中國粉體網訊 金剛石微粉主要分為單晶金剛石微粉、多晶金剛石微粉和納米金剛石微粉三種類型。除此之外還有一些其他金剛石微粉，像類多晶金剛石微粉、團聚金剛石微粉。
金剛石微粉硬度高、耐磨性好，可廣泛用于切削、磨削、鉆探等，同時也是研磨拋光硬質合金、陶瓷、寶石、光學玻璃等高硬度材料的理想原料。
金剛石微粉 圖源：奈克斯超硬材料有限公司
金剛石微粉就其粒度而言它屬于微米、亞微米及納米粉體。與粗粒粉體相比，其比表面積和比表面官能團明顯增大，因而在生產過程中，顆粒相互之間的作用力大為增加。另外，隨著粒度的細化，顆粒本身的缺陷減少，強度必然增大。由此可見，金剛石微粉的生產過程存在相當大的難度，它不僅僅是顆粒細化的過程，同時還伴隨著晶體結構和表面物理化學性質等變化。所以說金剛石微粉的生產工藝是一個涉及機械、粉體工程、力學、物理化學、現代儀器與測試技術等多學科的工程技術問題。
金剛石微粉生產工藝及設備
目前，最常見的金剛石微粉是將人造金剛石通過破碎、提純、分級等工藝生產的，主要生產工藝及流程如下圖所示，在生產低檔產品時，圖中虛線框工序可省略。
金剛石微粉制造工藝流程
一般來說，將適度粗粒的物料破碎至微米或亞微米粒度有兩種基本方式，即機械沖擊和氣流粉碎。
滾筒式球磨機就是以機械壓碎作用為主兼有適量低速沖擊作用的破碎設備。就方法而論，用球磨機對金剛石破碎加工來生產金剛石微粉是最常用的方法，球磨破碎法在我國金剛石微粉生產中已使用了許多年，曾經取得了較為滿意的效果。
滾筒式球磨機 圖源：郴州恒達選礦機械廠有限公司
但由于存在生產效率低的缺點，目前已被一種氣流粉碎機所取代，氣流粉碎機的工作原理是以壓縮空氣為工作介質，壓縮空氣通過特殊的超音速噴嘴向粉碎室高速噴射，該氣流攜帶物料高速運動，使物料與物料之間產生強烈碰撞、磨擦與剪切從而達到粉碎的目的。
氣流粉碎機 圖源：宜興精新粉體設備科技有限公司
這種破碎方式對金剛石微粉的生產是很有利的，因為可以生產出比較理想的顆粒形狀。氣流粉碎機最大的優點是不受機械線速度的限制，能夠產生很高的氣流速度，特別是超音速氣流粉碎機能產生數倍于音速的流速，因而能產生巨大的動能，比較容易獲得微米級和亞微米級的超細粉體。從粉碎原理上說，這種機型用于金剛石微粉的生產是較有發展前景的。
金剛石微粉類型及應用
單晶金剛石微粉是由靜壓法人造金剛石單晶磨粒，經過粉碎、整形處理，采用超硬材料特殊的工藝方法生產。其顆粒保留了單晶金剛石的單晶體特性，其晶體形狀為規則、完整的六-八面體，有很高的強度、韌性和很好的熱穩定性，抗沖擊能力強。
單晶金剛石 圖源：河南聯合精密
應用：適用于電鍍制品、砂輪、磨輪的制造，用于高檔石材的拋光、雕刻、汽車玻璃、高檔家具、陶瓷、硬質合金、磁性材料的加工等。研磨拋光硬質合金、陶瓷、寶石、光學玻璃等高硬度材料的理想原料。
多晶金剛石微粉是利用高能在爆炸瞬間產生的極高爆熱和爆壓對石墨做功，使石墨轉變成類似天然carbonado結構的金剛石，由于合成時間極短，金剛石晶粒中存在結構缺陷，幾乎全部是由基本晶粒小于100納米的微晶通過共用晶面組成的金剛石顆粒，在一些特殊材料的加工過程中，由于多晶金剛石的特性不會對工件產生深度劃傷，同時在受到一定壓力后會促使金剛石表面的微晶晶粒連續剝落從而不斷形成新的切削刃，這樣的特點為一些高硬度特種材料的快速磨、拋加工提供了可能。多晶金剛石在一些高硬度特種材料上的去除率是普通金剛石產品的2-4倍，且不會產生劃傷。
多晶金剛石
應用：主要運用于芯片光學晶體/超精細加工、大型硅片超精拋光、表面改性等領域，球狀聚晶金剛石微粉外觀灰黑色，略呈金屬光澤。
類多晶金剛石微粉顆粒形態呈多孔結構，表面具有大量鋒利的切削刃，研磨拋光后表面Ra值顯著降低，廣泛應用于藍寶石、碳化硅晶體、陶瓷材料等硬脆材料的精密研磨拋光。
類多晶金剛石
