金刚石微粉的制造

★ 前言 ★

金刚石俗称“金刚钻”，也就是我们常说的钻石，它是一种由纯碳组成的矿物，也是自然界中最坚硬的物。18世纪末，人们发现身价高贵的金刚石竟然是碳的一种同素异形体，从此，制备人造金刚石就成为了许多科学家的光荣与梦想。 

一个世纪以后，石墨 —— 碳的另一种单质形式被发现了，人们便尝试模拟自然过程，让石墨在超高温高压的环境下转变成金刚石。

人造金刚石亦被广泛应用于各种工业，工艺行业。

划片刀中的金刚石微粉是当今世界上硬度最高的磨料。它是通过碾碎大颗粒金刚石，获得不同大小、不同晶型的金刚石微粉。

刀片中的金刚石微粉，具有硬度高、耐磨性好、韧性强、热稳定性好等特点。

金刚石微粉的颗粒尺寸可分为微米、亚微米及纳米几种。与粗颗粒相比，其表面官能团更大，因而在生产过程中，颗粒相互之间的作用力大为增加。另外，随着粒度的细化，颗粒本身的缺陷减少，强度必然增大。

由此可见，金刚石微粉的生产过程存在相当大的难度，它不仅仅是颗粒细化的过程，同时还伴随着晶体结构和表面物理化学性质等的变化。

所以说金刚石微粉的生产工艺过程是一个涉及机械、粉体工程、力学、物理化学、现代仪器与测试技术等多学科的工程技术问题。

微粉的制造

随着尖端科技和高端制造业发展的需要，许多精密器件的表面光洁度都要求很高，比如电脑磁盘、磁头、光通信器件、光学晶体、半导体基片等器件，都需要精密的抛光加工，如果表面有任何超出许可范围的凸凹、划伤或者附着异物，所设计的精度及性能将不能得到保证。

破碎方法

一般来说，将适度粗粒的物料破碎至微米或亚微米粒度有两种基本方式，即机械冲击和气流粉碎。

滚筒式球磨机就是以机械压碎作用为主兼有适量低速冲击作用的破碎设备。就方法而论，用球磨机对金刚石破碎加工来生产金刚石微粉是最常用的方法，球磨破碎法在我国金刚石微粉生产中已使用了许多年，曾经取得了较为满意的效果。

但由于存在生产效率低的缺点，目前已被一种气流粉碎机所取代，气流粉碎机是以压缩空气为工作介质，压缩空气通过特殊的超音速喷嘴向粉碎室高速喷射，该气流携带物料高速运动，使物料与物料之间产生强烈碰撞、磨擦与剪切从而达到粉碎的目的。

根据动能公式可知，动能的大小与质量及速度的平方成正比。当作用在颗粒上的力大于它的破坏应力时就产生破碎。高速冲击碰撞使颗粒产生体积破碎，而剪切和研磨作用则使颗粒产生表面破碎。这种破碎方式对金刚石微粉的生产是很有利的，因为可以生产出比较理想的颗粒形状。气流粉碎机最大的优点是不受机械线速度的限制，能够产生很高的气流速度，特别是超音速气流粉碎机能产生数倍于音速的流速，因而能产生巨大的动能，比较容易获得微米级和亚微米级的超细粉体。从粉碎原理上说，这种机型用于金刚石微粉的生产是较有发展前景的。

分级方法

粒度分级是金刚石微粉生产工艺中很重要的一道工序。它涉及金刚石微粉的生产效率和质量，目前国内最为广泛使用的一种金刚石微粉粒度分级法是自然沉降法和离心法相结合的工艺生产微粉。

颗粒图像分析仪

自然沉降法是一种直接应用斯托克斯定律的分选方法，根据同一比重的颗粒因粒径不同在水中沉降速度亦不同的原理，通过控制其沉降高度和沉降时间来分级粒度，虽然设备简单、操作容易、质量稳定，但生产周期较长、劳动效率低下。

离心法实质上是沉降法的一种，它将沉降槽置于高速旋转的圆盘中，加快颗粒的沉降速度，从而大大缩短测量时间，提高测量精度，同时使超细颗粒的检测成为可能。现在的离心式粒度分析仪转速高达2万多转/分钟，检测下限达到纳米级别。

微粉类型

单晶金刚石   国内金刚石微粉多为以Ｉ型料的单晶金刚石为原料，由于Ｉ型料的固有的特性：杂质含量高、强度低，不能满足高端市场对金刚石微粉的产品要求。

国内少数金刚石微粉厂家采用Ⅱ型或Ⅲ型料的单晶金刚石为原料生产金刚石微粉，据市场反馈，该微粉其加工效率比普通的金刚石微粉大得多，耐磨性提高30%以上。

划片刀产品目前多采用Ⅱ型或Ⅲ型磨料，具有更高的切割锋利性。

多晶金刚石 多晶金刚石微粉则是以具有脆性为特点，其颗粒形状为不规则的准圆块状,表面粗糙凹凸不平，当颗粒承受应力时，其脆性导致颗粒碎裂，从而产生新的尖锐切削点，自锐性更好。

这种金刚石微粉用于制造树脂粘结剂砂轮等更为理想，具有柔和的精磨和抛光作用。

★ 结语 ★

无可置疑,金刚石微粉是使产品向高、精、尖发展的必不可少的磨料,它的应用具有十分广阔的前景,其应用领域在不断扩大。