一种新型纳米金刚石制备工艺制造技术

一种新型纳米金刚石制备工艺，属于纳米金刚石合成工艺技术领域，包括以下步骤：破碎：将金刚石原料依次进行机械破碎和球磨干磨整形，筛分出D<100μm的细粉；超声酸洗：将D<100μm的细粉酸洗提纯后，使用去离子水清洗至清洗液pH接近于7；分选：将清洗后的物料依次进行一次沉淀分选15天、离心分离，取离心分离的上层液体进行二次沉淀分选，下层沉淀物烘干后即为成品。该纳米金刚石制备工艺成本低，设备简单，对设备的抗压性能要求低，无需使用炸药，也不需要任何保护介质，提高了操作的安全性能，操作简单，只需控制沉淀时间及离心条件即可。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米金刚石合成工艺
，具体涉及一种新型纳米金刚石制备工艺。
技术介绍
目前市面上可见的纳米金刚石主要是指爆炸法合成的纳米金刚石，由于纳米金刚石具有宏观金刚石和纳米材料的优异特性而被人们广泛关注并被大量应用。目前纳米金刚石的合成工艺都局限于由爆炸法进行合成的，爆炸法是利用负氧平衡炸药，在保护介质的作用下，通过爆炸瞬间产生的高温高压(2000～3000K，20GPa～30GPa)将炸药中未被氧化的C转变成游离的C原子，这些C原子重新聚集晶化后形成纳米金刚石，经过后续的回收净化处理后可获得纯度在95%左右的纳米金刚石。爆炸法合成纳米金刚石还受到以下三个因素对合成结果有重要的影响：1、原材料的选择，这里主要指的是炸药的成分及比例的选择，炸药必须在瞬间产生足够大的压力和温度，同时分离出足够多的游离的C原子；2、炸药的装药形式和形状，炸药的装药形式和形状决定着反应的均匀性，均匀性有利于纳米金刚石形成及提高纳米金刚石的单位产量；3、保护介质的选择，保护介质必须经得起爆炸产生的瞬间的高温高压，同时还得具备速冷、保压、保护的作用，同时介质的热容也影响着纳米金刚石的晶型和产量。与此同时，由于纳米金刚石非常细小，后续的酸洗提纯工艺也是非常复杂，需要相当的酸和强氧化剂对纳米金刚石进行提纯处理，产生大量废酸、NO、NO2、Cl2等有毒气体对环境的污染也比较大，同时对操作工人的安全也存在着一定的隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型纳米金刚石制备工艺。基于上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种新型纳米金刚石制备工艺，包括以下步骤：破碎：将金刚石原料依次进行机械破碎和球磨干磨整形，筛分出D<100μm的细粉；超声酸洗：将D<100μm的细粉酸洗提纯后，使用去离子水清洗至清洗液pH接近于7；分选：将清洗后的物料依次进行一次沉淀分选15天后取上层混合液离心分离，取离心分离的上层液体配制分选液后进行二次沉淀分选，下层沉淀物烘干后即为成品。进一步地，一次沉淀分选的分选液为去离子水，二次沉淀分选的分选液的重量百分比组成为：金刚石4%-6%，十二烷基二甲基氧化铵1%，十六烷基三甲基溴化铵1%，余量为水。进一步地，球磨干磨整形步骤采用1-3mm的不锈钢钢球，其中，3mm的比例为40%，2mm的比例为30%，1mm的比例为30%，钢球与原料的比为0.2-1，球磨时间为6h-24h，球磨机转速控制36r/min。进一步地，将金刚石原料机械破碎后筛分出D<178μm的颗粒进行球磨干磨整形。进一步地，超声酸洗时间为15-20min。进一步地，离心分选步骤采用高速冷冻离心机，转速为18000~28000rpm，离心时间为40~70min。进一步地，二次沉淀分选的时间为60~80h。本专利技术提供的新型纳米金刚石制备工艺与爆炸法合成工艺相比，具有以下优点：1、成本低，设备简单，对设备的抗压性能要求低，无需使用炸药，也不需要任何保护介质，提高了操作的安全性能，操作简单，只需控制沉淀时间及离心条件即可；2、过程可控，可以实现对粒度的精确可控，同时也可实现对纳米金刚石的形貌的可控，可制备出多种形貌的纳米金刚石，从而实现对纳米金刚石粒度、形貌的双可控；3、采用本专利技术提供的制备工艺可制备出多种粒度范围的纳米金刚石，制备出的纳米金刚石纯度高，C含量约在99～100%，接近于纯碳，制备出的产品在同一粒度范围内粒度集中度高，粒度范围分布窄；4、本专利技术提供的制备工艺产出比高，损失率低，损失率可控制在1%以内。本专利技术提供的制备工艺也可适用于其他超硬质材料纳米化，包括金刚石、立方氮化硼，同时也包括其它硬质材料例如碳化硅、刚玉等磨料，也包括例如碳酸钙等硬质无机物化合物纳米化。