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纳米金刚石的制造,特别是应用,是近年来各国科学家的热门研究课题.
纳米金刚石早在三十多年前就已被研制出来,但其应用过去局限于做聚晶,抛光剂等磨料磨具领域.随着人们对纳米金刚石性质认识的深化,纳米金刚石已在润滑油,金属镀膜,磁性记录系统,医学等领域开始获得应用,并且应用领域还在不断扩展.
根据俄罗斯纳米金刚石专家瓦利里尤里耶维奇 多尔马托夫发表的资料,对纳米金刚石的应用做一简要介绍:
润滑油中加入纳米金刚石可提高发动机和传动装置工作寿命,节约燃油机油,摩擦力矩降低20~40%,摩擦表面磨损降低30~40%.
镀附后零件使用寿命提高1~9倍.镀层厚度可降低1~2倍.电镀时采用标准电镀设备.
根据俄罗斯纳米金刚石专家瓦利里尤里耶维奇 多尔马托夫发表的资料,对纳米金刚石的应用做一简要介绍:
镀附后零件使用寿命提高1~9倍.镀层厚度可降低1~2倍.电镀时采用标准电镀设备.
金属镀层中的金刚石含量平均为0.3~0.5重量%.当镀层厚度为1微米时金刚石耗量为0.2克(1克拉)/m2.
纳米金刚石抛光液 以其优异的性能广泛应用于半导体硅片抛光、计算机硬盘基片、计算机顶头抛光、精密陶瓷、人造晶体、硬质合金、宝石抛光等领域。俄罗斯用纳米金刚石抛光石英、光学玻璃等,其抛光表面粗糙度达到1nm。 纳米金刚石的应用显示出很多优点。由于超细、超硬,使得光学抛光中的难题迎刃而解。精细抛光是光学抛光中的难题,原工艺方法是把磨料反复使用,需要几十小时,效率很低。现在使用了纳米金刚石,使抛光速度大大提高。抛光相同的工件所需的时间仅需十几小时至几十分钟,效率提高数十倍至数百倍。以下是纳米金刚石众多应用实例中的若干事例。从这些事例中不难得出,纳米金刚石能够适应与满足超精加工发展的需求。
纳米金刚石的制造,特别是应用,是近年来各国科学家的热门研究课题.
纳米金刚石早在三十多年前就已被研制出来,但其应用过去局限于做聚晶,抛光剂等磨料磨具领域.随着人们对纳米金刚石性质认识的深化,纳米金刚石已在金属镀层,润滑油,磁性记录系统,医学等领域开始获得应用,并且应用领域还在不断扩展.
金刚石微粉硬度高、耐磨性好,可广泛用于切削、磨削、钻探等。是研磨抛光硬质合金、陶瓷、宝石、光学玻璃等高硬度材料的原料。金刚石微粉制品是利用金刚石微粉加工制成的工具和构件。纳米金刚石是利用负氧平衡在爆轰...
在空气中燃烧温度为850~1000℃,在纯氧中720~800℃燃烧,金刚石发出浅蓝色火焰,并转化成二氧化碳。 常压下做不到。隔绝氧气的情况下加热,大约1500度左右会开始石墨化,在熔融之前全部转变成石...
三维结构金刚石[1]俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石,它是一种由纯碳组成的矿物。金刚石是自然界中最坚硬的物质,因此也就具有了许多重要的工业用途,如精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模。金刚...
