一种纳米级金刚石超细微粉的生产方法技术

本发明专利技术涉及金刚石微粉技术领域，且公开了一种纳米级金刚石超细微粉的生产方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种纳米级金刚石超细微粉的生产方法


[0001]本专利技术涉及金刚石微粉
，具体为一种纳米级金刚石超细微粉的生产方法
。

技术介绍

[0002]近二十年来，碳纳米材料一直处于科技创新的前沿领域，目前国内外碳纳米材料包括石墨烯
、
富勒烯
、
碳纳米管
、
纳米金刚石等，随着纳米技术的迅猛发展，纳米研究
、
纳米工程
、
纳米产品等的范围正在扩大，虽然纳米科技技术主流全面进入产业化可能还需要相当长的时间，但是在纳米材料领域已经有一些技术进入了产业化时代，例如目前国内外普遍采用炸药爆轰法技术合成纳米金刚石
。
纳米金刚石是碳材料家族中新的一员，它不仅具有金刚石固有的特性，例如：高强度
、
高耐磨
、
导热率高
、
化学稳定性高等特性，而且还具有纳米材料的优异性能，是碳纳米材料研究的热点之一
。
[0003]爆轰法纳米金刚石其制备原理是利用
TNT
和
RDX
等负碳炸药爆炸产生的瞬间的高温高压将游离的碳原子重新聚集结晶成纳米金刚石，但是到目前为止一直都没有批量应用，主要是原料制备复杂，爆炸效果不可控，从而导致纳米级金刚石超细微粉的尺寸和质量不可控，影响了纳米级金刚石超细微粉的生产效率
。

