【纳米金刚石】纳米金刚石的应用领域 纳米金刚石分散方法简介

纳米金刚石分散方法简介

金刚石粉体在工业上作为一种超硬材料，被广泛应用于切削、磨削、耐磨涂层、抛光等领域。本文将重点介绍纳米金刚石微粉在抛光领域的应用及其分散方法。欧美俄等国开展纳米金刚石研究较早，具备了纳米金刚石抛光液、抛光膏的生产能力，国内在纳米金刚石抛光液制备领域的研究刚起步。技术水平与国外相比还有一定的差距。

纳米金刚石分散问题探讨

纳米金刚石颗粒表面的大量原子悬空键使其化学活性大大提高，非常大的表面积，使其有巨大的表面能，容易形成硬的难以解聚的团聚体是不可避免的。所以纳米金刚石在介质中散稳定性差，容易发生团聚，使其在应用过程中受到严重制约。也就是说，纳米金刚石抛光液制备的关键技术是纳米金刚石在介质中的长期稳定分散及粒度的均一性、这是一道世界性技术难题。

纳米金刚石干粉团粒度平均达2μm.纳米金刚石表而含有大量有机官能团，主要为一OH（羟基）、一C=O（羰基）、一COOH（羧基）以及一些含氮的基团，所占面积可达颗粒表面的10%~25%.这些含氧活性基团和含氮活性物质可与许多有机化合物反应或吸附。为纳米金刚石在油或水介质中的分散提供了基础。

纳米金刚石的分散技术一般分物理分散和化学分散。物理分散又可分为超声分散、机械搅拌分散和机械研磨分散。化学分散又可分为化学改性分散、分散剂分散。纳米金刚石抛光液的分散过程就是使纳米金刚石聚集体在抛光液中呈原始单体状态弥散分布于液相的过程。

分散过程主要包括两个步骤：

一是，颗粒在液相中的浸湿，

二是，使原生颗粒稳定分散而不产生团聚或使已形成的团聚破解成较小的团聚或原始单体颗粒。

我国一些行业专家对纳米金刚石在水介质中的稳定分散工艺及其机理进行了探索，认为采用机械化学处理对金刚石进行表面改性，利用高剪切搅拌、高能超声振动磨等机械力与聚合物表面活性剂的协同效应，在有效地粉碎纳米金刚石的同时，对纳米金刚石表面，尤其是粉碎过程中新的表面进行改性，调节颗粒表面亲水疏水性，实现纳米金刚石在介质中的稳定分散。

基于这项研究成果，使用硅烷偶联剂KH-570和高聚物JQ-3表面改性过的纳米金刚石，以超声作为分散手段，将其分散在乙醇中，得到了平均粒径51.7nm的胶体溶液、两种高聚物分散剂复配使用，可以明显提高纳米金刚石在乙醇中的分散性和稳定性，为国产油性抛光液的制备奠定了基础。

纳米金刚石在抛光领域应用简介

纳米金刚石抛光液以其优异的性能广泛应用于半导体硅片抛光、计算机硬盘基片、计算机顶头抛光、精密陶瓷、人造晶体、硬质合金、宝石抛光等领域。俄罗斯用纳米金刚石抛光石英、光学玻璃等，其抛光表面粗糙度达到1nm.纳米金刚石的应用显示出很多优点。由于超细、超硬，使得光学抛光中的难题迎刃而解。

精细抛光是光学抛光中的难题，原工艺方法是把磨料反复使用，需要几十小时，效率很低。现在使用了纳米金刚石，使抛光速度大大提高。抛光相同的工件所需的时间仅需十几小时至几十分钟，效率提高数十倍至数百倍。

纳米金刚石的应用领域

1、纳米金刚石加在润滑油，冷却液中

纳米金刚石在润滑油，润滑脂和冷却液中的应用主要用在机械业,金属加工，发动机制造，船舶制造，航空，运输。润滑油中加入纳米金刚石可提高发动机和传动装置工作寿命，节约燃油机油，摩擦力矩降低20～40%，摩擦表面磨损降低30～40%。1000公斤机油耗用纳米金刚石0.1～0.2公斤。 纳米金刚石应用在润滑油中必须要解决其稳定悬浮问题，目前已有公司解决了这一问题。

2、纳米金刚石—聚合物复合体

纳米金刚石聚合物复合体应用于航空，汽车，拖拉机，船舶制造业，医学，化工，石油化工，截止阀，保护层和耐磨涂层。已研制出氟弹性橡胶和聚硅氧烷基高效涂层。聚异戊二烯橡胶，丁苯橡胶，丁腈橡胶和天然橡胶的弹性强度性能得到大大改善。在橡胶中添加纳米金刚石可平均降低磨损2～4倍，提高耐断裂性能30%，提高破坏温度15%。

含有纳米金刚石的环氧树脂胶具有更高的粘附性和内聚性，聚合物中加纳米金刚石可提高其强度，耐磨性和抗热老化作用。 1000公斤橡胶（聚合物）耗用纳米金刚石1～5公斤，1000m2聚合物涂层耗用金刚石1～5公斤。

3、烧结体

纳米金刚石在磨料磨具领域主要用来与过渡金属混合制造高强度低气孔率的金刚石烧结体，其显微硬度可达6000～7000kg/mm2。可用来加工软或脆性材料，加工表面粗糙度很低。如果预先外延生长碳或添加静压合成的金刚石微粉，在10～12GPa压力下烧结获得的金刚石聚晶显微硬度可达天然金刚石单晶的水平。做成钻头钻高强度岩层可达到或超过CB-СП（俄罗斯）聚晶的使用性能。压制静压合成的金刚石微粉时，将纳米金刚石作为硅浸渍料的组份，几乎可将烧结体成品率提高一倍，抗压强度由1.7GPa提高到2.2GPa。这种烧结体用作钻头的切削元件。

4、磁性记录系统

纳米金刚石还可用在磁带，磁盘等磁性记录载体中，起耐磨添加剂和物理改性剂的作用。在电化学涂附复合磁性记录薄膜时添加纳米金刚石，以改善磁性记录装置的性能。添加纳米金刚石可减小铁磁材料颗粒，提高记录密度，降低磨料磨损和摩擦系数。

5、添加到金属间化合物中

含有纳米金刚石的铜，锡，锌金属间化合物可用做工作条件非常恶劣的摩擦部件，这时塑性和液体润滑材料常常被挤出来。纳米金刚石对于铜锌或铜锡合金是理想的组份材料（含量不超过15体积%)。加入纳米金刚石后使摩擦力降至1/2～1/6。

6、医学

纳米金刚石还可在医学上用于肿瘤，胃肠疾病，皮肤病的治疗。它无毒，无致癌或锈变性质。纳米金刚石是超活性吸附剂和生物活性物定位剂，可极大增强药物的疗效。