1. Введение
Будучи сверхтвердым материалом, первичный алмазный порошок демонстрирует отличные характеристики и широкий потенциал применения во многих областях промышленности. Целью этого исследования является глубокое изучение характеристик, процесса подготовки, статуса применения и будущих тенденций развития местного алмазного микропорошка, а также предоставление справочной информации по технологическим инновациям и выбору материалов в смежных отраслях.
2. Характеристики первичного алмазного порошка
(1) Кристаллическая структура и физические свойства
Самородный алмазный порошок имеет типичную кубическую кристаллическую структуру, а атомы углерода тесно связаны ковалентными связями, что придает ему чрезвычайно высокую твердость (твердость по шкале Мооса 10), высокую износостойкость и высокую теплопроводность (теплопроводность может достигать 2000 Вт/(м).・K) или выше) и превосходными физическими свойствами, такими как хорошее оптическое пропускание в широком диапазоне длин волн. Его плотность составляет около 3,52 г/см³, а показатель преломления — около 2,4. Эти свойства позволяют использовать его в различных суровых условиях и при высокоточной обработке.
(2) Химическая стабильность
При нормальных температурах и давлениях химические свойства чистого алмазного порошка чрезвычайно стабильны и почти не вступают в реакцию с какими-либо обычными химическими веществами. Химические реакции происходят только в присутствии высоких температур, сильных окислителей или некоторых специальных металлических катализаторов. Такая высокая степень химической инертности обеспечивает его долговременную стабильность и надежность в сложных химических средах и расширяет области его применения.
3. Процесс приготовления первичного алмазного порошка
(1) Традиционный метод приготовления
Механический метод дробления
Крупные алмазные частицы измельчаются с помощью такого оборудования, как шаровые мельницы и струйные пульверизаторы. Этот метод относительно прост в эксплуатации, но в него легко вводить примеси, а также сложно точно контролировать гранулометрический состав и целостность кристаллов микропорошка. Качество получаемого микропорошка относительно низкое, и его часто используют в промышленности. общепромышленное применение, не предъявляющее высоких требований к качеству микропорошков.
Метод постсинтетического дробления при высокой температуре и высоком давлении.
Сначала с помощью метода высокой температуры и высокого давления (HTHP) синтезируют крупнозернистые алмазы, а затем измельчают их до получения мелкозернистого порошка. Этот метод может в определенной степени обеспечить чистоту и качество алмаза, но процесс подготовки сложен и дорогостоящий, а кристаллическая структура микропорошка все же может быть в определенной степени повреждена в процессе дробления.
(2) Новые процессы подготовки
детонационный синтез
Среда высокой температуры и высокого давления, создаваемая взрывом взрывчатых веществ, используется для мгновенного преобразования углеродсодержащих материалов в алмазный порошок. Этот метод отличается высокой скоростью синтеза и высоким выходом, а также позволяет получить алмазный порошок с более мелким размером частиц. Однако у алмазного порошка, синтезированного методом детонации, есть такие проблемы, как множество кристаллических дефектов и широкий гранулометрический состав. Для улучшения его качества требуется дальнейшая постобработка. Его часто используют в областях, которые более чувствительны к стоимости и имеют определенную терпимость. Требования к качеству порошка, такие как производство некоторых шлифовальных инструментов.
Химическое осаждение из паровой фазы (CVD)
В условиях низкого давления, высокой температуры и источников активации, таких как плазма или горячая проволока, углеродсодержащие газы (такие как метан, ацетилен и т. д.) используются в качестве сырья для осаждения и выращивания алмазного порошка на поверхности подложки. . Метод CVD позволяет точно контролировать процесс роста микропорошка и получать алмазный микропорошок с высокой чистотой, полной кристаллической структурой и однородным размером частиц. Он особенно подходит для приготовления высококачественного наноразмерного микропорошка самородного алмаза и имеет важное применение. перспективы в таких высокотехнологичных областях, как электроника и оптика. Однако этот метод имеет дорогостоящее оборудование, высокие затраты на подготовку и относительно низкую эффективность производства, что ограничивает его широкомасштабное промышленное применение.
4. Статус применения первичного алмазного порошка
(1) Обработка сверхтвердых материалов
В области производства изделий из сверхтвердых материалов самородный алмазный порошок является ключевым сырьем для производства различного алмазного инструмента (например, шлифовальных кругов, пильных полотен, сверл и т. д.). При использовании для обработки твердых материалов, таких как твердый сплав, керамика, стекло и камень, он может значительно повысить эффективность обработки и уменьшить шероховатость поверхности. Он широко используется в машиностроении, обработке строительных материалов, ювелирной промышленности и других отраслях. Например, в процессе заточки прецизионных керамических инструментов шлифовальный круг, подготовленный с использованием собственного алмазного порошка, может точно обрезать режущую кромку инструмента, обеспечивая остроту и срок службы инструмента.
(2) Электронная и полупроводниковая промышленность
По мере того как электронные устройства развиваются в сторону миниатюризации и повышения производительности, применение природного алмазного порошка в области электроники и полупроводников становится все более важным. Его высокая теплопроводность может быть использована для изготовления радиаторов для полупроводниковых чипов, эффективно решая проблему отвода тепла чипа при работе на большой мощности и повышая надежность и рабочую частоту чипа. Кроме того, алмазный микропорошок также можно использовать для изготовления электронных упаковочных материалов, микроволновых устройств и т. д., и ожидается, что он будет способствовать развитию электронных технологий следующего поколения. Например, в модуле усилителя мощности базовой станции связи 5G использование материалов для рассеивания тепла с улучшенным алмазным порошком может значительно повысить эффективность рассеивания тепла модуля и обеспечить его стабильную работу.