技术实现思路

[0004](
一
)
解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种纳米级金刚石超细微粉的生产方法
。
[0006](
二
)
技术方案
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种纳米级金刚石超细微粉的生产方法，包括以下步骤：
[0008]S1、
原料准备，准备好气相材料和固相原料；
[0009]S2、
反应准备，将金刚石原料和固相材料放置到反应设备中；
[0010]S3、
反应过程，控制反应条件，制成金刚石晶体；
[0011]S4、
微粉生成，将金刚石晶体放置到反应室中，通入气相材料，生成微粉；
[0012]S5、
收集微粉，从基材表面轻轻刮下金刚石微粉；
[0013]S6、
微粉细化，通过通过物理和化学两种方式进行细化处理，得到纳米级金刚石超细微粉
。
[0014]优选的，所述
S1
步骤中的气相材料为甲烷和氢气的混合物，固相原料为石墨和金刚石种子
。
[0015]优选的，所述
S2
步骤中将金刚石种子晶芯嵌入石墨高温硬质颗粒中，将该装置放入高温高压工作腔，通过施加高压和高温来促使石墨发生相变，转变为金刚石，高温区间为
800
‑
1200℃
，高压区间为
20
‑
100kPa。
[0016]优选的，所述
S3
步骤中压制过程中，由于高压和高温的作用，石墨逐渐转变为金刚
石，金刚石在种子晶芯上生长，通过控制压力和温度的变化，可以控制金刚石的生长速度和单晶的质量
。
[0017]优选的，所述
S4
步骤中甲烷是金刚石生长的碳源，其浓度会直接影响金刚石微粉的生长速率和质量，氢气是稀释剂，对控制甲烷的浓度和生长速率起到调节作用
。
通过调整氢气的流量，可以稀释甲烷并减缓生长速率，从而实现对金刚石微粉尺寸和质量的控制
。
[0018]优选的，所述反应室形成气流，从而保证晶体与气相材料的接触效果，气流速度为
0.2
‑
0.5m/s
，反应时间为5‑
25min
，温度为
800
‑
1200℃
，压力为
20
‑
100kPa
，甲烷
/
氢气为1‑
1.8/0.6
‑
1.2。
[0019]优选的，所述
S4
步骤中采用添加磨粒，在压制过程中与金刚石晶体一起受到高压和高温作用，磨粒的作用是加速生长过程中的固相扩散，改善晶体质量，提高单晶的长大速度，磨粒包括有金刚石微粉或其他形状的磨料颗粒，如碳化硅和氮化硼，通过与金刚石种子晶芯共同受高温高压的作用，在晶体表面提供助力，帮助晶体材料更快
、
更均匀地生长
。
[0020]优选的，所述
S5
步骤中当金刚石晶体生长到一定大小后，冷却反应室使其冷却并凝固，金刚石晶体生长完成，从基材表面轻轻刮下金刚石微粉，或者使用适当的方法将微粉从基材上脱落或溶解
。
[0021]优选的，所述
S6
步骤中包括有物理方式的机械研磨，通过使用球磨机
、
研磨机等机械设备对金刚石晶体进行研磨，逐渐将其研磨成微粉，完成制备纳米级金刚石超细微粉
。
[0022]优选的，所述
S6
步骤中包括有化学方式，将金刚石晶体经过酸洗
、
酸蚀和超声波处理化学方法进行处理，以去除杂质和表面氧化物，并使金刚石晶体颗粒更纯净和均匀，然后，通过高能散射
、
离心等方法将金刚石晶体分散成微粉，完成制备纳米级金刚石超细微粉
。
[0023](
三
)
有益效果
[0024]与现有技术相比，本专利技术提供了一种纳米级金刚石超细微粉的生产方法，具备以下有益效果：
[0025]1、
该纳米级金刚石超细微粉的生产方法，通过在生产纳米级金刚石微粉的过程中，需要严格控制反应条件
、
原料质量和处理方法，以获得纯净
、
均匀且具有一定尺寸的金刚石微粉，提高成品的质量
。
[0026]2、
该纳米级金刚石超细微粉的生产方法，通过控制压力和温度的变化，可以控制金刚石的生长速度和单晶的质量，通过实验的方式，验证得到最合适尺寸和质量的纳米级金刚石超细微粉，同时提供最合适的压力和温度数据，为后续的重复制备提供支持
。
[0027]3、
该纳米级金刚石超细微粉的生产方法，在制备过程中，通入的气相原料是有甲烷和氢气组合而成，甲烷是金刚石生长的碳源，氢气是稀释剂，通过控制两者之间的比例，从而实现对金刚石微粉尺寸和质量的控制
。
[0028]4、
该纳米级金刚石超细微粉的生产方法，采用添加磨粒，在压制过程中与金刚石晶体一起受到高压和高温作用，磨粒的作用是加速生长过程中的固相扩散，改善晶体质量，提高单晶的长大速度，磨粒包括有金刚石微粉或其他形状的磨料颗粒，如碳化硅和氮化硼，通过与金刚石种子晶芯共同受高温高压的作用，在晶体表面提供助力，帮助晶体材料更快
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种纳米级金刚石超细微粉的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、
原料准备，准备好气相材料和固相原料；
S2、
反应准备，将金刚石原料和固相材料放置到反应设备中；
S3、
反应过程，控制反应条件，制成金刚石晶体；
S4、
微粉生成，将金刚石晶体放置到反应室中，通入气相材料，生成微粉；
S5、
收集微粉，从基材表面轻轻刮下金刚石微粉；
S6、
微粉细化，通过通过物理和化学两种方式进行细化处理，得到纳米级金刚石超细微粉
。2.
根据权利要求1所述的一种纳米级金刚石超细微粉的生产方法，其特征在于：所述
S1
步骤中的气相材料为甲烷和氢气的混合物，固相原料为石墨和金刚石种子
。3.
根据权利要求1所述的一种纳米级金刚石超细微粉的生产方法，其特征在于：所述
S2
步骤中将金刚石种子晶芯嵌入石墨高温硬质颗粒中，将该装置放入高温高压工作腔，通过施加高压和高温来促使石墨发生相变，转变为金刚石，高温区间为
800
‑
1200℃
，高压区间为
20
‑
100kPa。4.
根据权利要求1所述的一种纳米级金刚石超细微粉的生产方法，其特征在于：所述
S3
步骤中压制过程中，由于高压和高温的作用，石墨逐渐转变为金刚石，金刚石在种子晶芯上生长，通过控制压力和温度的变化，可以控制金刚石的生长速度和单晶的质量
。5.
根据权利要求1所述的一种纳米级金刚石超细微粉的生产方法，其特征在于：所述
S4
步骤中甲烷是金刚石生长的碳源，其浓度会直接影响金刚石微粉的生长速率和质量，氢气是稀释剂，对控制甲烷的浓度和生长速率起到调节作用，通过调整氢气的流量，可以稀释甲烷并减缓生长速率，从而实现对金刚石微粉尺寸和质量的控制
。6.
根据权利要求5所述的一种纳米级金刚石超细微粉的生产方法，其特征在于：所述反...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓融峰，张科，鲁鹏飞，
申请(专利权)人：江西恒钻新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：