金刚石微粉的用途及其发展趋势

4 具有严密粒度允差的金刚石微粉
这种金刚石微粉的粒度允差不超过±1 m , 以 2～ 4 m 粒度级为例 , 其粒度分布百分比如 下: 2. 4 至 2. 6 m 0. 2% 2. 6 至 2. 8 m 3. 3% 2. 8 至 3. 0 m 7. 0% 3. 0 至 3. 2 m 9. 4% 3. 2 至 3. 4 m 10. 8% 3. 4 至 3. 6 m 40. 5% 3. 6 至 3. 8 m 18. 6% 3. 8 至 4. 0 m 8. 7% 4. 0 至 4. 2 m 1. 5% 这种金刚石微粉用于至关重要的工业部门 , 绝对排除由于超规格颗粒引起的技术问题。
1996 年 12 月 16 日收稿。作者简介 : 谈耀麟 , 男 , 1936 年生 , 高级工程师
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从金刚石用作研磨材料的形式来说, 根据有关资料公布的数字 , 全世界在工业上消耗的金 刚石微粉 60% 以上是用来制成金刚石研磨膏、 金刚石微粉混合物和金刚石微粉研磨液。 当前高精研磨加工技术的进步, 在零件加工的平面度、 平行度、 平直度等几何尺寸方面已 能获得更精密的公差。 研磨加工行业面临的主要问题是要求加工表面无任何细微划痕等缺陷。 如何消除这些缺陷 , 主要取决于四个因素: 金刚石微粉粒度的均匀性 ; 金刚石微粉的颗粒形状; 混合比例与纯度 ; 载体化学。 自 90 年代中期以后 , 由于高新工业技术与尖端科学技术发展的需要 , 金刚石微粉的生产 出现以下发展趋势 :
6 发展专用型金刚石微粉
不同的金刚石微粉各具有其本身的特点。 有一种单晶体颗粒的金刚石微粉, 其颗粒为高强 度的完整晶体 , 呈立方八面体形 , 有多棱切割表面, 不容易剥落成无用的( 无切削能力的 ) 微细 晶粒, 与金属粘结剂有极为有效的保持力, 在高温条件下有很高的强度和抗破碎和破裂能力, 213
所以用于金属粘结剂的金刚石制品具有锋利的切削作用 , 并可获得较好的表面光洁度。 另一种 金刚石微粉则是以具有脆性为特点, 其颗粒形状为不规则的准圆块状, 表面粗糙而且凹凸不 平 , 当颗粒承受应力时 , 其脆性导致颗粒碎裂, 从而产生新的尖锐切削点。 这种金刚石微粉用于 制造树脂粘结剂砂轮等很理想, 具有柔和的精磨和抛光作用。 无可置疑 , 金刚石微粉是使产品向高、 精、 尖发展的必不可少的磨料 , 它的应用具有十分广 阔的前景, 它的应用领域在不断扩大 , 目前, 工业发达国家正投入大量资金和人力进行合成全 新型的工业品级金刚石的研究 , 这将为人造金刚石在科学技术上和工业上的应用开辟新的机 遇。
1 粒度分级越来越细, 粒级范围越来越窄
目前许多工业技术部门都要求使用 0 至 4 m 的金刚石微粉。 就 4 m 以细的金刚石微粉而 论 , 1981 年制订的美国国家标准 ANSI B74. 20— 1981 中规定 4 m 以细的金刚石微粉只有 3 级 : 0～ 1、 0～ 2、 2～ 4。 1984 年制订的行业标准 1DA 中规定 4 m 以细的金刚石微粉有 5 级: 0～ 濎、 0～ 1、 0～ 2、 1～ 3、 2 ～4。从厂家标准来说, 金刚石微粉的粒度较细, 且粒度范围较窄。美国 G . E . 公司是世界上最大的金刚石微粉生产厂家。据估计 , 它生产的金刚石微粉占世界市场的 60% 。 英国 De Bears 公司占 30% 。 G. E. 公司制订的金刚石微粉标准中, 4 m 以细的共分 6 级: 0～濎、 0～1、 0～2 、 1～ 2、 1～ 3、 2 ～4。而 De Beers 公司制订的金刚石微粉标准中, 4 m 以细的 分为 8 级: 0～濎 、 0～ 1、 0 ～2、 濎～1 、 濐～ 1濎 、 1～ 2、 1濎 ～3 、 2～4 。 到了 1996 年, 美国 kay 工业 金刚石公司制订的金刚石微粉标准将 4 m 以细的分为 17 级: 0～濎、 0～濎、 濎～濎 、 0～濎 、 0 ～ 1、 濎 ～1 、 濎 ～1濎 、 0 ～2、 濐～ 2、 1～2 、 濎 ～2濎 、 濎 ～3 、 1～ 3、 1濎～ 3、 2～ 3、 2～ 4、 3 ～4, 而且 粒级范围十分窄, 可以称得上是目前国际上最先进的水平。
