炸药爆轰法合成纳米金刚石的原理www.tool-tool.com

来源：广东河源中联纳米科技有限公司

众所周知：碳在特定的高温、超高压条件下可以晶变成金刚石。这个特定区域称为晶变相区（温度1800---23000C，压力20万---30万个大气压）

当负氧平衡炸药在高压密闭容器中爆轰的瞬间（约1微秒），组成炸药的C、H、O、N中的碳分子一部分被炸药自身的氧氧化，未被氧化的富余游离碳在晶变区的高温、超高压下就合成为纳米金刚石。在此环境中，碳元素呈液滴状，晶变为类球形。

纳米金刚石的转化率、表面性质与炸药成分、配比、药柱大小形状、反应釜形状尺寸及与药柱尺寸的配比、介质成分浓度压力均有关系。

炸药爆轰法合成纳米金刚石的工艺流程（框图）

高能炸药配方选择-----浇注主药柱-----压制起爆药柱----组装药柱-----吊入爆轰釜----密封隔绝空气----起爆-----得到爆轰粉------化学提纯------得到纳米金刚石黑粉、灰粉、精粉。

（三）纳米材料应用的世界性难题

纳米材料与技术是在20世纪80年代末才逐步发展起来的前沿性、交叉性新兴学科，

90年代初，我国开始启动纳米技术开发。目前，已有300多家科研生产单位从事纳米攻关，在纳米材料制备、工业化生产、应用开发和测试方法手段等方面取得了骄人的业绩，与世界发达国家处于同一水平线上。

目前，市场上提供的纳米材料主要有：纳米金属（如纳米金、银、铜、锌）、纳米氧化物（如纳米氧化硅、氧化钛、氧化锆、氧化锌）、纳米盐类（如纳米碳酸钙、蒙托土）、纳米碳材料（如碳纳米管、纳米金刚石、纳米石墨、富勒烯碳球）等。

与方兴未艾的纳米材料发展相比，纳米应用技术与应用产品的开发却相形见拙，只见到所谓的纳米领带、纳米鞋垫、纳米服装、纳米杯子、纳米洗衣机、纳米冰箱（其实是洗衣机冰箱刷涂上纳米涂料）和纳米在橡胶塑料中的添加等。原因究竟是什么？

主要原因有：

一是有的纳米材料制备技术尚不过关；或成本过高而不便推广；或实验室技术工业化不成熟；或粒度范围过宽而无法应用；或生产的不是纳米尺寸的材料，而是微米亚微米级材料，不具备纳米特性。

二是尚未攻克纳米粉体分散这一最大技术难关。

所 有的纳米粉体材料，由于颗粒极小，表面原子比例很大，表面能很高，由于降低表面能、实现稳定是物质的本能，所以纳米粉体都具有强烈的自团聚倾向，凡是真 正的纳米粉体都是微米级的“糯米团”，在使用前必须解开团聚，而解开团聚后的纳米级颗粒，又具有高表面能，又不稳定，又会形成二次、三次团聚。必须在解开 团聚的同时，对纳米颗粒表面进行改性，使颗粒之间形成静电阻力或（和）位阻，才有可能实现纳米颗粒或纳米团簇在介质中的稳定分散，才能发挥纳米材料的作 用。这是纳米应用的最大“门槛”。不解决或解决不好这一难题，纳米材料的应用就始终是一句空话。

目前，国际解团聚、分散、稳定悬浮时间的先进水平是几十小时、上百小时。我们已经达到数千小时，远远走在世界的前列。

三是假纳米的冲击，搅乱了市场。

消费者不是纳米专业工作者，纳米材料需要昂贵的测试仪器鉴别，国内外纳米产品的标准尚在制定中，这都为“假纳米”提供了可乘之机。

纳米材料明明是固体，有形状、大小、硬度、表面------，可市场上却出现了“纳米水”、“纳米液体”。水就是分子水，比纳米还小，为什么叫“纳米水”？这是“水变油式的新理论”。

有些“纳米服装”未添加任何纳米材料，谎称“纤维是纳米级的”。比头发丝细上万倍、肉眼看不到的纤维是谁家制造的？这只能是欺骗消费者。

有些国外品牌润滑油添加剂明明是液体的有机物衍生物，遇摩擦高温就分解失效，又不耐极压，却要故弄玄虚说成是“纳米碳氢分子”，玩纳米概念，愚弄中国消费者。

其实，纳米技术是严谨的高新交叉技术，人类刚刚迈进门槛，就显现出它强大的生命力。只有不畏艰险、埋头苦干、创新求实、勇于实践的人才能领略它的无限风光。多一些实干家，少一些概念投机家，我们就一定会始终走在世界纳米技术的前列。

