一  金剛石微粉的定義及分類       

       通常意義上將磨料粒徑小于54微米的研磨、拋光用粉狀物料稱為微粉。使用金剛石作為原料加工成的微粉稱為金剛石微粉。近年來(lái)隨著新的應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，很多金剛石微粉的粒徑已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于54微米。

       金剛石微粉的種類很多，用低強(qiáng)度的人造金剛石為原材料，經(jīng)過(guò)破碎、提純、分級(jí)等工藝生產(chǎn)的金剛石微粉是最常見(jiàn)的品種。這類產(chǎn)品涵蓋了幾十納米到幾十微米的粒度范圍，產(chǎn)品性價(jià)比高，目前占據(jù)金剛石微粉的大部分市場(chǎng)份額。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，根據(jù)用途不同，市場(chǎng)上出現(xiàn)了多種類別的金剛石微粉。

       1、按照原材料來(lái)源不同，可分為天然金剛石微粉和人造金剛石微粉。

       不能用于珠寶首飾加工的低品級(jí)天然金剛石，可以經(jīng)過(guò)球磨破碎生產(chǎn)出金剛石微粉，用于工業(yè)研磨拋光，如寶石、精密零件等的后期加工。隨著工業(yè)的快速發(fā)展。研磨拋光領(lǐng)域?qū)饎偸⒎鄣男枨罅考眲≡黾樱烊唤饎偸⒎鄣漠a(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場(chǎng)需求。人造金剛石的出現(xiàn)解決了這一問(wèn)題，它為金剛石微粉提供了充足的原料。人造金剛石微粉在硬、脆材料的磨削方面有著廣泛的應(yīng)用。作為粉體材料可用于多種天然寶石、人造寶石、玻璃、陶瓷等材料的磨削拋光。制成研磨液、研磨膏可用于半導(dǎo)體材料如硅片、藍(lán)寶石晶片等元件的切削和研磨拋光。還可以做成多種制品，如精密砂輪、金剛石復(fù)合片、精磨片、拉絲模等。可用于地質(zhì)鉆探、光學(xué)玻璃加工、金屬絲線生產(chǎn)等眾多領(lǐng)城。

       2、根據(jù)原材料金剛石強(qiáng)度高低，可分為高強(qiáng)度金剛石微粉和低強(qiáng)度金剛石微粉。

       前者是采用高強(qiáng)度金剛石為原材料生產(chǎn)的微粉。微粉單顆粒強(qiáng)度高、內(nèi)部雜質(zhì)含量低、磁性低。后者以低強(qiáng)度金剛石為原材料。產(chǎn)品自銳性好。

       3、依據(jù)金剛石晶體結(jié)構(gòu)不同可分為單晶金剛石微粉和多晶金剛石微粉(如下圖)。由于單晶金剛石微粉產(chǎn)量大，應(yīng)用領(lǐng)域廣，行業(yè)內(nèi)一般將金剛石微粉專指單晶金剛石微粉。

▲ 單晶金剛石微粉

▲ 多晶金剛石微粉

       單晶金剛石微粉是由靜壓法人造金剛石單晶磨粒，經(jīng)過(guò)粉碎、整形處理，采用超硬材料特殊的工藝方法生產(chǎn)。其顆粒保留了單晶金剛石的單晶體特性。具有解理面，受到外力沖擊的時(shí)候優(yōu)先沿解理面碎裂，露出新的“刃口”。多晶金剛石微粉是由直徑5~10nm 的金剛石晶粒通過(guò)不飽和鍵結(jié)合而成的微米和亞微米多晶顆粒，內(nèi)部各向同性無(wú)解理面。具有很高的韌性。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)性能，常用于半導(dǎo)體材料、精密陶瓷等的研磨和拋光。

