CN101115680A - 单晶金刚石颗粒细粉及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供具有窄颗粒尺寸范围的小于50nm的金刚石颗粒的细粉。此金刚石是单晶的并以大量尖锐边沿和尖锐的点为特征。另一个目的是提供有效制备这样的细粉的方法。该方法包括机械破碎单晶金刚石颗粒的原材料以制备金刚石的起始微小颗粒，然后赋予金刚石颗粒表面亲水性质。由于亲水，金刚石颗粒被分散在水中以形成浆料，将其设定并保持弱碱性。然后对浆料施以初级分级步骤，由此除去具有60nm或者更大的D50尺寸的最高颗粒尺寸部分。所述的最高颗粒尺寸部分的消除，然后将浆料用水稀释以调节金刚石浓度到0.1％(按重量计)或更小。对这样调节的浆料施以离心力，由此金刚石颗粒的粗颗粒尺寸部分作为固体饼浓缩并从浆料中去除。从离心分级取出包含具有减小的颗粒尺寸的金刚石颗粒部分的流出浆料。

Description

单晶金刚石颗粒细粉及其制备方法
发明领域
本发明涉及由细分的单晶金刚石颗粒组成的粉末，以及特别是，尤其适于在高精度加工处理中使用的磨料粉末。本发明还涉及制备这样的粉末的方法。
背景技术
随着高精度加工技术的发展，金刚石磨料的需求已经转向愈加小的颗粒尺寸，到了在某些情况下要求1的表面粗糙度的程度。曾经制备的用于磨蚀应用的最小的金刚石颗粒是由大量的二次颗粒组成的“爆轰”类型，二次颗粒是平均5-10nm的较小的一次颗粒的团聚。观测到在爆炸物不完全燃烧的工艺中合成的这种类型的金刚石在晶体中有大量的缺陷，并且，当通过透射电子显微镜(TEM)观察时，由于生长期太短在微秒的数量级，它们通常显示相当圆的外观。
如上所述，在爆轰技术中生产的单个金刚石颗粒非常小和从而具有非常活跃的表面。它们容易团聚形成二次颗粒，通过非金刚石碳或者从合成过程和气氛中进入的其它物质稳固结合。因此这种类型的金刚石明显的表现为具有100nm或者更大尺寸的团聚颗粒。还有已知可以在严酷的酸处理中将这样的二次颗粒瓦解为一次颗粒。
在基于通过化学爆炸或爆轰提供能量的急剧压缩的技术的产品中，通常已知的是通过在由化学爆炸能量产生的极端高压下从石墨转化制备的DuPont多晶型金刚石。这种类型的金刚石也是二次颗粒结构：因此在转化过程中通常具有20-30nm尺寸的一次颗粒在超过30GPa的急剧压缩下部分融合并彼此结合，捕获了一些留下未用的石墨。由稳固结合的100nm或者更大的二次颗粒组成的DuPond金刚石也同样地表现；但是，这种类型即使在严酷的酸处理中也不能被瓦解。TEM显微镜显示一次颗粒不显示自形表面而是表现稍微球状的总体外观，其被认为是有限转化期的证据。
上述方法的任一个对自形晶体的制备都是不足的，对于碳的低压相初始材料的压缩，由于它们依赖化学爆轰，如果其程度极高，仅持续微秒量级的时间，持续时间太短使得产品不能生长为这种期望的具有尖锐边沿和点的磨料颗粒。因此当用作磨料时，两个技术的几乎没有尖锐边沿或点的金刚石产品不足于获得有效研磨速度，即使磨料根据一次颗粒的这样小的尺寸留下细抛光痕迹。
另一方面，静态压缩技术能够通过在待应用的适当选择的压力、温度和时间参数下运行，以控制金刚石产品的例如形状、硬度和脆度的性能。此外，如此制备的金刚石晶体可以通过采用钢珠的冲击式研磨容易地破碎为非常细的颗粒。
在TEM显微镜下观察到，大多数具有几十纳米尺寸的这种细颗粒是自形的并具有尖锐边沿，这是由于大多数基于金刚石晶体的解理发生的破碎工艺。在有些情况下，甚至有具有大约5nm侧边的扁平三角形断片。
发明人发现，在微-破碎和精确分级适当结合的工艺中，可以制备非常细的粉末或者大量非常微小的单晶金刚石颗粒。基于这种发现，我们开发了制备100-50nm D50金刚石粉末的技术，对此我们提交了专利申请(在日本2002-035636中公开)。
在发明中，处理的是通过上述的冲击破碎而尺寸减小的单晶金刚石颗粒。如此破碎的颗粒通常具有尖锐的边沿和点，以致它们常常包括具有作为众所周知的在(111)面的解理的的扁平的、规则三角形的颗粒的。
为了本发明的破碎，可利用的技术例如使用钢球的球磨的简便的工序，而振动式磨机和行星式磨机可以负荷更大的冲击。优选的破碎介质是钢球，因为它们具有足够高的密度。也可以使用粗金刚石颗粒，以将来源自介质材料的污染减到最少。
首先用化学制品处理从破碎机取出的金刚石颗粒，以通过溶解除去在工艺中已经混合的破碎介质的残余。然后对金刚石颗粒施以淘析和离心结合的分级处理。在两个工艺中使金刚石颗粒保持悬浮并在水中处理，颗粒在表面对水具有亲合力是需要的，以保持稳定悬浮。