納米金剛石微粉是由小于20納米粒徑的微晶金剛石顆粒組成，特殊的爆轟合成條件使其基本顆粒近球形，表面具有豐富的官能團，比表面積相對單晶金剛石提高了一個數量級。它不僅有金剛石極好的硬度和研磨特性，同時也具有納米功能材料的新特性，應用范圍更廣泛。
納米金剛石 圖源：河南豫星碳材
應用：
1）精細研磨拋光：納米金剛石兼具有超硬材料及納米材料的特性，可用于精密零件的拋光生產中，用于超精細加工石英、光學玻璃、半導體、合金和金屬表面拋光，表面粗糙度值Ra可達到2-8nm；
2）醫學領域的應用：納米金剛石可作為醫學研究中的生物載體，也可被應用于人造骨骼、人造關節等表面耐磨涂層中，延長人造骨、關節的使用壽命；
3）高導熱封裝材料：將納米金剛石加入金屬高導熱基體制備的復合材料，有望成為一種兼具低熱膨脹系數和高熱導率的新型電子封裝材料。
團聚金剛石微粉是由精處理金剛石顆粒+結合劑，經過特殊工藝處理集合在一起團聚成多個球型金剛石。它擁有類球形外觀特征，微觀呈現多刃結構，略呈天然礦物光澤的團聚金剛石磨料。球形顆粒從內到外都是金剛石混合包裹，粉體能夠持續起到研磨作用，并且研磨過程中保持高磨削力，可以做到其他金剛石磨料無法達到的表面質量。
團聚金剛石
團聚金剛石微粉的大小粒徑可根據客戶需求進行研發定制，目前，已經成熟應用于陶瓷、藍寶石、碳化硅等硬脆材料的精磨領域。
金剛石微粉發展趨勢
目前，金剛石微粉行業生產技術和工藝水平不斷提高，生產過程逐漸自動化。同時，伴隨著尖端科技和高端制造業發展的需要，對金剛石微粉性能提出不同程度的要求。當前國內少數廠家已經能夠根據用途生產不同類型的金剛石微粉，未來金剛石微粉行業將朝著精細化、專用化、功能化方向發展。
1）發展專用型金剛石微粉
由于新能源、新材料、新技術在金剛石工具制造領域的應用、研發及工藝改進，相關領域對其加工工具的性能提出了差異化的要求，金剛石微粉行業專用化和定制化的市場空間逐步擴大，行業內已開發出復合片專用型金剛石微粉、線鋸專用型金剛石微粉等。
2）生產裝備智能化發展
粒度分級是金剛石微粉生產工藝中重要的工序，目前國內金剛石微粉廣泛使用自動化的分級設備，但不具備粒度在線檢測功能，無法達到更加智能化連續生產的目的。隨著微粉產業的不斷發展，未來全自動化、分選速度快且精度準、勞動成本低的設備將成為行業主流。
3）發展超細、超純、超精和表面改性金剛石微粉
金剛石微粉具有較高的強度、硬度、耐磨性和化學惰性，在精密磨削和拋光過程中得到廣泛應用。但金剛石微粉容易因雜質、受潮、磁性、靜電等因素聚成團，在拋光半導體、光學鏡頭等精密工件過程中，存在劃傷工件的現象，將影響超細金剛石微粉在精密拋光領域的應用。為細化金剛石微粉的結構、提高磨具自銳性，同時有效降低切削損傷，改善表面加工質量，下游市場的不斷轉型升級對金剛石微粉的粒度、雜質、形貌、表面性能提出了越來越高的要求。微粉粒度集中、雜質含量小于50ppm、形貌圓度更好、表面鍍覆或功能基團處理等方面是金剛石微粉發展的方向。
4）推進納米級金剛石在生物醫藥領域的應用
由于金剛石具有生物相容性、無毒性和化學穩定性，在生物醫藥領域具有廣闊的市場空間，納米金剛石與生物體的兼容性較好，是人造骨、人造關節的表面耐磨涂層的適宜材料，因其不粘連皮膚，可作外科敷料的內層保護膜等，在生物成像、藥物傳輸、基因治療、癌癥診斷與治療等生物醫學領域受到青睞，發達國家的相關領域每年從中國進口的納米金剛石高速增長。未來推進納米金剛石在生物醫藥等領域的應用將成為行業高端發展方向。
參考來源：
1.張書達等：金剛石微粉和拋光液的制造工藝檢測技術及應用. 超硬材料工程
2.惠豐鉆石招股說明書，河南聯合精密官網，河南豫星碳材官網，中國粉體網
3.郴州恒達選礦機械廠官網，宜興精新粉體設備科技官網
（中國粉體網編輯整理/輕言）
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除！
