爆轰法合成纳米金刚石的分散技术研究进展

纳米金刚石兼具金刚石的优异特性和纳米材料的小尺寸效应,是一种重要的新型纳米粉体材料,但是纳米粉体本身的团聚问题限制其更广泛的应用。为改善此问题,科研人员利用物理分散、化学处理等技术进行了大量的探索与研究。本文概述了近年来国内外对改善爆轰法合成纳米金刚石的团聚问题所提出的技术和方法,归纳主要研究思路,为进一步研究纳米金刚石分散技术及应用提供参考。      

球磨工艺和分散剂对陶瓷结合剂粉体解团聚的影响

通过球磨工艺和添加分散剂相结合的方法对陶瓷结合剂团聚体进行解团聚,研究球磨参数和分散剂添加量对解团聚效果及结合剂机械性能的影响,并用激光粒度分析仪、SEM、万能材料试验机测试结合剂粉体解团聚前后的粒度、显微形貌、抗折强度。结果表明:采用小粒径(5 mm)的磨球,添加质量分数为2.5%的分散剂球磨2 h后,结合剂粉体分散性良好,基本没有团聚现象,其D₅₀可降至0.186 μm,且球磨后的粉体在700 ℃烧结后,其抗折强度达到26.2 MPa,比原始团聚体烧结后样品的强度提升了近45%。      

磨料质量分数对磨硅片用金刚石砂轮磨削性能的影响

采用改进的凝胶注模技术制备多孔陶瓷结合剂超细金刚石砂轮,研究6种不同质量分数磨料(质量分数分别为27%、30%、33%、36%、39%、42%)的多孔金刚石砂轮的显微结构和磨削性能。结果表明:磨料的质量分数直接影响砂轮磨削时的磨削电流、砂轮磨损速率,进而影响硅片磨削后的表面一致性。使用磨料质量分数为39%的砂轮时,硅片磨削后可获得粗糙度为4.8 nm的光滑表面。      

烧结制度对陶瓷结合剂金刚石砂轮的蜂窝状组织结构的影响

采用空间占位法和固态粒子烧结法制备具有蜂窝状结构的超细粒度的陶瓷结合剂金刚石砂轮。通过考察砂轮的微观形貌、气孔率和抗折强度等性能,研究烧结制度对制备砂轮蜂窝状结构的影响。结果表明:制备具有蜂窝状结构的砂轮的最佳烧结温度为750 ℃,保温时间为90 min,得到的砂轮的孔隙率约为78%,抗折强度约15 MPa。      

二氧化钛包覆微细金刚石的制备及表征

以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为偶联剂,钛酸四丁酯（TBOT）为TiO₂前驱体,氨水为催化剂,通过St?ber法制备核-壳结构的二氧化钛包覆微细金刚石（UFD@TiO₂）,研究溶液pH值、氨水及去离子水的加入量对UFD@TiO₂的影响。采用XRD、SEM及DSC-TG等手段对UFD@TiO₂进行表征,利用三点弯曲法测定添加UFD或UFD@TiO₂的陶瓷结合剂试样的抗折强度,通过SEM观察陶瓷结合剂试样断口的微观形貌。实验结果表明:当溶液pH值约为8,氨水体积分数为0.8%,去离子水体积分数为0.8%时,TBOT水解生成的TiO₂易在金刚石表面异质形核,可获得致密均匀的TiO₂膜层;UFD@TiO₂的起始氧化温度为650℃,比UFD的起始氧化温度583℃提高了67℃;UFD@TiO₂-陶瓷结合剂试样的抗折强度比UFD-陶瓷结合剂试样的抗折强度提高了20.9%。      

金刚石改性玻璃/Al_(2)O_(3)复合基板的性能研究

为探究金刚石含量对玻璃/Al_(2)O_(3)复合基板性能的影响,一定条件下,对它们冷压烧结制取试样,利用扫描电镜和X射线衍射仪进行显微结构和组织分析;利用万能抗折试验机、热膨胀系数和孔隙率测试仪测试其物理性能。结果表明:随着金刚石含量增加,复合材料的气孔率、抗弯强度、热导率增大;常数、介电损耗、热膨胀系数随之减小。当金刚石的含量增加到20 wt%时,金刚石/玻璃/Al_(2)O_(3)复合材料的气孔率为29.66%,介电常数值达到最小7.33,介电损耗降低为1.30×10^(-3),抗弯强度达到最大值77.16 MPa,复合材料的热膨胀系数为6.52×10^(-6)/℃,且具有最大的热导率9.66 W/(m·K)。