【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介

納米金剛石分散方法簡介

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。歐美俄等國開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)水平與國外相比還有一定的差距。

納米金剛石分散問題探討

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)用過程中受到嚴(yán)重制約。也就是說，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程。

分散過程主要包括兩個步驟：

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。

我國一些行業(yè)專家對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)處理對金剛石進(jìn)行表面改性，利用高剪切攪拌、高能超聲振動磨等機(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，對納米金剛石表面，尤其是粉碎過程中新的表面進(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、計算機(jī)硬盤基片、計算機(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，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間僅需十幾小時至幾十分鐘，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、納米金剛石加在潤滑油，冷卻液中

納米金剛石在潤滑油，潤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)動機(jī)制造，船舶制造，航空，運(yùn)輸。潤滑油中加入納米金剛石可提高發(fā)動機(jī)和傳動裝置工作壽命，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)用在潤滑油中必須要解決其穩(wěn)定懸浮問題，目前已有公司解決了這一問題。

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，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)域主要用來與過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。可用來加工軟或脆性材料，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，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，這時塑性和液體潤滑材料常常被擠出來。納米金剛石對于銅鋅或銅錫合金是理想的組份材料（含量不超過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。它無毒，無致癌或銹變性質(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。