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爆轰法纳米金刚石的合成及其应用

来源:广州宏武材料科技有限公司 宏武纳米    发布时间:2017-10-26浏览量:


    纳米级金刚石是近几年来用爆炸技术合成的新材料。它不但具有金刚石的固有特性,而且具有小尺寸效应、大比表面积效应、量子尺寸效应等,因而展现出纳米材料的特性。在爆轰波中合成的这种金刚石具有立方组织结构,晶格常数为(0.3562+0.0003) nm,晶体密度为3.1 g/cm3 ,比表面积为300 m2/g~390 m2/g。在不同的化学处理后,金刚石表面可形成多种不同的官能团,这种金刚石晶体具有很高的吸附能力。


    爆轰法合成纳米金刚石的合成工艺:
 
 高能炸药配方选择-----浇注主药柱-----压制起爆药柱----组装药柱-----吊入爆轰釜----密封隔绝空气----起爆-----得到爆轰粉------化学提纯------得到纳米金刚石黑粉、灰粉、精粉。


    纳米金刚石是利用炸药爆轰产生的瞬间 高温(2000~3000K)、高压(20~30GPa)使炸药中的碳转变成纳米金刚石。生成的金刚石粒径在10nm以下,是目前所有方法中得到的最细的金刚石粉。纳米金刚石兼具金刚石和纳米颗粒的双重特性,在电镀、润滑和精抛光等领域具有广阔的应用前景。
 

    纳米金刚石的纯化方法:

一般是先用盐酸除去其中的金属(主要是铁)杂质;然后用氧化法除去各种非金刚石碳。所用的方法可分为气相氧化法和液相氧化法。用气相氧化法制成的金刚石粉具有较高的抗氧化稳定性;液相氧化法的操作比较简单,适宜大规模生产,因而目前仍然被广泛应用。
 
 
    纳米金刚石的应用领域:

(1) 抗磨润滑油   

在爆炸容器中,收集到的炸药爆轰产物,是由纳米级金刚石和无定形碳组成的固体,这种纳米级超细微粉有很高的活性,用它调制发动机磨合油和工业润滑剂,可以大大提高耐磨性能。
 
  
(2) 提高金属镀层的耐磨性   

电镀时,在电解液中加入适量纳米级金刚石粉末,会使电镀金属晶粒尺寸变小,显微硬度增强。根据大量工业实验得出的结果说明,含纳米级金刚石的金属镀层的耐磨性明显提高。 
 

(3 )添加纳米级金刚石的金属润滑剂   

降低机器零件连接处摩擦和燃料损失,其途径之一就是改善摩擦副表面的性能。目前常用金属润滑剂预磨摩擦副表面,把金属润滑剂的抗磨性赋予摩擦副表面。
 

(4) 含金刚石的新型耐磨材料   

1992年美国的Yashchenko等人用粉末冶金法制成了一种新型抗磨材料,这种材料是把铜锌和铜锡粉末与纳米级金刚石粉末按一定比例混合,经压实,然后在氢气中烧结制成的。这种新型材料可用于内燃机缸套和其它传动机械的衬套制造也可用于制造滑动轴承等,由于这种新材料含有摩擦系数小、热传导率高的纳米级金刚石粉末,才具有高的抗划痕性和耐磨性。  
 

(5)作为精细研磨材料
 
       用这种金刚石粉制成的研磨液或研磨块,可以磨出光洁度极高的表面。例如:可制成表面光洁度要求极高的X-射线反射镜;用含有这种金刚石粉的研磨液对陶瓷滚珠进行磁流体研磨,可得到表面粗糙度只有0.013μm的表面。 
 

(6) 纳米级金刚石其它用途   

      将这种金刚石粉用于制造电子成象的感光材料,能明显改进复印机的性能;用该金刚石粉做生物抗源载体,制造某些抗体药物,取得了良好结果;将这种金刚石粉涂沫在用于化学气相沉积金刚石膜的单晶硅基片上,在硅片上就可以形成金刚石微晶层,在进行化学气相沉积时,可大大加速金刚石膜的生长速度和提高膜的成核密度。实验证明,在同样的CVD条件下,硅片上金刚石膜的成核密度可提高两个数量级。
 



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