纳米金刚石作为抛光材料的应用

　　摘要：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。

　　关键词：纳米金刚石 分散与解团 理想的抛光材料

　　1.引言

　　随着新型功能陶瓷材料、人工晶体及半导体行业的迅速发展，对产品的加工精度提出了越来越高的要求，超精密加工的精度从20世纪60年代的微米级提高到80年代的0.01μm，再发展到目前的纳米级(最高可达到原子级)。

　　纳米金刚石兼具有金刚石和纳米颗粒的双重特等特点，而且颗粒尺寸比最好的磨料要小一个量级，且碳表面极易受化学改性的影响，能和任何极性介质兼容，这种特点使得纳米金刚石颗粒有可能在载体中均匀分布。利用高纯纳米金刚石的超硬特性、粒子微细及粗糙的表面极易除去材料表面的起伏，可将材料表面粗糙度减小到纳米级。因此，被视为超精抛光的新一代理想磨料。

　　纳米金刚石抛光液在日本和欧美已在一定范围内得到了应用，已开发出水溶性、油溶性和气雾剂的纳米金刚石抛光剂。据报道，用纳米金刚石制成的抛光液成功地用于表面光洁度要求极高的X射线反射镜和半导体硅片的加工。

　　由于纳米金刚石的比表面积大、比表面能高．处于热力学不稳定状态，所以在介质中散稳定性差，容易发生团聚，使其在应用过程中受到严重制约。也就是说，纳米金刚石抛光液制备的关键技术是纳米金刚石在介质中的长期稳定分散及粒度的均一性、这是一道共同的世界性技术难题。

　　因为广大的科技术工作者对其应用前景十分看好．所以，在过去的年月里有许许多多的探索者，投身到了解决这一技术难题的工作中， 并做了大量有益的工作，获得了许多有实用价值的技术数据、本文将就纳米金刚石的分散与纳米金刚石抛光液的应用进行综述。

　　2. 分散问题的提出

　　纳米金刚石是在爆轰这种极端非平衡条件下合成的，颗粒表面的大量原子悬空键使其化学活性大大提高，非常大的表面积，使其有巨大的表面能，容易形成硬的难以解聚的团聚体是不可避免的。因此，是自其1984年诞生二十多来一直未能大量应用的重要原因。

　　商业纳米金刚石干粉团粒度平均达2μm。纳米金刚石表而含有大量有机官能团，主要为一OH(羟基）、一C＝O（羰基）、一COOH(羧基)以及一些含氮的基团，所占面积可达颗粒表面的 10%~25％。这些含氧活性基团和含氮活性物质可与许多有机化合物反应或吸附。为纳米金刚石在油或水介质中的分散提供了基础。