一种纳米单晶金刚石的制造方法技术

本发明专利技术提供一种能够用于高精度抛光加工的纳米单晶金刚石，例如，用于电脑硬盘的纹理加工等，其特征在于：该纳米单晶金刚石是将粒度大于纳米级的单晶金刚石颗粒通过球磨粉碎制成。本发明专利技术还提供一种上述纳米单晶金刚石的制造方法，包括以下步骤：步骤１，将粒度大于纳米级的单晶金刚石颗粒进行球磨粉碎，得到包含有纳米单晶金刚石的微粉；步骤２，对微粉进行酸碱处理，以分别去除金属、石墨和硅杂质；步骤３，利用多管高速离心机，把微粉分级成不同粒度，得到平均粒度在１００ｎｍ数量级或者更小的纳米单晶金刚石。采用该方法能够以便捷可行的途径获得纳米级单晶金刚石，并且生产成本相对较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超硬材料纳米粉体技术，特别是。
技术介绍
随着科技的发展需要，许多精密器件的表面光洁度都要求很高，比如电脑磁盘、磁头、光通信器件、光学晶体、半导体基片等器件，都需要精密的抛光加工，如果表面有任何超出许可范围的凸凹、划伤或者附着异物，所设计的精度及性能将得不到保证。所以，最终的表面抛光是左右精密器件性能的重要加工过程。纵观各种抛光加工所使用的抛光材料，从形态上可以分为两种，即抛光液和抛光膜，从材质上看种类很多，如金刚石、碳化硅、氧化铝(俗称刚玉)、氧化铈、氧化硅等，其中，金刚石以其最高的硬度和很高的磨削力等特点，在各种抛光应用中占有重要的地位。最初在抛光加工中应用的金刚石微粉是天然金刚石，由于来源稀少、成本高，应用很受限制。上个世纪末人造金刚石合成技术发展成熟并得以推广，大幅度的成本降低使应用得到快速的推广。目前，金刚石微粉的应用不仅存在于许多高科技元件，如电脑磁盘和磁头等的抛光加工，而且遍布于许多传统加工领域，如宝石和机械磨具等产品的抛光加工。虽然各种应用所需的金刚石微粉粒度不尽相同，但是，随着科技的进步，各种加工精度要求都是越来越高，所用的微粉粒度都在向更加细微化的方向发展。比如，电脑硬盘的纹理加工自从上世纪90年代开始使用金刚石微粉以来，粒度大小一直迅速在变化，从开始的1微米左右，到现在的0.1微米，近期很快将要过渡到0.05微米(50nm)甚至更细的水平。另一方面，金刚石微粉的制造方法有几种，各种方法所制得的金刚石也有所区别，主要有如下几种方法1)静态高温高压法在高温高压的合成压机中，石墨在催化剂的作用下转化成立方体的金刚石晶体，通常称为静压金刚石，或者单晶金刚石，简称金刚石。这种金刚石颗粒经过粉碎、分级而得的金刚石微粉，通常称为静压金刚石微粉，或者单晶金刚石微粉，简称金刚石微粉。这种金刚石从几十微米到1微米左右，粒度选择性好、成本低、应用最为广泛，但是，利用传统的球磨粉碎和自然沉降分级技术，还不能生产0.2微米以下的微粉，尤其是0.1微米(100纳米)以下的微粉更为困难。2)爆炸法在炸药爆炸瞬间的高温高压作用下，使石墨转化为金刚石颗粒，通常称为多晶金刚石或者聚晶金刚石。这种金刚石一般颗粒比较小，一般粒度范围在10微米至0.01微米，通过精密分级可以得到各种粒度的微粉，且有相当好的磨削力和抛光效果，在有些应用领域可以发挥独特的威力。但是科技发展的需要是多种多样的，与同粒度的单晶金刚石相比，不仅磨削力偏小，而且成本高出10至20倍，限制了用途的扩展。3)爆轰法在负氧平衡的条件下，使炸药爆轰过程所产生的游离碳原子聚集、结晶成金刚石颗粒，一般颗粒很小，一次性单颗粒一般在10nm左右，通常称为纳米金刚石或者爆轰金刚石。从晶型上属于单晶金刚石的范畴，但是由于表面基团的存在和类金刚石结构的影响，一般不称作单晶金刚石。虽然纳米金刚石有很多潜在的用途，但是受其表面上存在的各种基团和表面能高的影响，纳米颗粒极易团聚，很难分散，失去了许多作为纳米颗粒所应有的特性，同时，成本也相当高，不能广泛得以应用。基于上述对现有技术和市场需求的了解，本专利技术人一直致力于对纳米级粒度的单晶金刚石微粉制造的研究，通过对大颗粒或者说粒度大于纳米级的单晶金刚石颗粒进行进一步加工处理，完成了下述获得纳米级单晶金刚石的技术解决方案。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种能够用于高精度抛光加工的纳米单晶金刚石，例如，用于电脑硬盘的纹理加工等。