纳米金刚石作为抛光材料的应用
抛光是金刚石应用的传统领域,即便在今天,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,常用的磨料颗粒尺寸均大于0.1μm(100nm),已不能满足高级光学玻璃、晶体、宝石和金相表面的超高精度的表面加工。纳米金刚石兼具有金刚石和纳米颗粒的双重特性。纳米金刚石的易团聚性是严重影响其未能大量应用的重要原因。分散与分级技术是其能否实实在在服务于现代工业和科学技术的关键。初步研究结果表明,纳米金刚石应该是一种理想的超精抛光材料。本文对其发展现状,团聚与分散及其初步应用的效果等做了简要的阐述。
硬盘微晶玻璃基板的纳米金刚石抛光
应用经良好分散的纳米金刚石对硬盘微晶玻璃基板进行抛光,获得了亚纳米级表面(0.618nm)。分析了纳米金刚石抛光的行为,展望了纳米金刚石在超精密抛光领域的应用。
纳米金刚石镀膜人工关节、骨板及骨钉的表面处理技术,它应用纳米金刚石薄膜对钛合金进行表面该性,改善其微量离子释放,污染组织、引起发炎等不良问题,以制作合乎要求的人工关节、骨板及骨钉,并充分利用了金刚石膜良好的生物相容性及最佳的化学稳定性。采用化学气相蒸镀法或物理气相蒸镀法,对钛合金基片镀制厚度为100nm~3μm的纳米金刚石薄膜或类金刚石碳膜,该金刚石薄膜再进行后表面处理,以共价键方式结合人体组织相容性高的分子介面层。
金钯合金属于牙科贵金属合金材料,因为具有良好的生物相容性、延展性及边缘适应性,近年来在口腔修复临床中成为制作冠桥的常用材料之一。
金钯合金通过金刚石镀膜的方法改善金钯合金的耐磨性、硬度。制作方法:6个金钯合金试件,在常温下通过射频辉光放电的方法分别镀覆300纳米、500纳米类金刚石镀膜,对镀膜后金钯合金表面的摩擦系数、电化学腐蚀电位及维氏硬度进行测试,并同标准试件进行比较。结果300纳米镀膜金钯合金耐磨性高于500纳米镀膜;随着镀膜厚度的增加,耐腐蚀性有增加的趋势;对维氏硬度的均值进行t检验,镀膜300纳米金钯合金维氏硬度高于500纳米试件及标准件(P0.001)。因此,对金钯合金表面进行类金刚石镀膜处理是改善其表面理化特性的一种方式。
1、 高硬度,国内国际的多项测定表明,纳米压入仪测定的硬度达到80GPa(HV8000),经由纳米金刚石镀膜的工具及产品,硬度远远大于未经镀膜的;
2、 镀膜与基体的结合度极高,不会产生镀膜层脱落;
3、摩擦系数低至0.092-0.105(对金属钢);
4、 耐磨性能急速提高。许多材料经镀膜后,耐磨性可提升100倍以上;
5、耐腐蚀性更好,纳米金刚石涂层具有化学惰性,例如,覆有100纳米金刚石涂层的电镀件,可经受300小时的盐雾试验,不出现腐蚀变异。
日前,美国能源部阿贡国家实验室的研究人员误打误撞,发现了二硫化钼与纳米金刚石之间的奇妙火花,二者反应可制得“永久牌”润滑剂。
2015年,阿贡国家实验室纳米科技部Anirudha Sumant及其同事首次通过石墨烯与纳米金刚石的结合,在工程规模上证明了超润滑(接近零摩擦),从而实现了固体润滑技术的突破。这种方法是革命性的,从那时起他的团队继续发展这项技术。
最近,Sumant用二硫化钼取代了石墨烯,以观察其他二维材料的表现。他希望这一过程与石墨烯-纳米金刚石润滑剂所观察到的过程相似。然而,事实上他和博士后研究员DianaBerman在这种材料中看不到纳米金刚石,而是惊讶地发现了洋葱状碳球。真相是:二硫化钼分解成钼和硫,并与纳米金刚石反应,转化成洋葱状碳。
阿贡实验室的研究团队意识到硫扩散正在增加纳米金刚石的应变,随后破坏它们并将它们转化为洋葱状碳。Sumant说,这是因祸得福,他们的努力也解开了另一个关于其他二维材料如何与纳米金刚石相互作用的秘密。
这种新组合的摩擦比含氟聚合物的一些不粘涂层低10倍,这意味着更少的热量和较少的零件和设备的磨损。尽管这篇论文最近才发表在NatureCommunications(自然通讯)上,但阿贡实验室认为它已经具备产业化的可能,“尤其可以利用这种润滑剂制造之前不能生产的金属冲压件”。
Sumant认为这种新型洋葱碳润滑剂的优势至少有三点:首先它更清洁,没有危险化学品废弃物;其次它不像普通润滑剂那样会出现灾难性的失效模式,它可以不断自我调整并长久持续;最后,虽然二硫化钼比石墨烯更贵一些,但它的用量更小,成本反而更低。
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