【納米金剛石】納米金剛石的應(yīng)用領(lǐng)域 納米金剛石分散方法簡(jiǎn)介

納米金剛石分散方法簡(jiǎn)介

金剛石粉體在工業(yè)上作為一種超硬材料，被廣泛應(yīng)用于切削、磨削、耐磨涂層、拋光等領(lǐng)域。本文將重點(diǎn)介紹納米金剛石微粉在拋光領(lǐng)域的應(yīng)用及其分散方法。歐美俄等國(guó)開(kāi)展納米金剛石研究較早，具備了納米金剛石拋光液、拋光膏的生產(chǎn)能力，國(guó)內(nèi)在納米金剛石拋光液制備領(lǐng)域的研究剛起步。技術(shù)水平與國(guó)外相比還有一定的差距。

納米金剛石分散問(wèn)題探討

納米金剛石顆粒表面的大量原子懸空鍵使其化學(xué)活性大大提高，非常大的表面積，使其有巨大的表面能，容易形成硬的難以解聚的團(tuán)聚體是不可避免的。所以納米金剛石在介質(zhì)中散穩(wěn)定性差，容易發(fā)生團(tuán)聚，使其在應(yīng)用過(guò)程中受到嚴(yán)重制約。也就是說(shuō)，納米金剛石拋光液制備的關(guān)鍵技術(shù)是納米金剛石在介質(zhì)中的長(zhǎng)期穩(wěn)定分散及粒度的均一性、這是一道世界性技術(shù)難題。

納米金剛石干粉團(tuán)粒度平均達(dá)2μm.納米金剛石表而含有大量有機(jī)官能團(tuán)，主要為一OH（羥基）、一C=O（羰基）、一COOH（羧基）以及一些含氮的基團(tuán)，所占面積可達(dá)顆粒表面的10%~25%.這些含氧活性基團(tuán)和含氮活性物質(zhì)可與許多有機(jī)化合物反應(yīng)或吸附。為納米金剛石在油或水介質(zhì)中的分散提供了基礎(chǔ)。

納米金剛石的分散技術(shù)一般分物理分散和化學(xué)分散。物理分散又可分為超聲分散、機(jī)械攪拌分散和機(jī)械研磨分散?；瘜W(xué)分散又可分為化學(xué)改性分散、分散劑分散。納米金剛石拋光液的分散過(guò)程就是使納米金剛石聚集體在拋光液中呈原始單體狀態(tài)彌散分布于液相的過(guò)程。

分散過(guò)程主要包括兩個(gè)步驟：

一是，顆粒在液相中的浸濕，

二是，使原生顆粒穩(wěn)定分散而不產(chǎn)生團(tuán)聚或使已形成的團(tuán)聚破解成較小的團(tuán)聚或原始單體顆粒。

我國(guó)一些行業(yè)專(zhuān)家對(duì)納米金剛石在水介質(zhì)中的穩(wěn)定分散工藝及其機(jī)理進(jìn)行了探索，認(rèn)為采用機(jī)械化學(xué)處理對(duì)金剛石進(jìn)行表面改性，利用高剪切攪拌、高能超聲振動(dòng)磨等機(jī)械力與聚合物表面活性劑的協(xié)同效應(yīng)，在有效地粉碎納米金剛石的同時(shí)，對(duì)納米金剛石表面，尤其是粉碎過(guò)程中新的表面進(jìn)行改性，調(diào)節(jié)顆粒表面親水疏水性，實(shí)現(xiàn)納米金剛石在介質(zhì)中的穩(wěn)定分散。

基于這項(xiàng)研究成果，使用硅烷偶聯(lián)劑KH-570和高聚物JQ-3表面改性過(guò)的納米金剛石，以超聲作為分散手段，將其分散在乙醇中，得到了平均粒徑51.7nm的膠體溶液、兩種高聚物分散劑復(fù)配使用，可以明顯提高納米金剛石在乙醇中的分散性和穩(wěn)定性，為國(guó)產(chǎn)油性拋光液的制備奠定了基礎(chǔ)。

納米金剛石在拋光領(lǐng)域應(yīng)用簡(jiǎn)介

納米金剛石拋光液以其優(yōu)異的性能廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體硅片拋光、計(jì)算機(jī)硬盤(pán)基片、計(jì)算機(jī)頂頭拋光、精密陶瓷、人造晶體、硬質(zhì)合金、寶石拋光等領(lǐng)域。俄羅斯用納米金剛石拋光石英、光學(xué)玻璃等，其拋光表面粗糙度達(dá)到1nm.納米金剛石的應(yīng)用顯示出很多優(yōu)點(diǎn)。由于超細(xì)、超硬，使得光學(xué)拋光中的難題迎刃而解。

