摘要 一、納米金剛石的應用進入21世紀后,由于技術的進步和關鍵技術點的突破,又興起了納米金剛石的規模化制備技術與應用研究的新高潮。國內參與此項研究工作的科研院所與工廠公司也越來越多,在納...
一、納米金剛石的應用進入21世紀后,由于技術的進步和關鍵技術點的突破,又興起了納米金剛石的規模化制備技術與應用研究的新高潮。國內參與此項研究工作的科研院所與工廠公司也越來越多,在納米金剛石的應用研究方面也取得了一定的成果。
2000年以來,西安交通大學、吉林大學、清華大學、裝甲兵工程學院、中國科技大學、長沙礦冶研究院、中北大學(華北工學院)、燕山大學、西北大學、南京理工大學等對爆轟合成納米金剛石,從合成工藝、影響因素、提純技術、性能表征、分散技術以及在多方面的應用技術,進行了較為系統的研究。同時也培養了一批納米金剛石研究方面的人才。
天津市乾宇超硬材料有限公司,將納米金剛石添加到SDZ-02型改性內燃機油中,可顯著提高減磨效果,遠延長了內燃機使用壽命。
北京裝甲兵工程學院將納米金剛石加入到粘結劑中制成了金屬補劑,抗拉強度提高72%,扭轉強度提高20%。
西北核技術研究所從1998年起,把納米金剛石用作高分子材料的強化填料,研究了納米金剛石對幾種常用橡膠的強化作用,結果表明,強度和耐磨性都有很大提高,同時減緩了橡膠老化現象的發生。
以納米金剛石為原料,可在較低的溫度壓力下形成各向同性的金剛石聚晶。這種聚晶由于金剛石顆粒細小,且顆粒間結合強度較高,故不易斷裂和磨損,用于制造高強度、高壽命的聚晶刀具,應用于高精度機械加工領域。
用納米金剛石配成拋光料對K8光學玻璃、電化學沉積Ni、硅和Sapphire涂層進纖行研磨和拋光后,其粗糙度分別達到5~10、10~12、6~10和17~20埃。
用含納米金剛石的電鍍液制成沖壓模具、工具等復合電鍍層,可大大提高其硬度和耐磨性,從而提高了工具的使用壽命。華僑大學、中國地質大學、裝甲兵工程學院、北京機電研究所都開展過類似工作,并取得了良好效果。
用納米金剛石制作磁記錄材料的保護層,存取速度高且耐磨。
還可利用這種鍍層硬度高、耐腐蝕、耐熱沖擊的特性,制作密封層,其性能遠遠優于一般密封材料。
西北大學用納米金剛石沉積生成的導電金剛石薄膜,可以作為低閥值的真空冷發射陰極,制造低功耗高亮度的平板光顯示陰極。
國外科學家預言,金剛石在不久的將來在一些特殊領域中將代替目前使用的半導體硅片,成為高速電子器件用半導體材料的主流。
與第四軍醫大學合作,把納米金剛石作為生物抗體的載體,因它具有很好的表面惰性,不含重金屬雜質,不會使生物抗體發生結構和性能上的變化,不會影響其功能的發揮,有可能在醫療上得到廣泛的應用。
四川久納新材料有限公司用Carbonado型多晶金剛石微粉對藍寶石進行研磨加工,研磨效率是單晶金剛石的3倍以上。研磨表面的劃痕、微裂紋少,光潔度高,在電子、航天、航空、LED等高技術領域都有廣泛的應用。
使用多晶金剛石的磨削精度空前提高:
1、在使用2~4μm的多晶金剛石粉研磨工件時,Ra(不平度)<1.6nm。
2、在使用0~0.5μm多晶金剛石粉研磨工件時,Ra=1.3~1.4nm。
3、在使用0~0.125μm多晶金剛石粉研磨工件時,Ra<0.1nm。
以上應用僅是個初步的,是良好的開端。納米金剛石能否產業化,主要取決于應用。因此,加大納米金剛石應用技術的研究與開發力度則是關鍵。
二、納米金剛石及制品的產業化
經過近20年的研究開發,納米金剛石已經從實驗室階段走向工業規模化生產,其應用也有了較大的進展。主要集中在以下幾個方面。
(一)、納米金剛石黑粉、灰粉的規模化生產
青海微晶納米科技有限公司、成都天成鑫鉆納米科技股份有限公司、廣州廣達機電有限公司、甘肅金石納米材料有限公司、深圳市金剛源新材料發展有限公司、山東黃金集團金凱馳納米科技有限責任公司、北京國瑞升科技有限公司、鄭州聯合新材料公司、陜西藝林實業有限公司都是用爆轟法生產納米金剛石粉末的專業制造企業,有年產1000萬克拉的爆轟納米金剛石的能力。
山西太原科華納米聚晶金剛石公司、大連凱峰超硬材料公司、四川久納新材料有限公司、四川科騰新材料有限責任公司等,都有年產幾千萬克拉的Carbonado型多晶金剛石微粉的能力。
目前由于下游產品的研發及其推廣應用緩慢,因此生產潛能遠遠沒有得到發揮。
(二)、以納米金剛石為添加劑的潤滑油、磨合油的規模化生產
經過十幾年的探索與研究,解決了納米金剛石粉的分散技術,含有納米金剛石的潤滑油或磨合油已走向工業規模化生產。國內有成都天成鑫鉆納米科技股份有限公司的“金剛動力寶”牌納米金剛石燃油添加劑、深圳金剛源公司的“金剛源”牌納米金剛石潤滑油添加劑,天津市乾宇超硬材料有限公司生產的“狗魚”牌發動機磨合油、潤滑油、齒輪油等,山東黃金集團金凱馳納米科技有限責任公司生產的金凱馳納米金剛石抗磨劑,北京博納士公司的博納士納米燃油添加劑,東風合力(哈爾濱)石化有限公司生產的“合力”牌納米金剛石潤滑油等。
(三)、以納米金剛石為添加劑的復合鍍層的規模化生產
山東黃金集團金凱馳納米材料有限公司、成都天成鑫鉆納米科技股份有限公司開發的納米金剛石復合鍍鎳技術已在某易磨損件上成功獲得工業化應用,硬度極大提高,摩擦系數顯著降低,耐磨性能極佳,使用壽命達到國際先進水平。
三、納米金剛石及制品的發展展望
納米金剛石是具有豐富特性內涵的材料,是一個極具挑戰性又充滿機遇的領域。經過十幾年的研究與生產,認識到納米金剛石可在生產原料、國防工業、精密拋光、石化、生物醫學、電子、機械、化學等國民經濟和我們的日常生活中均有著廣闊的應用前景,相信在不久的將來,會在各個行業得到規模化應用。(本文節選自《中國超硬材料工業五十年》)