周亚杉 李明涛 王生艳
河南黄河旋风股份有限公司 河南 长葛 461500;
摘要:本文研究是基于添加微量元素和纳米粒子,通过调节温度和工作压力等主要参数来控制金刚石生长,并改变金刚石的表面活性,从而对金刚石难以团聚这一问题加以有效解决的同时,提高提纯效率和产出率,最终生产的金刚石含有粒度分布为35至1μm(400至8000 目)。
关键词:超细颗粒;金刚石;高效提纯
引言:为更好地弥补我国这一技术空白,促进我国金刚石产业的发展,增强企业产品竞争力,本文的实施将为超细颗粒金刚石的工业化生产和制造提供技术支持,同时,这也是制约我国机械设备的超深加工、镜面玻璃切割、集成电路芯片硅和其航空发动机和计算机硬盘、芯片、高韧性PCD、纳米晶金刚石线切割等产业发展计划的关键要素之一。
1研究内容
这种超细颗粒金刚石单晶生成技术可以完成粒度为35~1μm(400~8000目)的高品质超细单晶的产业化开发和生产。该产品具有细致的单晶外观、均匀的粒度、尖角和较高的断裂韧性,它不仅强度高,而且具有高韧性和高耐磨性。
1.1设计思路
本文研究主要基于影响超细金刚石生成的核心技术进行高深加工,关键在于超细金刚石成核控制技术、生长控制技术、高效提纯技术、筛选检测技术及产业链应用等方面开展科技攻关,根据核心技术的改进,完成高品质生产粒度为35~1μm(400~8000目)的极细粒金刚石,其宗旨是解决超细颗粒产生和开发利用的技术短板,产生相应的技术管理制度和自主创新管理制度,打造产业化、规范化的超细颗粒金刚石产业链示范产业基地和超细颗粒金刚石开发利用示范生产线。
1.2技术路线
该科研的关键技术是基于金刚石超细颗粒生成技术管理体系而开发的。一是科研超细颗粒金刚石成核及生长发育控制核心技术。关键是着眼于超细金刚石成核控制、原材料选择、加工工艺改进、整体设计和电气控制系统的实际阶段。科学研究为金刚石超细颗粒的生长发育提供了基础支撑。二是超细颗粒金刚石绿色高效净化技术的科研、开发和设计,关键是围绕超细颗粒金刚石产业发展所需的核心技术开展研究,利用国内优秀的提纯技术,对超细颗粒金刚石提纯技术难题进行攻克。三是建立超细颗粒金刚石综合评价指标体系和规范,跟踪国外优秀技术,开展超细颗粒金刚石评价检测标准的研究,保障超细颗粒金刚石的现代化利用。四是全力抓好产品研发,开发利用金刚石超细颗粒和技术在产业发展中,通过重点科研攻关超细颗粒的开发和销售,进一步拓宽全产业链。
2技术内容
2.1超细颗粒金刚石成核与生长关键技术
超细颗粒金刚石成核与生长操纵核心技术的科学研究包括四个层次。一是超细金刚石成核驱动与控制系统。设计方案的形核应达到400目。超细金刚石成核总数受调控,生长对称。二是超细粒金刚石的生长体系和技术。超细粒金刚石加工曲线图的设计与配方一致,保证了超细粒金刚石的高质量生长控制。第三是针对不同煤接触管理系统的高真空泵回收解决方案的技术性。针对不同的管理系统,将高真空泵回收处理技术和温度纳入不同管理系统的设计方案。
四是HTHP腔体的可靠性设计,包括传压材料高分子材料和加热保温层配件升级和工艺处理,实现超细金刚石超高压的稳定供应。
2.2提纯技术
一是超细颗粒金刚石提纯业务流程优化设计方案。步骤应能够实现超微粒金刚石的合理快速提纯,提高解功能力,减少步骤损伤,包括破碎、电解、球磨、振动筛筛分和反应槽处理等工艺可靠性设计。二是超细颗粒净化分散技术科学研究,应对超细金刚石颗粒团聚和漂浮难点。三是研发超细颗粒金刚石微波加热提纯技术,设计方案改进了超细颗粒金刚石特性的加工方法,利用微波加热减少强酸强碱解决工艺流程,减少环境污染和消耗。
2.3绿色高效提纯技术
一是超声波分离技术的研发,设计方案处理了超细金刚石颗粒水分团聚问题,提高了筛分选型效率。二是对超细粒金刚石指标值的评述和分析,通过实验建立相关检验数据信息和统计分析方法,完成对超细粒金刚石的合理检验。三是制定超细颗粒金刚石检测规范,建立超细颗粒金刚石产品质量检测规范,完善阶梯检验标准。
3结果与讨论
本次研究的金刚石单晶超细颗粒生成技术,可完成粒度分布为35~1μm(400~8000目)的高品质超细单晶的产业化开发和制造,该产品具有细致的单晶外观和均衡的粒度分布尖角和冲击韧性高韧性,不仅强度高,而且具有高韧性、高耐磨等特点,是高精度、超精密加工的理想原材料。经我国权威检测,综合性能指标达到国内领先水平。金刚石复合CNC刀片是超精齿,超细金刚石作为其基本原材料对其性能有关键影响,与针块微粉相比,接近球形的超细颗粒金刚石可以最大限度地提高微粉的表观密度,促进复合剧中金刚石成分的进一步增加。同时,复合剧中金刚石颗粒之间的结合力得到提高,生成的PDC在耐磨性、抗冲击性和耐温性方面较传统微粉都有很大的提高。综合分析表明,在超精抛光级别,金刚石复合CNC刀片采用环氧树脂金刚石抛光盘加工仿钻,效率更高,更光亮(可达到A级);在超高精度加工层面,可用于微晶玻璃、复合超硬材料数控刀片和工业陶瓷等难加工的原材料。与金刚石微粉加工相比,效率提高20%,使用寿命提高35%;在高强度PDC层面,近乎球形的超细颗粒金刚石可以最大限度地提高微粉的表观密度,合理提高复合剧中金刚石颗粒之间的结合力。生成的PDC与传统微粉相比,耐磨性、抗冲击性和耐温性都有很大的提高。
结语:
综合上文所述,本项研究基于超细金刚石成核操作、原料选择与配方调整、超高压合成、高效提纯等核心技术的科学研究,完成超细颗粒与粒度分布为35~lμm(400~8000目)的金刚石的合理合成。产品应用结果表明,在超深加工、研磨抛光层面,超细金刚石比传统金刚石硅粉生产加工效率提高20%,使用寿命提高35%,产品工件的表面质量大大提高;在高强度PDC层面,合成PDC的耐磨性比传统硅粉至少高出30%。
参考文献:
[1]谭素玲, 孙双双, 乔翠娅,等. 新型多组元超细铁基触媒在自锐金刚石合成中的应用[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2019, 39(01):9-17.
[2]石广丰, 朱桂展, 李安珂,等. 金刚石印压微孔成形机理与试验分析[J]. 工具技术, 2019, 53(02):77-79.
[3]乔文灿. 纳米金刚石提纯技术研究进展[J]. 科技风, 2019, 000(015):138-139.
姓名:周亚杉(1990.12.30);性别:女,民族:汉,籍贯:河南省长葛市,学历:大专,毕业于许昌职业技术学院;现有职称:助理工程师;研究方向:金刚石及其工具制造