金剛石微粉的制造

★ 前言 ★

金剛石俗稱“金剛鉆”，也就是我們常說的鉆石，它是一種由純碳組成的礦物，也是自然界中最堅硬的物。18世紀末，人們發現身價高貴的金剛石竟然是碳的一種同素異形體，從此，制備人造金剛石就成為了許多科學家的光榮與夢想。 

一個世紀以后，石墨 —— 碳的另一種單質形式被發現了，人們便嘗試模擬自然過程，讓石墨在超高溫高壓的環境下轉變成金剛石。

人造金剛石亦被廣泛應用于各種工業，工藝行業。

劃片刀中的金剛石微粉是當今世界上硬度最高的磨料。它是通過碾碎大顆粒金剛石，獲得不同大小、不同晶型的金剛石微粉。

刀片中的金剛石微粉，具有硬度高、耐磨性好、韌性強、熱穩定性好等特點。

金剛石微粉的顆粒尺寸可分為微米、亞微米及納米幾種。與粗顆粒相比，其表面官能團更大，因而在生產過程中，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構和表面物理化學性質等的變化。

所以說金剛石微粉的生產工藝過程是一個涉及機械、粉體工程、力學、物理化學、現代儀器與測試技術等多學科的工程技術問題。

微粉的制造

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不能得到保證。

破碎方法

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備。就方法而論，用球磨機對金剛石破碎加工來生產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中已使用了許多年，曾經取得了較為滿意的效果。

但由于存在生產效率低的缺點，目前已被一種氣流粉碎機所取代，氣流粉碎機是以壓縮空氣為工作介質，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生強烈碰撞、磨擦與剪切從而達到粉碎的目的。

根據動能公式可知，動能的大小與質量及速度的平方成正比。當作用在顆粒上的力大于它的破壞應力時就產生破碎。高速沖擊碰撞使顆粒產生體積破碎，而剪切和研磨作用則使顆粒產生表面破碎。這種破碎方式對金剛石微粉的生產是很有利的，因為可以生產出比較理想的顆粒形狀。氣流粉碎機最大的優點是不受機械線速度的限制，能夠產生很高的氣流速度，特別是超音速氣流粉碎機能產生數倍于音速的流速，因而能產生巨大的動能，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是較有發展前景的。

分級方法

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。

顆粒圖像分析儀

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。

離心法實質上是沉降法的一種，它將沉降槽置于高速旋轉的圓盤中，加快顆粒的沉降速度，從而大大縮短測量時間，提高測量精度，同時使超細顆粒的檢測成為可能。現在的離心式粒度分析儀轉速高達2萬多轉/分鐘，檢測下限達到納米級別。

微粉類型

單晶金剛石   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。

劃片刀產品目前多采用Ⅱ型或Ⅲ型磨料，具有更高的切割鋒利性。

多晶金剛石 多晶金剛石微粉則是以具有脆性為特點，其顆粒形狀為不規則的準圓塊狀,表面粗糙凹凸不平，當顆粒承受應力時，其脆性導致顆粒碎裂，從而產生新的尖銳切削點，自銳性更好。

這種金剛石微粉用于制造樹脂粘結劑砂輪等更為理想，具有柔和的精磨和拋光作用。

★ 結語 ★

無可置疑,金剛石微粉是使產品向高、精、尖發展的必不可少的磨料,它的應用具有十分廣闊的前景,其應用領域在不斷擴大。