纳米金刚石的应用

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1、纳米金刚石的应用作者：王光祖张运生郭留希摘要：纳米金刚石不仅具有金刚欢迎访问e展厅石所固有优异特性，而且还具有纳米材料所拥有的奇异性能。正展厅纳米材料展厅是这些综合技术特性，使得它在空心微珠,金刚石微粉,纳米金,纳米传统的和新的技术领域中得到14铂金,纳米铜,...应用，并初见成效，本文从超精抛光、润滑、复合镀、磁性录音系统和医疗等方面的应用做了扼要的叙述，指出，纳米金刚石颗粒具有球形和准球形的特点，使得摩擦表面形成滚珠轴承效应，而表现出良好的润滑性，从而避免于摩现象的发生，而对一些主要因接触疲劳或高温磨损而失效的工件，纳米金刚石金属的复合涂层，则具有明显的优越性。关键词：纳

2、米金刚石；抛光；润滑；复合镀；医疗由于利用负氧平衡炸药轰合成所得到的纳米量级的金刚石，不但具有金刚石所固有的综合优异性能，而且还具有纳米材料的奇异特性。因此，受到广大工程技术专家的关注，特别是探讨其在不同技术领域中的应用。本文将对纳米金刚石在一些领域中应用所取得的进展与成效做一概述。以展示其为传统技术水平提升所起的重要作用和潜在的美好前景[1]。纳米金刚石是一种颗粒尺寸和形状异常的工业金刚石，这类金刚石的颗粒尺寸在0.5～10nm之间，平均尺寸约4～5nm，大部分颗粒尺寸在2～8nm之间。[2]查明，在黑粉表面存在一个宽光谱范围的化学官能团，这为扩大在其表面发生化学反应的可能

3、性，从而有利于与润滑油、聚四氟乙烯(PTFE)和橡胶等材料的结合。图1颗粒的尺寸分布(典型的)图2颗粒区域尺寸的大概范围鉴于纳米金刚石具有独特的圆形颗粒，使其不但具备金刚石的硬度和耐磨性，还具有超润滑的性能。因此，在抛光、润滑、镀附等技术领域得到应用，并已初见成效。1超精抛光抛光是金刚石应用的传统领域，即使在今天，抛光，包括超精磨仍是仪表和机械制造工艺过程中的一个最重要环节。可是，目前常用的磨料尺寸均大于0.1μm(100nm)，纳米金刚石不仅硬度高，而且颗粒尺寸比最好的磨料要小于一个量级，且碳表面极易受化学改变性的影响，能和任何极性介质兼容，这种特点使纳米金刚石颗粒有可能在

4、载体中均匀分布，因此，纳米金刚石颗粒被视为超精抛光的新一代理想磨料，表2中列出了不同硬度和弹性材料的抛光结果。值得指出的是，含有纳米金刚石的抛光系统具有以下优越性：(1)超细尺寸的纳米金刚石能确保表面粗糙度的最小值和抛光系统胶体的稳定性；(2)纳米金刚石的化学稳定性，在化学上可以用于抛光系统的活性添加剂和抛光系统的还原；(3)降低抛光表面材料的分量，减少材料的损耗；(4)由于纳米金刚石的离子交换和吸附活性，可以减小其表面的离子和分子产物的活动性；(5)纳米金刚石团聚体的团聚结构有利于悬浮的抛光系统中聚结的调节作用，且无毒；(6)含纳米金刚石的抛光系统，可以提高抛光产品的质量和

5、竞争的能力，以确保难加工材料抛光的加工性。2润滑润滑与机械设备的运转息息相关，有人形象地把润滑油比喻为机械设备的血液，可以说失去了润滑，就没有机械设备的存在。高效合理的润滑技术是保证和改进机械设备节能、高效、长期正常运转的基本措施，是机械运输的命脉，是为国民经济发展和人民生活福利服务的应用科学。没有高效合理的润滑技术就没有先进的机械运转，也就不可能有先进的生产和经济繁荣。因此，各工业国家都十分重视先进合理的润滑技术的研究与推广应用。目前，全世界机械能源有效利用平均只有30%左右，据德国洛格甫尔教授测算，全世界生产能源的1P3到1P2损失在摩擦磨损上，而英国焦斯特教授指出，世界

6、消耗能源的30%～40%消耗在摩擦损耗上，从设备的润滑观点来讲，干摩擦是有害的。主要表现在能量的损失和机件的磨损上。金刚石由于有极高的硬度，对摩擦面上的尖凸进行自由磨削，迅速去除摩擦副表面凹凸不平的微峰，属于极其精密的研磨抛光过程，是普通机械加工无法做到的。这种作用使摩擦副之间的接触面积迅速增大，加速了磨合过程，提高了磨合精度。而纳米金刚石的球形和准球形颗粒镶嵌于摩擦副之间的接触微凹之中。有优异的承载力，摩擦表面形成滚珠轴承效应，表现出良好的润滑性，将滑动摩擦变成了滚动摩擦，摩擦阻力变小，避免了干磨现象的发生。这里介绍二实例以阐明纳米金刚石在润滑中所起的重要作用。例一、Dan

7、ielKamman和VitalyKomarov的研究表明，使用core和shell金刚石符合传统的润滑液，可降低磨损、摩擦系数和摩擦温度，以及提高设备部件的载荷和使用寿命[3]。例二、与其他机油添加剂的最大区别是能够立即见效并有很好的耐久性，添加后发动机的声音马上变静，旧机器以及柴油机的声音变化更加明显。添加后机油的耐久性按照美军规格(MTL)的润滑剂评价方法进行实验的。结果表明，与传统的二硫化钼系、有机钼系、氟素树脂等润滑剂相比，具有明显的不同，见图3、图4和图5。图3在1000磅负荷下各种添加剂的耐