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知識分享|細顆粒金剛石的制造

關鍵詞 細顆粒 , 金剛石|2022-10-17 16:08:26|技術信息|來源 中國超硬材料網
摘要 細顆粒人造金剛石主要是指粒度在70/80以細的人造金剛石,主要用于高端磨具,運用于硬質合金、石材、陶瓷等硬質材料的磨削。而超細顆粒金剛石單晶廣泛應用于機械、電子、航天、光學儀器、石...

       細顆粒人造金剛石主要是指粒度在70/80以細的人造金剛石,主要用于高端磨具,運用于硬質合金、石材、陶瓷等硬質材料的磨削。而超細顆粒金剛石單晶廣泛應用于機械、電子、航天、光學儀器、石油和軍工等領域,尤其是400目以細超細顆粒金剛石在磁頭、光通信器件、激光發射器、特種光學玻璃、半導體基片和航空發動機等高精度的表面拋光磨削加工領域具有極大的應用需求,具有廣闊的發展空間和應用前景。

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       隨著多晶金剛石和優質微粉的大量應用,人們十分重視優質細顆金剛石生產技術的研究。本文將對細顆粒金剛石制造用原料的特性石墨和觸媒粒度與優質細顆粒金剛石的生長關系,石墨和觸媒配比與優質細顆粒金剛石的產量與質量關系,以及熱力學條件對優質細顆粒金剛石生長的影響等問題作一一概述。 

       一、原材料的特性

       制造優質細顆粒的金剛石所用的主要原料,包括粉狀石墨和粉狀(或屑狀)合金觸媒。粉狀石墨——碳化硅分解石墨。

粉狀觸媒系采用噴粉法制得, 即將已熔化的合金在高速氣流作用下噴入水中而分散成粉末的,這種方法的優點是加工速度快,生產能力大。

       但此法有嚴重的缺點:

       (1)高溫下的合金溶液進人水中不可避免地氧化,這種表面氧化的粉末不宜直接作用觸媒,因為它難于合成出質量滿意的金剛石來。為此,粉末必須經酸洗以除去氧化層,這樣不僅增加了材料的消耗,惡化了工作條件,更重要的是酸洗不能徹底去除氧化層。

       (2)噴粉法制得的粉末為圓球形,這種形狀不易與石墨粉均勻混合。

       (3)所得粒度不集中其粒度組成難以合理地控制。

       為此,出現了一種機加工方法,用該方法生產合金粉末時,其表面不易氧化,保持了合金的金屬光澤;另外,該方法制得的合金粉末為一面凹進、一面凸出的又長又尖的三角形, 這樣的形狀無疑有利于它與石墨粉的均勻混合,這點已被實踐所證明。這種形狀無疑比球形有更大的比表面積,因而有利于金剛石的生長;這種方法得到的金剛石十分均勻,因而能夠合理地控制其粒度。

       應當指出,作為粉末觸煤的合金應具有較好的抗氧化性能,這是因為粉末本身比表面積大,容易氧化,而合成金剛石不允許觸媒氧化。

       實驗證明,粉末觸媒中減少Mn的含量能明顯提高合金的抗氧化性。

       實踐發現,觸媒越細,則觸媒與石墨粉在一定的壓力下,在模具中所壓制成的“預壓成型棒”脫模后越松散,這意味著對相同腔體而言,越細化的粉末觸媒所允許的裝料量減少;裝料量減少不僅影響觸媒的總表面積,而且影響“預壓成棒”在合成時的傳壓性。因此,建議控制粉末觸媒的粒度是在1克產品中,應有2.5~3.5千顆的合金粉末。

       還必須指明的是,用上述觸媒所制得的金剛石一般不感磁。

       二、石墨和觸媒粒度與所獲金剛石單產和質量的關系

       1、石墨粒度與金剛石單產和質量的關系

       隨著石墨粒度變細,所獲金剛石變小,完整晶體增多,但其產量則有下降。

       2、觸媒粒度與金剛石單產和質量的關系

       所獲細顆粒金剛石單產和質量均隨觸媒粒度減小而增加,但達到某一極值后,產量和質量均下降。

       實踐還表明,觸媒粒度越粗,粗粒度金剛石占的比例越大,且產量低、質量差。因此,要獲得粒度細、質量高的金剛石,須選用偏細粒度的觸媒。

       三、石墨和觸媒配比與細顆粒金剛石單產、質量的關系

       當石墨和觸媒的最佳粒度范圍確定后,選擇適當的配比對于獲取高產、優質的細顆粒金剛石是重要的問題。

       四、 熱力學條件對細顆粒金剛石晶體生長的影響

       熱力學條件對金剛石成核、長大的影響問題,無論是對優質粗顆粒金剛石生長,還是對普通磨料級金剛石生長,都是必須探討的內容;對于用粉狀石墨和粉狀(或屑狀)觸媒生長細顆粒金剛石當然也不應例外。為此就熱力學條件對所獲細顆粒金剛石的規律進行了探討證明,壓力高質量差,則產量高;合成功率高,質量好則是隨著功率的增加而增加,但達到某一極值后產量下降。

       五、添加物對成核的影響

       有研究表明,通過添加微量元素和納米粒子,調節溫度壓力參數控制金剛石成核數量,優選觸媒材料及比例控制金剛石生長,并改變金剛石表面活化性能,解決金剛石團聚難題,提高提純效率及產出率,最終可生產出涵蓋粒度35~1μm(400~8000目)超細顆粒金剛石。

 

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