易獲(huo)得微(wei)米級(ji)和亞微(wei)米級(ji)的(de)(de)(de)(de)超(chao)細粉(fen)(fen)(fen)(fen)體。從(cong)粉(fen)(fen)(fen)(fen)碎(sui)(sui)(sui)(sui)原理上(shang)說，這種機(ji)型用(yong)(yong)于(yu)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)微(wei)粉(fen)(fen)(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)是(shi)較(jiao)有(you)發展(zhan)前景的(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，具有自(zi)動(dong)化程度(du)高、分選速度(du)快、分選精度(du)準、無雜(za)質污染、無人(ren)為因素干(gan)擾、產(chan)品品質穩定性(xing)強、重(zhong)現(xian)性(xing)好、工人(ren)勞動(dong)強度(du)小、企(qi)業(ye)勞動(dong)力成(cheng)本(ben)低、一次性(xing)投料量大的(de)十大顯著優點(dian)。符合了微粉產(chan)業(ye)未(wei)來發(fa)展的(de)方向(xiang)。

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年代開始使(shi)用金(jin)剛石微粉以來，粒度大小一(yi)直迅(xun)速在(zai)變化，從(cong)開始的1微米左右(you)，到現在(zai)的0.1微米，近期(qi)很快將(jiang)要過渡到0.05微米（50nm）甚至更細的水平。就(jiu)2微米以細(xi)的金剛石微粉而論，1986年制訂(ding)的國家(jia)標(biao)準ＧＢ6966.1―1986中規定2um金剛石微粉有4級：0－0.5、0.5－1、0.5－1.5、0－2；1998年制(zhi)訂的行業標準JB/T7990-1998中(zhong)規定2微(wei)米(mi)以(yi)細的金剛石(shi)微(wei)粉有6級(ji)：0－0.5、0－1、0.5－1、0.5－1.5、0－2、1－2；從廠家標準來(lai)說,金剛石微(wei)粉(fen)的粒度較(jiao)細,且(qie)粒度范圍更窄。惠豐(feng)公司(si)是(shi)國內(nei)最大的金剛石(shi)微粉生產廠家。它制訂的金剛石(shi)微粉標準(zhun)中，2微米以細的共分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)級范圍十分(fen)窄,可以稱得上(shang)是目前國際上(shang)的先進(jin)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(yu)加(jia)工多角形鉆石十分有(you)效；加(jia)工硅二極管和鍺二極管等元件(jian)可達到最高級的鏡面光潔度。

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(pian)（PDC）、金剛石線(xian)鋸、樹(shu)脂結合(he)劑磨(mo)(mo)具(ju)、金屬結合(he)劑制品(pin)、研(yan)磨(mo)(mo)膏、研(yan)磨(mo)(mo)液等專用(yong)金剛石微粉(fen)，以滿足不同(tong)的(de)(de)需要(yao)。這是(shi)我(wo)(wo)國金剛石微粉(fen)調整產品(pin)結構，向專用(yong)化(hua)發展的(de)(de)正確方向，也是(shi)我(wo)(wo)國金剛石微粉(fen)趕(gan)超世界先(xian)進水(shui)平的(de)(de)重(zhong)要(yao)步驟。

多晶金剛石微粉則是以具有脆性為特點,其顆粒形狀(zhuang)為不(bu)規則的準圓(yuan)塊狀(zhuang),表面粗(cu)糙凹凸不平,當顆粒承受應力時,其脆性導致顆粒碎裂,從(cong)而產生(sheng)新(xin)的尖銳(rui)切(qie)削(xue)點，自銳(rui)性更好(hao)。這種金(jin)剛石(shi)微粉用于(yu)制造樹(shu)脂(zhi)粘結劑砂輪等更為理想,具有柔(rou)和的(de)精(jing)磨(mo)和拋光作用。

無可置疑,金剛石微粉是使(shi)產品向高(gao)、精、尖發展的必不可少(shao)的磨(mo)料,它(ta)的(de)應(ying)用具有(you)十分(fen)廣闊的(de)前景,其應用(yong)領域在不斷擴大。

五、結束

從(cong)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)微粉制(zhi)(zhi)造技術(shu)的(de)(de)(de)(de)發(fa)展來看(kan)，還有(you)很(hen)多的(de)(de)(de)(de)新問題。如納米級金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)微粉解團聚方面，有(you)人采用(yong)表面改性(xing)的(de)(de)(de)(de)方法(fa)，有(you)人采用(yong)臨界(jie)(jie)烘干法(fa)，解決粉體烘干過程中的(de)(de)(de)(de)硬團聚體的(de)(de)(de)(de)存(cun)在，還有(you)新標(biao)準的(de)(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)訂等(deng)(deng)等(deng)(deng)方面，總而言之，在我國行業技術(shu)人員的(de)(de)(de)(de)不懈努力下，我國的(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)微粉制(zhi)(zhi)造水平(ping)在不斷提(ti)高，可(ke)以(yi)自豪地認為，在同等(deng)(deng)材料及設備條件(jian)下，我們(men)制(zhi)(zhi)造的(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)微粉具有(you)世界(jie)(jie)上最高的(de)(de)(de)(de)性(xing)價比，但相比國際上的(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)微粉，我國的(de)(de)(de)(de)產品還是(shi)比較粗糙，特(te)別(bie)是(shi)細分方面還不是(shi)很(hen)細致，這也是(shi)我們(men)今后任務和發(fa)展的(de)(de)(de)(de)目標(biao)。