大颗粒工业金刚石的开发及其应用解析

技术方案 2014-08-14

   一、大颗粒工业金刚石特性及用途

  金刚石极高的硬度早在古代就为人们所认识,然而在相当长的一个时期里,人们仅把开采的天然金刚石当作“宝石”,主要用来制作高级装饰品。人类最早利用天然金刚石制作金刚石刀具,是利用天然金刚石自然棱角做切削刀刃进行切割加工的,如玻璃刻刀,珠宝、玉石雕刻刀等。

  随着钻石首饰研磨抛光技术的发展,经人工精磨带有切削刃的天然金刚石刀具应运而生,经过精细研磨,其刃口半径可达0.01-0.002μm。但天然金刚石较脆,其结晶各向异性,不同晶面或同一晶面不同方向的晶体硬度均有差异,在进行刃磨和使用时必须选择合适的方向。

  二次世界大战期间,为了满足军事装备的精密切削加工的需要,以及二战后为满足手表精密零件,装饰件和首饰雕花等加工需要,天然金刚石刀具应用市场逐渐发展起来。

  二十世纪七十年代,现代尖端科学技术领域的许多产品,如用于航空工业的陀螺仪、激光器中的金属反射镜,雷达的波导管内腔,激光打印机中的多面棱镜,录像机磁头、复印机硒鼓、计算机磁盘基片以及太空望远镜中的大型反射镜等,都要求得到超光滑的加工表面和高的加工精度。在现实需求的推动下,在已有的金刚石车削技术基础上,天然金刚石刀具超精密镜面切削技术得到迅速发展,天然金刚石超精密刀具应用市场迅速扩大,天然金刚石需求量也随之迅速增加。然而,迄今为止,目前世界上天然金刚石的年产量约1亿克拉左右,而其中适于制作切削刀具必须是大颗粒(质量大于0.2ct,最小径长不小于1.5mm)。因此适合制作切削刀具的天然金刚石占年产量的比例非常小,约占3-4%。这严重地影响了天然金刚石刀具应用领域的扩充。

  由于聚晶金刚石复合片就是作为金刚石大单晶的替代品而被研制出的,因此聚晶金刚石复合片所涉及的应用领域均能用金刚石大单晶代替,而且其加工精度要高于聚晶金刚石复合片。在市场调研中了解到,由于大单晶作为刀具使用时其成本明显高于同尺寸的聚晶金刚石复合片刀具,因此目前二者并存于刀具市场。

  天然金刚石资源的不可再生性,决定了其数量是越来越少,价格越来越贵。在产品性能方面,人造金刚石与天然金刚石在晶体构造上完全相同而在纯度上接近或超过天然金刚石,所以人造金刚石在性能上也接近或超过天然金刚石。采用单晶大颗粒人造金刚石制成单件钻石工具在工业上得到成功应用,表明人造金刚石在工业上全面取代天然金刚石的时代已经到来。

  在市场调研中与吉林大学超硬材料重点试验室的有关专家接触后取得了样品,通过与运城力天世纪刀具有限公司技术人员的接触,他们对提供的样品尺寸、内部包裹体含量等基本满意,并希望将其加工成刀具进行进一步的性能测试。

 

  二、大颗粒工业金刚石的市场前景

  目前,金刚石行业竞争残酷。自2004年,压机吨位迅速扩大、数量剧增,目前已超过5000台。合成腔体从过去最大的φ28mm扩大到φ40mm以上,金刚石单产从过去的30克拉增加到100克拉,目前我国金刚石单晶的年生产能力超过50亿克拉。除了个别企业凭借规模效应略有盈利外,大部分企业库存积压严重,导致亏损。