       另外還有爆轟法生產(chǎn)的納米金剛石(如下圖)，這類金剛石是由負(fù)氧平衡炸藥內(nèi)部多余的碳原子在適當(dāng)?shù)谋Z條件下合成的，由5~20納米粒徑的金剛石晶粒組成的二次團(tuán)聚體，粉體外觀一般為灰黑色，納米金剛石具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和導(dǎo)熱性，可用于硬盤(pán)、半導(dǎo)體等的精密拋光，可以作為潤(rùn)滑油添加劑，顯著提高潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性能，減少磨損，可以添加到橡膠和塑膠中強(qiáng)化產(chǎn)品性能，還可以作為優(yōu)良的功能材料涂覆到金屬模具、工具、部件等表面，增強(qiáng)表面硬度、耐磨性、及導(dǎo)熱性能，延長(zhǎng)使用壽命。

▲ 納米金剛石

       二  金剛石微粉用途

       金剛石微粉廣泛用于機(jī)械、航天、光學(xué)儀器、玻璃、陶瓷、電子、石油、地質(zhì)、軍工工業(yè)部門，是研磨拋光硬質(zhì)合金陶瓷、寶石、光學(xué)玻璃等高硬材料的理想材料。

       多晶金剛石微粉利用良好的韌性，在研磨拋光過(guò)程中能夠保持高磨削力的同時(shí)不易產(chǎn)生劃傷，廣泛用于光學(xué)晶體、陶瓷、超硬合金等各種硬質(zhì)材料的研磨和拋光。

       一般0~0.5微米金剛石微粉至6~12微米金剛石微粉用于拋光；10~15微米至22~36微米用于研磨；12~22微米以粗者用于精磨。

       三 金剛石微粉的生產(chǎn)流程

       金剛石原料→粉碎、整形→酸處理→水洗→超聲波分散處理→粒度分級(jí)→單粒度酸處理→干燥→粒度檢驗(yàn)→稱重、包裝入庫(kù)。金剛石微粉一般只用低技術(shù)含量的材料生產(chǎn)，也就是大家所說(shuō)的1類材料的生產(chǎn)。還有一些定制的要求和特殊的應(yīng)用，會(huì)用到3類材料，比如金剛石線鋸、玻璃鉆等電鍍產(chǎn)品。

       四 金剛石微粉的粉碎和成型

       粉碎和成型是金剛石微粉生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以前的生產(chǎn)工藝以球磨粉碎為主，球磨粉碎以粉碎為主，有適度的低速機(jī)械沖擊。目前已被氣流磨取代。

       氣流研磨的工作原理:壓縮空氣通過(guò)噴嘴高速注入研磨室內(nèi)，金剛石原料在多股高壓氣流交匯處反復(fù)碰撞、摩擦、剪切，然后被粉碎。顆粒被高速碰撞粉碎，顆粒表面被摩擦剪切粉碎，成型。

       金剛石微粉是當(dāng)今國(guó)際上一種超硬精細(xì)研磨拋光材料。就其粒度而言它屬于微米、亞微米及納米粉體。與粗粒粉體相比，其比表面積和比表面官能團(tuán)明顯增大，因而在生產(chǎn)過(guò)中，顆粒相互之間的作用力大為增加。另外，隨著粒度的細(xì)化，顆粒本身的缺陷減少，強(qiáng)度必然增大。由此可見(jiàn)，金剛石微粉的生產(chǎn)過(guò)程存在相當(dāng)大的難度，它不僅僅是顆粒細(xì)化的過(guò)程，同時(shí)還伴隨著晶體結(jié)構(gòu)和表面物理化學(xué)性質(zhì)等變化。所以說(shuō)金剛石微粉的生產(chǎn)工藝是一個(gè)涉及機(jī)械、粉體工程、力學(xué)、物理化學(xué)、現(xiàn)代儀器與測(cè)試技術(shù)等多學(xué)科的工程技術(shù)問(wèn)題。

       隨著尖端科技和高端制造業(yè)發(fā)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(pán)磁頭光通信器件、光學(xué)晶體、半導(dǎo)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(shè)計(jì)的精度及性能將得不到保證。總之，在我國(guó)行業(yè)人員的努力下，我國(guó)金剛石微粉的制造水平在逐年提高，同等材料及設(shè)備條件下具有全世界最高的性價(jià)比，但與國(guó)際高端微粉之間還存在一定差距，金剛石微粉的生產(chǎn)還有很多新問(wèn)題需要同行們攻克，這也是我們今后的發(fā)展目標(biāo)和任務(wù)。