本专利技术还提供一种上述纳米单晶金刚石的制造方法，采用该方法能够以便捷可行的途径获得纳米级单晶金刚石，并且生产成本相对较低。本专利技术的技术构思为，将粒度大于纳米级的单晶金刚石颗粒通过球磨粉碎制成纳米单晶金刚石，该纳米单晶金刚石的粒度分布特征为使用激光粒度分析仪测试时，平均粒度在100nm数量级或者更小。本专利技术的技术方案如下一种纳米单晶金刚石，其特征在于该纳米单晶金刚石是将粒度大于纳米级的单晶金刚石颗粒通过球磨粉碎制成。所述球磨粉碎是指，利用高速振动球磨机粉碎。所述粒度大于纳米级的单晶金刚石颗粒是指静态高温高压法制成的单晶金刚石颗粒。所述纳米单晶金刚石的平均粒度在100nm数量级或者更小。纳米单晶金刚石的制造方法，其特征在于包括以下步骤步骤1，将粒度大于纳米级的单晶金刚石颗粒进行球磨粉碎，得到包含有纳米单晶金刚石的微粉；步骤2，对微粉进行酸碱处理，以分别去除金属、石墨和硅杂质；步骤3，利用多管高速离心机，把微粉分级成不同粒度，得到平均粒度在100nm数量级或者更小的纳米单晶金刚石。所述步骤1中粒度大于纳米级的单晶金刚石颗粒是指粒度为10微米以下，或6微米以下的单晶金刚石。所述步骤1中的球磨粉碎是指利用装载有大小不同的钢球的球磨罐和具有旋转摆动和振动三维运动的球磨机进行粉碎，球磨机的摆振频率为1200周/分。所述步骤2中采用盐酸进行去除金属的酸处理，微粉与盐酸的比为1～2∶6～10，该处理包括离心洗涤和脱水烘干；所述步骤2中采用混合酸进行去除石墨的酸处理，该处理包括离心洗涤和脱水烘干；所述步骤2中采用氢氧化钠进行去除硅的碱处理，氢氧化钠与微粉的比为3～4∶1，该处理包括离心洗涤。所述步骤3中还包括将微粉进行分散的前处理，离心分级中利用激光粒度仪进行的粒度测试，和离心分级后的脱水烘干。所述将微粉进行分散的前处理是指，将微粉按5～4重量％的比例放入分散介质中，分散介质由去离水及分散剂组成，分散剂为六偏磷酸钠和/或焦磷酸钠，然后通过超声分散成金刚石悬浮液。本专利技术的技术效果如下本专利技术的，由于首次提出了将粒度大于纳米级的单晶金刚石颗粒通过球磨粉碎制成纳米单晶金刚石的技术构思，这无疑为纳米单晶金刚石的获得提供了全新的、且切实可行的技术解决方案，从而为高精度抛光加工，例如电脑硬盘的纹理加工等，提供了可靠的技术支持。本专利技术的方法充分利用了现有技术中的球磨、酸碱处理和离心分级技术，从而能够以便捷可行的途径获得纳米级单晶金刚石，并且生产成本相对较低。附图说明图1是各阶段除杂后所做XRD图，图中(1)是金刚石粉原料，(2)是酸处理过的金刚石粉，(3)是碱处理过的金刚石粉。图2为用Nanotrack-150激光粒度仪测试图，横坐标为Size颗粒的尺寸大小，左纵坐标为％Channel-激光通过率，右纵坐标为％Passing-颗粒通过百分率，图中各外文词的中文含义如下Passing-通过，Channel-信道，Size-尺寸，microns-微米。图3为用Nanotrack-150激光粒度仪测试图，横坐标为Size颗粒的尺寸大小，左纵坐标为％Channel激光通过率，右纵坐标为％Passing颗粒通过百分率，图表中各外文词的中文含义如下Passing-通过，Channel-信道，Size-尺寸，microns-微米。图4为用Nanotrack-150激光粒度仪测试图，横坐标为Size颗粒的尺寸大小，左纵坐标为％Channel激光通过率，右纵坐标为％Passing颗粒通过百分率，图表中各外文词的中文含义如下Passing-通过，Channel-信道，Size-尺寸，microns-微米。具体实施例方式本专利技术提供了，其特征在于使用大颗粒的静压单晶金刚石颗粒，经高速振动球磨机粉碎成非常微小的纳米级颗粒，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米单晶金刚石，其特征在于：该纳米单晶金刚石是将粒度大于纳米级的单晶金刚石颗粒通过球磨粉碎制成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：祝世连，葛丙恒，
申请(专利权)人：北京国瑞升科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]