（四）用途广泛的纳米金刚石复合镀

背景：

各 种机械设备与仪器仪表，在使用过程中或因受到气、水及某些化学介质的腐蚀，或因相互之间的相对运动而产生磨损，或因温度过高而发生氧化，或因接触高温金 属熔体或其他熔体而被侵蚀。这些因素都会使机件表面发生破坏或失效。据资料报道，各种机电产品的过早失效破坏中约有70%是由腐蚀和磨损造成的。这给国民 经济造成的损失无疑是巨大的。据统计，全世界每年因此造成的直接损失达1500亿美圆，我国约为1500亿人民币。

随着现代化工业的迅速 发展，对机械工业产品提出了更高的要求，要求产品能在高参数（如高温、高压、高速）、高度自动化和恶劣的工况条件下长期稳定运转，这 就必然对机件表面的耐磨、耐蚀等性能的要求日益苛刻。若选用贵重金属或合金制造整体设备及零件，有时也可满足表面性能要求，但从经济上看往往是不合算的。 而且，在许多情况下，也无法找到一种能够同时满足整体和表面不同要求的材料。因此研究和发展机械产品的表面保护和表面强化技术，对于提高零部件的使用寿命 和可靠性，改善机械设备的性能、质量，增强产品的竞争能力，推动高新技术的发展，以及节约材料、节约能源等都具有重要的意义。

复合镀（复 合电镀或复合化学镀）是国内外近二三十年刚刚兴起的最新表面处理技术。，并在工程上迅速获得了广泛应用，它与传统镀相比，具有较高的硬度、抗氧 化性以及较好的耐蚀性，国家计委已批准将多功能复合镀材料新技术列为高技术产业化项目，正在实施，并成功应用于冶金、石化、磷化工、汽车的缸套、活塞与活 塞环、纺织机械、矿山机械、卷烟机械等行业。

所谓复合镀，就是在传统镀液中，根据材料表面要求，选择添加一种或多种固体微粒，在金属沉积 的过程中，固体微粒夹杂在镀层中，发挥协同效应，形成全新的性 能优异的复合材料表面。目前，世界上复合镀大都使用亚毫米级的金刚石、sic、wc、mos2、BN、石墨和聚四氟乙烯等。但由于颗粒大、用量大、难悬 浮、成本高、表面性能提高小。

纳米金刚石硬度高、耐腐蚀、耐高温、耐磨损都是其他材料无法比拟的，加之颗粒小，悬浮好，弥散强化效果突出， 可以有效改变镀层裂纹扩展方向，用量极少（镀 覆面积1㎡、镀厚1微米，仅需消耗纳米金刚石0.2克），可大大提高镀层的硬度、耐磨、耐蚀、耐温性能，是十分理想的复合镀材料。现有厂家无须增加设备、 改变工艺，就可使产品更新换代，性价比极高。

世界上每年金属腐蚀损耗极大，金属电镀化学镀是解决的途径之一。我国电解电镀业厂家达 15000 多家，有5000 多条生产线，年电镀化学镀2.5 — 3 亿㎡。但技术雷同，水平较低，耐腐蚀程度和与基板的结合强度差，属于传统产业。近年来，开始使用国外的添加剂，效果明显，但价格昂贵。我们的纳米金刚石复 合镀液添加剂与基板的亲合力极强，耐腐蚀能力优于国外产品，现已开始出口。

要想把纳米金刚石应用于复合电镀化学镀，同样必须首先解决它在镀液中的解团聚、分散、悬浮难题。我们采用物理解聚、化学包覆的方法，使纳米金刚石稳定悬浮在水溶液中，颗粒度仅20-60纳米，可稳定悬浮上千小时（国外产品仅可悬浮几小时至几十小时）

目前，公司已在广州某某轴瓦厂进行工业化试验，效果十分可喜。公司还开发出纳米金刚石-铬复合镀工艺，推出了我公司的第二个系列产品----纳米金刚石复合电镀液添加剂。

纳米金刚石复合镀工艺的特点是：

A、保持原有电镀工艺，无须增加设备投资；

B、镀层厚度可减少50%以上；

C、电镀液使用量、污染、治污费用大大降低；

D、每平米镀层表面、镀厚1微米，仅消耗纳米金刚石0.2克；

E、生产总成本不升反降；

F、镀层表面综合性能大大改善。

【参考工艺】

电接触材料复合电镀

电 接触材料复合镀膜要求它有良好的导电性、导热性、耐磨性和抗电蚀性能。在电子工业中广泛使用镀金或镀银作为电接触材料，就是因为它们有良好的导电、导热 性和较强的耐蚀性能。不足的是金和银的硬度和熔点较低和耐电蚀能力较差，这些都影响其使用寿命。纳米金刚石复合镀金银可以较好解决上述难题。

复合电镀金---纳米金刚石参考工艺：

复合电镀银---纳米金刚石参考工艺

电镀铬基耐磨复合镀膜参考工艺

复合化学镀Ni-P-纳米金刚石参考工艺

引用出處：

http://info.momo.hc360.com/2011/03/29141060821.shtml

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