精細(xì)拋光是光學(xué)拋光中的難題，原工藝方法是把磨料反復(fù)使用，需要幾十小時(shí)，效率很低?，F(xiàn)在使用了納米金剛石，使拋光速度大大提高。拋光相同的工件所需的時(shí)間僅需十幾小時(shí)至幾十分鐘，效率提高數(shù)十倍至數(shù)百倍。

納米金剛石的應(yīng)用領(lǐng)域

1、納米金剛石加在潤(rùn)滑油，冷卻液中

納米金剛石在潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑脂和冷卻液中的應(yīng)用主要用在機(jī)械業(yè),金屬加工，發(fā)動(dòng)機(jī)制造，船舶制造，航空，運(yùn)輸。潤(rùn)滑油中加入納米金剛石可提高發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置工作壽命，節(jié)約燃油機(jī)油，摩擦力矩降低20～40%，摩擦表面磨損降低30～40%。1000公斤機(jī)油耗用納米金剛石0.1～0.2公斤。 納米金剛石應(yīng)用在潤(rùn)滑油中必須要解決其穩(wěn)定懸浮問(wèn)題，目前已有公司解決了這一問(wèn)題。

2、納米金剛石—聚合物復(fù)合體

納米金剛石聚合物復(fù)合體應(yīng)用于航空，汽車(chē)，拖拉機(jī)，船舶制造業(yè)，醫(yī)學(xué)，化工，石油化工，截止閥，保護(hù)層和耐磨涂層。已研制出氟彈性橡膠和聚硅氧烷基高效涂層。聚異戊二烯橡膠，丁苯橡膠，丁腈橡膠和天然橡膠的彈性強(qiáng)度性能得到大大改善。在橡膠中添加納米金剛石可平均降低磨損2～4倍，提高耐斷裂性能30%，提高破壞溫度15%。

含有納米金剛石的環(huán)氧樹(shù)脂膠具有更高的粘附性和內(nèi)聚性，聚合物中加納米金剛石可提高其強(qiáng)度，耐磨性和抗熱老化作用。 1000公斤橡膠（聚合物）耗用納米金剛石1～5公斤，1000m2聚合物涂層耗用金剛石1～5公斤。

3、燒結(jié)體

納米金剛石在磨料磨具領(lǐng)域主要用來(lái)與過(guò)渡金屬混合制造高強(qiáng)度低氣孔率的金剛石燒結(jié)體，其顯微硬度可達(dá)6000～7000kg/mm2?？捎脕?lái)加工軟或脆性材料，加工表面粗糙度很低。如果預(yù)先外延生長(zhǎng)碳或添加靜壓合成的金剛石微粉，在10～12GPa壓力下燒結(jié)獲得的金剛石聚晶顯微硬度可達(dá)天然金剛石單晶的水平。做成鉆頭鉆高強(qiáng)度巖層可達(dá)到或超過(guò)CB-СП（俄羅斯）聚晶的使用性能。壓制靜壓合成的金剛石微粉時(shí)，將納米金剛石作為硅浸漬料的組份，幾乎可將燒結(jié)體成品率提高一倍，抗壓強(qiáng)度由1.7GPa提高到2.2GPa。這種燒結(jié)體用作鉆頭的切削元件。

4、磁性記錄系統(tǒng)

納米金剛石還可用在磁帶，磁盤(pán)等磁性記錄載體中，起耐磨添加劑和物理改性劑的作用。在電化學(xué)涂附復(fù)合磁性記錄薄膜時(shí)添加納米金剛石，以改善磁性記錄裝置的性能。添加納米金剛石可減小鐵磁材料顆粒，提高記錄密度，降低磨料磨損和摩擦系數(shù)。

5、添加到金屬間化合物中

含有納米金剛石的銅，錫，鋅金屬間化合物可用做工作條件非常惡劣的摩擦部件，這時(shí)塑性和液體潤(rùn)滑材料常常被擠出來(lái)。納米金剛石對(duì)于銅鋅或銅錫合金是理想的組份材料（含量不超過(guò)15體積%)。加入納米金剛石后使摩擦力降至1/2～1/6。

6、醫(yī)學(xué)

納米金剛石還可在醫(yī)學(xué)上用于腫瘤，胃腸疾病，皮膚病的治療。它無(wú)毒，無(wú)致癌或銹變性質(zhì)。納米金剛石是超活性吸附劑和生物活性物定位劑，可極大增強(qiáng)藥物的療效。