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郑州华晶金刚石股份有限公司

我国纳米金刚石的应用与发展现状

关键词 纳米金刚石|2016-06-01 14:13:33|来源 中国超硬材料网
摘要 一、纳米金刚石的应用进入21世纪后,由于技术的进步和关键技术点的突破,又兴起了纳米金刚石的规模化制备技术与应用研究的新高潮。国内参与此项研究工作的科研院所与工厂公司也越来越多,在纳...
  一、纳米金刚石的应用
  进入21世纪后,由于技术的进步和关键技术点的突破,又兴起了纳米金刚石的规模化制备技术与应用研究的新高潮。国内参与此项研究工作的科研院所与工厂公司也越来越多,在纳米金刚石的应用研究方面也取得了一定的成果。
  2000年以来,西安交通大学、吉林大学、清华大学、装甲兵工程学院、中国科技大学、长沙矿冶研究院、中北大学(华北工学院)、燕山大学、西北大学、南京理工大学等对爆轰合成纳米金刚石,从合成工艺、影响因素、提纯技术、性能表征、分散技术以及在多方面的应用技术,进行了较为系统的研究。同时也培养了一批纳米金刚石研究方面的人才。
  天津市乾宇超硬材料有限公司,将纳米金刚石添加到SDZ-02型改性内燃机油中,可显著提高减磨效果,远延长了内燃机使用寿命。
  北京装甲兵工程学院将纳米金刚石加入到粘结剂中制成了金属补剂,抗拉强度提高72%,扭转强度提高20%。
  西北核技术研究所从1998年起,把纳米金刚石用作高分子材料的强化填料,研究了纳米金刚石对几种常用橡胶的强化作用,结果表明,强度和耐磨性都有很大提高,同时减缓了橡胶老化现象的发生。
  以纳米金刚石为原料,可在较低的温度压力下形成各向同性的金刚石聚晶。这种聚晶由于金刚石颗粒细小,且颗粒间结合强度较高,故不易断裂和磨损,用于制造高强度、高寿命的聚晶刀具,应用于高精度机械加工领域。
  用纳米金刚石配成抛光料对K8光学玻璃、电化学沉积Ni、硅和Sapphire涂层进纤行研磨和抛光后,其粗糙度分别达到5~10、10~12、6~10和17~20埃。
  用含纳米金刚石的电镀液制成冲压模具、工具等复合电镀层,可大大提高其硬度和耐磨性,从而提高了工具的使用寿命。华侨大学、中国地质大学、装甲兵工程学院、北京机电研究所都开展过类似工作,并取得了良好效果。
  用纳米金刚石制作磁记录材料的保护层,存取速度高且耐磨。
  还可利用这种镀层硬度高、耐腐蚀、耐热冲击的特性,制作密封层,其性能远远优于一般密封材料。
  西北大学用纳米金刚石沉积生成的导电金刚石薄膜,可以作为低阀值的真空冷发射阴极,制造低功耗高亮度的平板光显示阴极。
  国外科学家预言,金刚石在不久的将来在一些特殊领域中将代替目前使用的半导体硅片,成为高速电子器件用半导体材料的主流。
  与第四军医大学合作,把纳米金刚石作为生物抗体的载体,因它具有很好的表面惰性,不含重金属杂质,不会使生物抗体发生结构和性能上的变化,不会影响其功能的发挥,有可能在医疗上得到广泛的应用。
  四川久纳新材料有限公司用Carbonado型多晶金刚石微粉对蓝宝石进行研磨加工,研磨效率是单晶金刚石的3倍以上。研磨表面的划痕、微裂纹少,光洁度高,在电子、航天、航空、LED等高技术领域都有广泛的应用。
  使用多晶金刚石的磨削精度空前提高:
  1、在使用2~4μm的多晶金刚石粉研磨工件时,Ra(不平度)<1.6nm。
  2、在使用0~0.5μm多晶金刚石粉研磨工件时,Ra=1.3~1.4nm。
  3、在使用0~0.125μm多晶金刚石粉研磨工件时,Ra<0.1nm。
  以上应用仅是个初步的,是良好的开端。纳米金刚石能否产业化,主要取决于应用。因此,加大纳米金刚石应用技术的研究与开发力度则是关键。

  二、纳米金刚石及制品的产业化
  经过近20年的研究开发,纳米金刚石已经从实验室阶段走向工业规模化生产,其应用也有了较大的进展。主要集中在以下几个方面。
  (一)、纳米金刚石黑粉、灰粉的规模化生产
  青海微晶纳米科技有限公司、成都天成鑫钻纳米科技股份有限公司、广州广达机电有限公司、甘肃金石纳米材料有限公司、深圳市金刚源新材料发展有限公司、山东黄金集团金凯驰纳米科技有限责任公司、北京国瑞升科技有限公司、郑州联合新材料公司、陕西艺林实业有限公司都是用爆轰法生产纳米金刚石粉末的专业制造企业,有年产1000万克拉的爆轰纳米金刚石的能力。
  山西太原科华纳米聚晶金刚石公司、大连凯峰超硬材料公司、四川久纳新材料有限公司、四川科腾新材料有限责任公司等,都有年产几千万克拉的Carbonado型多晶金刚石微粉的能力。
  目前由于下游产品的研发及其推广应用缓慢,因此生产潜能远远没有得到发挥。
  (二)、以纳米金刚石为添加剂的润滑油、磨合油的规模化生产
  经过十几年的探索与研究,解决了纳米金刚石粉的分散技术,含有纳米金刚石的润滑油或磨合油已走向工业规模化生产。国内有成都天成鑫钻纳米科技股份有限公司的“金刚动力宝”牌纳米金刚石燃油添加剂、深圳金刚源公司的“金刚源”牌纳米金刚石润滑油添加剂,天津市乾宇超硬材料有限公司生产的“狗鱼”牌发动机磨合油、润滑油、齿轮油等,山东黄金集团金凯驰纳米科技有限责任公司生产的金凯驰纳米金刚石抗磨剂,北京博纳士公司的博纳士纳米燃油添加剂,东风合力(哈尔滨)石化有限公司生产的“合力”牌纳米金刚石润滑油等。
  (三)、以纳米金刚石为添加剂的复合镀层的规模化生产
  山东黄金集团金凯驰纳米材料有限公司、成都天成鑫钻纳米科技股份有限公司开发的纳米金刚石复合镀镍技术已在某易磨损件上成功获得工业化应用,硬度极大提高,摩擦系数显著降低,耐磨性能极佳,使用寿命达到国际先进水平。

  三、纳米金刚石及制品的发展展望
  纳米金刚石是具有丰富特性内涵的材料,是一个极具挑战性又充满机遇的领域。经过十几年的研究与生产,认识到纳米金刚石可在生产原料、国防工业、精密抛光、石化、生物医学、电子、机械、化学等国民经济和我们的日常生活中均有着广阔的应用前景,相信在不久的将来,会在各个行业得到规模化应用。(本文节选自《中国超硬材料工业五十年》)
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