2 天然金刚石微粉继续在发展
在工业金刚石中, 人造金刚石的生产量约占四分之三甚至更多 , 但在一些部门人造金刚石 目前还不能完全取代天然金刚石。 De Beers 公司生产的 SND 金刚石微粉是唯一的天然金刚石 微粉, 其特点是颗粒形状和粒度十分均匀 , 具有锋利的切削边棱, 最小粒度约为 0～ 0. 25 m , 用这种天然金刚石微粉配制的研磨膏用于抛光加工特硬冶金试样等十分有效。 据 Kay 工业金刚石公司称, 它生产天然金刚石微粉历经 50 年而不衰, 是因为天然金刚石 微粉具有特殊的物理与化学性能 , 是人造金刚石微粉所不能比的。 该公司生产的天然金刚石微 粉 共有 55 个粒度级 , 4 m 以细的多在 13 个粒度级 : 0 ～濎 、 0 ～濎 、 0 ～濎 、 0 ～1 、 濎～1 、 濎～ 1濎 、 0～ 2、 1～ 2、 濎 ～3 、 1～ 3、 1濎 ～3 、 2～3 、 2～ 4。
无论是天然或是人造金刚石微粉都是当今国际上一种超硬精细磨料。随着高新技术的发 展 , 它在各工业部门的应用越来越广泛。 在 60 年代中期以前, 苏联在工业中的所用的天然金刚石有 70% 是用于破碎后制成金刚 石微粉、 金刚石研磨膏和金刚石工具。自从人造金石投入工业规模生产以后 , 这部分天然金刚 石制品几乎已全被人造金刚石所取代。据统计 , 到了 60 年代末, 苏联所制造的金刚石工具中, 95% 是用人造金刚石, 只有 5% 是用天然金刚石。 到了 90 年代 , 原苏联人造金刚石的年产量约 达到一亿克拉。由此可见原苏联人造金刚石发展之迅速和金刚石微粉用量之大。 统计资料表明 , 在 80 年代初 , 西方工业发达国家耗用的工业金刚石大约是 10000 万克拉, 其中金刚石微粉的耗用量接近 10% , 即达到了 1000 万克拉。 金刚石 的研磨能力比立 方氮化硼大 1. 25 倍 , 比碳化硅大 2. 85 ～ 3. 57 倍 , 比白刚 玉大 6. 25～ 7. 14 倍。 所以金刚石微粉作为一种超硬磨料 , 具有无比优越的研磨能力, 日益受到各工 业发达国家的高度重视。金刚石微粉的研磨能力包括对工件的磨削能力和它本身的耐磨损和 抗粉碎能力, 取决于其显微硬度、 粒度、 强度、 颗粒形状以及热稳定性和化学稳定性。 概括起来说, 金刚石微粉作为磨料的应用有三大方面 : 用于工业上、 科学上和医学上各种精密元器件的精磨或抛光加工 ; 用于树脂粘结工具、 金属粘结工具以及电镀工具的制造 ; 作为精细磨料用于模具加工、 宝玉石抛光加工、 宝石轴承加工制造。 金刚石微粉除了用作研磨材料之外, 另一大用途就是用作功能材料。 例如利用其热学性质 和电学性质等。 用金刚石微粉混合到热固性树脂聚合物、 纤维素、 酚醛树脂或者陶瓷片之中 , 可 制成一种具有提高热导率和降低热膨胀性的新材料。 把金刚石微粉混合到金属片 , 如镍片或不 锈钢片中可制成具有热导率高、 热膨胀性低而重量轻的新型片状材料, 在电子工业中可做成高 密高能器件用于热控制。
USES OF DIAMOND POWDER AND ITS DEVELOPING TENDENCY
T an Yaol in
( R esear ch I nstitute of Geology , f or M iner al Resources , CN N C , Guilin 541004)