附图说明图1是各样品的TEM分析图；图2是各样品的XRD谱图；图3是各样品的Raman光谱图；图4是各样品的MASNMR谱图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1一种新型纳米金刚石的制备工艺，其步骤为：（1）机械破碎：首先将金刚石原料送入机械破碎机的破碎腔内，经过破碎机内部高速回转的锤头作用而破碎，破碎后的料经过不同目数的筛网，大于筛网直径的料留在破碎机内部重新破碎，经破碎机下层最细的筛网过滤的颗粒料经筛板收集(筛网目数不低于32目)，而经其它目数筛网过滤的料可当做粗料出售或用于制备其它粒度的料；32目以上的颗粒利用多层振筛机进行粒度初分，振筛时间一般控制在30min~3h，筛网目数依次从40目到1100目排布，40目筛网分选出的粗料返回机械破碎机进行重新破碎，40目至1100目的筛网收集的料用于制备其它粒度的料，过1100目筛网后收集的细料用于制备纳米金刚石，为保证分选粒度的准确性，对收集到的细料重复筛分选一次以上。（2）球磨干磨整形：将机械粉碎后的细料送入球磨机内，采用1-3mm的不锈钢钢球，其中，3mm的比例为40%，2mm的比例为30%，1mm的比例为30%，钢球与原料的比为0.2-1，球磨时间为6h-24h，球磨机转速控制36r/min，为干磨工艺；然后经过多级筛分，获得18000目的细粉；（3）超声酸洗：将上述步骤得到的细粉进行超声酸洗15-20min，去除料中的金属杂质以及在球磨整形、气流破碎过程中附着在料上的杂质，然后使用去离子水清洗至清洗液pH接近于7。（4）分选：将清洗后的物料送入去离子水分沉淀池中，沉淀15天，取上层混合液采用高速冷冻离心机离心分离，离心分离的离心时间为70min，转速为28000rpm；离心分选后对离心管上部混合液进行二次沉淀分选80h。离心管底部的沉积料可作为较粗粒度的料回收出售，也可重新细化成纳米金刚石，二次沉淀分选的的分选液的重量百分比组成为：金刚石4%-6%，十二烷基二甲基氧化铵1%，1%十六烷基三甲基溴化铵1%，余量为水；下层沉淀物经粒度检测合格后烘干后即可得到样品1。样品1的平均粒度为2~10nm，晶格间距为0.21nm，C含量为99～100%，该纳米金刚石为类球形形貌，样品1表面的C原子与金刚石相的C原子构成非对称分布的C原子的二聚体结构。实施例2一种新型纳米金刚石的制备工艺，其步骤为：（1）机械破碎：首先将金刚石原料送入机械破碎机的破碎腔内，经过破碎机内部高速回转的锤头作用而破碎，破碎后的料经过不同目数的筛网，大于筛网直径的料留在破碎机内部重新破碎，经破碎机下层最细的筛网过滤的颗粒料经筛板收集(筛网目数不低于32目)，而经其它目数筛网过滤的料可当做粗料出售或用于制备其它粒度的料；70目以上的颗粒利用多层振筛机进行粒度初分，振筛时间一般控制在30min~3h，筛网目数依次从40目到800目排布，40目筛网分选出的粗料返回机械破碎机进行重新破碎，40目至800目的筛网收集的料用于制备其它粒度的料，过800目筛网后收集的细料用于制备纳米金刚石，为保证分选粒度的准确性，对收集到的细料重复筛分选一次以上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型纳米金刚石制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：破碎：将金刚石原料依次进行机械破碎和球磨干磨整形，筛分出D<100μm的细粉；超声酸洗：将D<100μm的细粉酸洗提纯后，使用去离子水清洗至清洗液pH接近于7；分选：将清洗后的物料依次进行一次沉淀分选15天后取上层混合液离心分离，取离心分离的上层液体配制分选液后进行二次沉淀分选，下层沉淀物烘干后即为成品。

【技术特征摘要】
2015.09.25 CN 20151061983451.一种新型纳米金刚石制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
破碎：将金刚石原料依次进行机械破碎和球磨干磨整形，筛分出D<100μm的细粉；
超声酸洗：将D<100μm的细粉酸洗提纯后，使用去离子水清洗至清洗液pH接近于7；
分选：将清洗后的物料依次进行一次沉淀分选15天后取上层混合液离心分离，取离心分离的上层液体配制分选液后进行二次沉淀分选，下层沉淀物烘干后即为成品。
2.根据权利要求1所述的新型纳米金刚石制备工艺，其特征在于，一次沉淀分选的分选液为去离子水，二次沉淀分选的分选液的重量百分比组成为：金刚石4%-6%，十二烷基二甲基氧化铵1%，十六烷基三甲基溴化铵1%，余量为水。
3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭留希，赵清国，张洪涛，武艳强，刘永奇，王俊芝，薛胜辉，何本锋，刘君丽，杨晋中，张建华，
申请(专利权)人：郑州华晶金刚石股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41