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纳米金刚石应用及分散方法简介
2015年05月08日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:5796
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      金刚石是一种由碳元素组成的矿物,是碳元素的同素异形体。是硬度最高的天然物质,它也是贵重宝石。金刚石有各种颜色,从无色到黑色都有,以无色的为特佳。它们可以是透明的,也可以是半透明或不透明。多数金刚石大多带些黄色。金刚石的折射率非常高,色散性能也很强,这就是金刚石为什么会反射出五彩缤纷闪光的原因。天然金刚石仅产出于金伯利岩筒中,金伯利岩是它们的原生地岩石。


      金刚石粉体在工业上作为一种超硬材料,被广泛应用于切削、磨削、耐磨涂层、抛光等领域。本文将重点介绍纳米金刚石微粉在抛光领域的应用及其分散方法。欧美俄等国开展纳米金刚石研究较早,具备了纳米金刚石抛光液、抛光膏的生产能力,国内在纳米金刚石抛光液制备领域的研究刚起步.技术水平与国外相比还有一定的差距。


      一、纳米金刚石在抛光领域应用简介


      纳米金刚石抛光液以其优异的性能广泛应用于半导体硅片抛光、计算机硬盘基片、计算机顶头抛光、精密陶瓷、人造晶体、硬质合金、宝石抛光等领域。俄罗斯用纳米金刚石抛光石英、光学玻璃等,其抛光表面粗糙度达到1nm。纳米金刚石的应用显示出很多优点。由于超细、超硬,使得光学抛光中的难题迎刃而解。精细抛光是光学抛光中的难题,原工艺方法是把磨料反复使用,需要几十小时,效率很低。现在使用了纳米金刚石,使抛光速度大大提高。抛光相同的工件所需的时间仅需十几小时至几十分钟,效率提高数十倍至数百倍。


      二、纳米金刚石分散问题探讨


      纳米金刚石颗粒表面的大量原子悬空键使其化学活性大大提高,非常大的表面积,使其有巨大的表面能,容易形成硬的难以解聚的团聚体是不可避免的。所以纳米金刚石在介质中散稳定性差,容易发生团聚,使其在应用过程中受到严重制约。也就是说,纳米金刚石抛光液制备的关键技术是纳米金刚石在介质中的长期稳定分散及粒度的均一性、这是一道世界性技术难题。


      纳米金刚石干粉团粒度平均达2μm。纳米金刚石表而含有大量有机官能团,主要为一OH(羟基)、一C=O(羰基)、一COOH(羧基)以及一些含氮的基团,所占面积可达颗粒表面的 10%~25%。这些含氧活性基团和含氮活性物质可与许多有机化合物反应或吸附。为纳米金刚石在油或水介质中的分散提供了基础。


      纳米金刚石的分散技术一般分物理分散和化学分散。物理分散又可分为超声分散、机械搅拌分散和机械研磨分散。化学分散又可分为化学改性分散、分散剂分散。纳米金刚石抛光液的分散过程就是使纳米金刚石聚集体在抛光液中呈原始单体状态弥散分布于液相的过程。分散过程主要包括两个步骤:一是,颗粒在液相中的浸湿,二是,使原生颗粒稳定分散而不产生团聚或使已形成的团聚破解成较小的团聚或原始单体颗粒。


      我国一些行业专家对纳米金刚石在水介质中的稳定分散工艺及其机理进行了探索,认为采用机械化学处理对金刚石进行表面改性,利用高剪切搅拌、高能超声振动磨等机械力与聚合物表面活性剂的协同效应,在有效地粉碎纳米金刚石的同时,对纳米金刚石表面,尤其是粉碎过程中新的表面进行改性,调节颗粒表面亲水疏水性,实现纳米金刚石在介质中的稳定分散。基于这项研究成果,使用硅烷偶联剂KH-570和高聚物JQ-3表面改性过的纳米金刚石,以超声作为分散手段,将其分散在乙醇中,得到了平均粒径51.7nm的胶体溶液、两种高聚物分散剂复配使用,可以明显提高纳米金刚石在乙醇中的分散性和稳定性,为国产油性抛光液的制备奠定了基础。


      小结:在油性介质中实现纳米金刚石均匀稳定的分散是当前纳米金刚石抛光液的主流技术。但是新的技术方向则是研发水性纳米金刚石抛光液。水性抛光液具有绿色、环保的特点,而且在抛光过程中具有散热快的优点,非常适用于高速抛光。如果能够在水性纳米金刚石抛光液这个技术方向上取得实质性突破,必将迅速的占领行业制高点,获得丰厚的效益回报。

(粉体圈 作者:梧桐)

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