Abstract Diamond po wder is a superhar d f ine abrasiv e w hich has been m ore w idely used in scince and industr y. Because o f t he requirem ent for dev elo pm ent in the most advanced techno logy , t he pro duct ion of diamond po wder sho w s som e developing t endencies w hich are w ort h paying at t ent ion. Key words Diamond pow der, U se, Developing t endency
1997 年第 3 期 1997 年 6 月
矿 产 与 地 质
第 11 卷 总第 5ຫໍສະໝຸດ Baidu 期
M I NER AL R ESO U R CES A N D G EO L O GY
金刚石微粉的用途及其发展趋势
谈耀麟
( 中国有色金属工业总公司矿产地质研究院 , 桂林 541004)
摘 要 金刚石微粉是一 种超硬精细磨料 , 在科学和工业上的应用越来越广泛。 由于高新 技术发展的需要 , 金刚石微粉的生产出现一些值得注意的发展趋势。 关键词 金刚石微粉 , 用途 , 发展趋 势
5 爆炸法合成的金刚石微粉
随着工业技术的进步, 越来越要求超高精密度的尺寸公差 , 例如加工工业用的蓝宝石、 铁 氧体或陶瓷元件、 定形金刚石制品, 多相金相试样以及特硬金属零件等。 实践证明 , 采用爆炸法 合成的金刚石微粉可获得很好的技术经济效果。 这种金刚石微粉的特点是多晶体颗粒 , 从显微 结构和外观上说类似黑金刚石( Carbonado ) , 这 一种稀有的天然聚晶金刚石, 由于含微量元素 而呈黑色, 具有很高的硬度。 爆炸法合成的金刚石微粉是用高能炸药受控爆炸法合成的。目前国际上已开始进入工业 规模生产。
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新一代矿井地质雷达系统
兖州矿业公司兴隆庄煤矿、 中 KDL — 3 型矿井地质雷达系统由煤炭科学研究院重庆分院、 梁山矿物局等单位共同研究完成 , 通过煤炭工业部组织的专家技术鉴定。 该系统由发射机、 接收机、 天线、 采样器、 防爆微机和喷墨打印机等组成。下井仪器具有微 机控制、 数据采集、 贮存和信息自动成图等功能。适合于矿井地质和工程地质领域的地质异常 体探测。 工业性试验表明: 仪器结构合理、 性能稳定; 系统分辨率高 , 特征曲线明显 ; 自动化程度 高 , 实际探测距离 70 米 , 准确度达 85% 以上。 山东兖州矿物局科研所李剑锋供稿
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3 超高研磨性能的金刚石微粉
原苏联超硬材料研究所一直在大力研究和开发人造金刚石微粉研磨膏的应用。据他们认 为 , 金刚石研磨膏应用于抛光高精度零件比用非金刚石磨料制成的研磨膏的生产效率提高 1 ～ 2 倍 , 而且加工的光洁度可提高一个等级。 原苏联金刚石研磨膏的应用十分广泛, 常用于一些高精度高表面光洁度元器件的精磨和 抛光。 例如用于金相试样、 拉丝模、 钟表和其它工业用宝石轴承、 压模和冲模、 量规和块规、 航空 器高精度液压传动零件和内燃机零件、 精密仪表元件、 雷达设备、 各种晶体管和陀螺仪零件等 的精磨或抛光。此外还用于钻石、 硬质合金、 玻璃、 石英、 陶瓷、 红宝石、 蓝宝石、 锗、 硅和其它硬 脆材料元件的研磨 , 以及铸铁、 钢、 有色金属和合金零件的抛光 ; 钛、 钽、 锆和其它难加工稀有金 属零件的精磨等等。 目前原苏联已研制出一种超高研磨性能的人造金刚石微粉 , 其加工效率比天然金刚石微 粉大得多。 用于加工多角形钻石十分有效; 加工硅二极管和锗二极管等元件可达到最高级的镜 面光洁度。