(3) Оптика и оптоэлектроника.
Микропорошок самородного алмаза имеет уникальное прикладное значение в области оптики и оптоэлектроники. Благодаря хорошему оптическому пропусканию и высокой твердости его можно использовать для изготовления оптических окон, линз, призм и других оптических компонентов, особенно в инфракрасных оптических системах, которые могут соответствовать требованиям использования в суровых условиях, таких как высокая температура, высокое давление. , сильное излучение и так далее. С точки зрения лазерных технологий, алмазный порошок может использоваться в качестве теплоотводящей подложки для лазерных кристаллов или для изготовления оптических компонентов лазерных режущих головок, улучшая производительность и стабильность лазерного оборудования. Например, в военных системах инфракрасного обнаружения оптические окна из алмазного порошка могут выдерживать суровые условия боя и обеспечивать нормальную работу системы обнаружения.
(4) Биомедицинская инженерия
В биомедицинской области биосовместимость и химическая стабильность микропорошка природного алмаза делают его полезным при производстве поверхностных покрытий медицинских приборов, биосенсоров и т. д. Алмазное микропорошковое покрытие позволяет повысить износостойкость и коррозионную стойкость медицинских изделий (таких как искусственные суставы, зубные имплантаты и т. д.), снизить образование частиц износа и снизить риск воспалительных реакций. В то же время биосенсоры на основе алмазного порошка имеют хорошие перспективы применения для обнаружения биомолекул, визуализации клеток и т. д. и, как ожидается, предоставят новые технические средства для биомедицинских исследований и клинической диагностики.
5. Перспективы и проблемы рынка первичного алмазного микропорошка
(1) Перспективы рынка
С модернизацией глобального производства и быстрым развитием новых областей технологий (таких как новая энергетика, полупроводники, аэрокосмическая промышленность и т. д.) спрос на первичный алмазный микропорошок продолжает расти. Особенно высок спрос на высококачественный алмазный порошок с высокими эксплуатационными характеристиками в сфере высокотехнологичного производства. Ожидается, что в ближайшие несколько лет объем рынка первичного алмазного порошка будет продолжать расширяться, а его доля на рынке сверхтвердых материалов еще больше увеличится. В то же время, благодаря постоянному совершенствованию процессов подготовки и постепенному снижению затрат, области применения алмазного порошка будут продолжать расширяться, проникая от традиционных областей промышленной обработки к более новым областям, таким как квантовые вычисления, подготовка сверхпроводящих материалов и другие передовые научные и технологические области. Дают новый импульс росту рынка.
(2) Проблемы, с которыми пришлось столкнуться
вопрос стоимости
Хотя процесс получения первичного алмазного порошка постоянно развивается, его текущая стоимость все еще относительно высока, особенно для высококачественного наноразмерного алмазного порошка. Это ограничивает его популярность в некоторых крупномасштабных промышленных применениях, которые более чувствительны к затратам, таких как обычная резка камня при обработке строительных материалов. Снижение затрат на получение является одним из ключевых факторов расширения сферы применения на рынке первичного алмазного микропорошка. Необходимо дальнейшее развитие новых технологий синтеза и решений по оптимизации процессов для повышения эффективности производства и снижения потребления сырья и энергии.
Контроль качества и стандартизация
Качество первичного алмазного порошка оказывает решающее влияние на эффективность его применения. В настоящее время качество алмазного микропорошка на рынке неравномерно, с такими проблемами, как неравномерное распределение частиц по размерам, множество кристаллических дефектов и высокое содержание примесей. Создание полной системы контроля качества и стандартизированных спецификаций, а также усиление тестирования и надзора за процессом производства алмазного порошка и качеством продукции являются необходимыми мерами для обеспечения здорового развития отрасли и повышения конкурентоспособности продукции. Это требует совместных усилий предприятий, научно-исследовательских учреждений и организаций по стандартизации отрасли для разработки единых стандартов качества и методов испытаний для содействия стандартизированному развитию отрасли алмазного порошка.
Экологическое давление
В процессе приготовления первичного алмазного микропорошка, особенно некоторых традиционных методов получения (таких как синтез при высокой температуре и высоком давлении и метод механического дробления), могут возникнуть определенные проблемы загрязнения окружающей среды, такие как выбросы пыли, очистка сточных вод и т. д. В условиях растущей глобальной экологической осведомленности и все более строгих экологических норм компании-производители алмазного порошка сталкиваются с еще большим давлением на окружающую среду. Разработка зеленых и экологически безопасных процессов подготовки, а также усиление переработки отходов и контроля загрязнения являются неизбежными требованиями для устойчивого развития отрасли. Например, в области химического осаждения из паровой фазы одним из актуальных направлений исследований в настоящее время является оптимизация параметров процесса для снижения выбросов вредных газов и потребления энергии.
6. Заключение
Как сверхтвердый материал с превосходными свойствами, первичный алмазный порошок играет важную роль во многих отраслях промышленности и демонстрирует широкие рыночные перспективы. Ожидается, что благодаря постоянному совершенствованию процесса подготовки, усилению контроля качества и реагированию на экологические проблемы, первичный алмазный микропорошок получит более широкое применение в высокотехнологичном производстве, новых технологиях и других областях в будущем, внеся больший вклад в содействие глобальному научно-техническому прогрессу. и экономическое развитие. В то же время предприятия и научно-исследовательские учреждения отрасли должны укреплять сотрудничество и инновации, чтобы совместно преодолевать текущие технические и рыночные трудности и способствовать здоровому и устойчивому развитию отрасли первичного алмазного микропорошка.
