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納米金剛石應用及分散方法簡介
2015年05月08日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:6423
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      金剛石是一種由碳元素組成的礦物,是碳元素的同素異形體。是硬度最高的天然物質,它也是貴重寶石。金剛石有各種顏色,從無色到黑色都有,以無色的為特佳。它們可以是透明的,也可以是半透明或不透明。多數金剛石大多帶些黃色。金剛石的折射率非常高,色散性能也很強,這就是金剛石為什么會反射出五彩繽紛閃光的原因。天然金剛石僅產出于金伯利巖筒中,金伯利巖是它們的原生地巖石。


      金剛石粉體在工業上作為一種超硬材料,被廣泛應用于切削、磨削、耐磨涂層、拋光等領域。本文將重點介紹納米金剛石微粉在拋光領域的應用及其分散方法。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、拋光膏的生產能力,國內在納米金剛石拋光液制備領域的研究剛起步.技術水平與國外相比還有一定的差距。


      一、納米金剛石在拋光領域應用簡介


      納米金剛石拋光液以其優異的性能廣泛應用于半導體硅片拋光、計算機硬盤基片、計算機頂頭拋光、精密陶瓷、人造晶體、硬質合金、寶石拋光等領域。俄羅斯用納米金剛石拋光石英、光學玻璃等,其拋光表面粗糙度達到1nm。納米金剛石的應用顯示出很多優點。由于超細、超硬,使得光學拋光中的難題迎刃而解。精細拋光是光學拋光中的難題,原工藝方法是把磨料反復使用,需要幾十小時,效率很低。現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,效率提高數十倍至數百倍。


      二、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聚體是不可避免的。所以納米金剛石在介質中散穩定性差,容易發生團聚,使其在應用過程中受到嚴重制約。也就是說,納米金剛石拋光液制備的關鍵技術是納米金剛石在介質中的長期穩定分散及粒度的均一性、這是一道世界性技術難題。


      納米金剛石干粉團粒度平均達2μm。納米金剛石表而含有大量有機官能團,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,所占面積可達顆粒表面的 10%~25%。這些含氧活性基團和含氮活性物質可與許多有機化合物反應或吸附。為納米金剛石在油或水介質中的分散提供了基礎。


      納米金剛石的分散技術一般分物理分散和化學分散。物理分散又可分為超聲分散、機械攪拌分散和機械研磨分散。化學分散又可分為化學改性分散、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,使原生顆粒穩定分散而不產生團聚或使已形成的團聚破解成較小的團聚或原始單體顆粒。


      我國一些行業專家對納米金剛石在水介質中的穩定分散工藝及其機理進行了探索,認為采用機械化學處理對金剛石進行表面改性,利用高剪切攪拌、高能超聲振動磨等機械力與聚合物表面活性劑的協同效應,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行改性,調節顆粒表面親水疏水性,實現納米金剛石在介質中的穩定分散。基于這項研究成果,使用硅烷偶聯劑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配使用,可以明顯提高納米金剛石在乙醇中的分散性和穩定性,為國產油性拋光液的制備奠定了基礎。


      小結:在油性介質中實現納米金剛石均勻穩定的分散是當前納米金剛石拋光液的主流技術。但是新的技術方向則是研發水性納米金剛石拋光液。水性拋光液具有綠色、環保的特點,而且在拋光過程中具有散熱快的優點,非常適用于高速拋光。如果能夠在水性納米金剛石拋光液這個技術方向上取得實質性突破,必將迅速的占領行業制高點,獲得豐厚的效益回報。

(粉體圈 作者:梧桐)

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