为此目的，表面氧化处理是有效的，由此氧化金刚石颗粒以在表面上附着例如氧或者含氧基团的亲水原子，如羟基、羰基和羧基。为了表面氧化，虽然在空气中加热到300℃或者更高可提供一定的效果，更可靠的工艺可以由湿法工艺组成，其中在包含选自硫酸、硝酸、高氯酸和过氧化氢的一种和选自高锰酸钾、硝酸钾和氧化铬的一种两者的浴中处理金刚石。
为了制备金刚石颗粒在水中的良好悬浮，将共存在水中的离子的总的浓度最小化并同时在足以建立良好悬浮的范围内调节表面电位是必要的。已知在弱碱性条件中，金刚石颗粒通过排斥彼此在颗粒表面上的电荷保持悬浮，因此调节氢离子浓度和Zeta电位在适当的范围内是必要的，其分别是在pH7.0和10.0之间和-40mV和-60mV之间。
虽然淘析技术广泛地用于小的金刚石颗粒的尺寸分级，但其困难之处在于：对于这样的100nm或更小的金刚石颗粒它们需要极长的沉淀时间，导致差的产率。与超高速离心相结合的工艺可以多少提高产率；这种手段不一定现实，因为这样的设备本身可能是昂贵的，同时在维护和保证安全两方面将有一些问题。
发明公开
本发明要解决的问题
因此，本发明的一个主要的目的是提供颗粒尺寸分级的有效方法以制备具有小于50nm的D50尺寸的细分散的金刚石颗粒。另一个目的是提供金刚石颗粒的细磨料粉末，其具有基于针对金刚石晶体的解理的尖锐边沿，以及颗粒尺寸分布的紧密范围，并从而可以符合在精密机械加工工业要求的精度和效率。
通过将在市场上可以买到的通常的离心机引入到尺寸分级(分类)工艺并通过优化工艺的操作参数，本发明人到如今已经发现可以解决上述这样的问题，并且可以有效地分离和回收由这样的微小的金刚石颗粒组成并具有小于50nm的D50颗粒尺寸和紧密颗粒尺寸范围的细粉。
解决问题的方法
本发明制备单晶金刚石颗粒细粉的方法包括：
(1)通过冲击载荷机械破坏设备破碎单晶金刚石颗粒的原始材料以制备起始微小金刚石颗粒的步骤，该单晶金刚石颗粒是在静态超高压下从非金刚石碳转化的产品；
(2)氧化所述的起始微小金刚石颗粒表面以将亲水原子或者官能团化学吸附到金刚石颗粒的表面并因此向其赋予亲水性质的步骤；
(3)通过在水介质中分散亲水金刚石颗粒制备浆料的步骤，其中(通过向其添加碱性物质)设定和保持所述的浆料为弱碱性；
(4)对所述的浆料进行湿式初步颗粒尺寸分级处理的步骤，以通过沉降从所述的浆料除去金刚石颗粒的最高颗粒尺寸部分，所述的最高颗粒尺寸部分具有60nm或更大的D50尺寸；
(5)向已经除去所述的最高颗粒尺寸部分的所述浆料的剩余部分添加去离子水到按重量计0.1％或更小的金刚石浓度的步骤；
(6)对浆料的所述的剩余部分施以离心分级处理的步骤，由此从浆料中浓缩和除去在所述的浆料中含有的金刚石颗粒的较粗颗粒尺寸部分，同时所述的水介质作为流出浆料从离心分级处理除去，该流出浆料包含由于粗金刚石颗粒的去除而平均颗粒尺寸已经减小的金刚石颗粒部分；
(7)重复一次或者更多次上述步骤(6)的操作的步骤，由此通过浓缩分离金刚石颗粒的较粗颗粒尺寸部分并作为固体物质将其从浆料除去，直到在所述的物质中包含的金刚石颗粒得到如下一组目标参数：50nm或者更小的D50尺寸，以及D10尺寸对D50尺寸和D90尺寸对D50尺寸的比分别是50％或更大和200％或更小，来自离心处理的所述的浆料流出物包含具有较小平均颗粒尺寸的金刚石颗粒部分；和
(8)通过沉淀为固体物质从所述的浆料回收具有最小平均颗粒尺寸的金刚石颗粒的步骤。
通过对机械破碎的单晶金刚石颗粒进行本分明所述的颗粒尺寸分级处理，可以从最终流出浆料回收具有的D50平均尺寸为小至50nm或者更小并且同时具有紧密范围尺寸分布的金刚石颗粒部分，所述尺寸分布使得D10尺寸对D50尺寸和D90尺寸对D50尺寸的比分别是50％或更高和不超过200％，且通过Microtrac UPA颗粒尺寸分析仪测定。
用于和用在本发明中的亲水原子或基团包含选自羟基、羰基和羧基的一种或多种。
在本发明的方法的步骤3中，可以通过添加碱性物质以设定和保持浆料弱碱性来促进浆料中金刚石颗粒的分散。因此，优选在此背景下，在步骤3和之后浆料中的氢离子浓度被设定和保持在pH7.0和10.0之间。
还有，在步骤3，浆料中的zeta(ζ)电位可以优选控制在-40到-60mV的范围内。
此外在本发明的方法的步骤6中，可以浓缩并从离心处理中拿走金刚石颗粒的粗颗粒尺寸部分。然后，可以将作为饼回收的金刚石颗粒再次分散在去离子水中以形成另外的浆料并可以随后施以如在步骤6中的离心分级处理。由这个处理，可以从离心处理回收包含具有进一步减小的平均颗粒尺寸的金刚石颗粒部分的流出浆料。
发明的效果
根据本发明的方法，可以制备具有50nm或者更小的D50平均尺寸、具有基于解理的尖锐边沿和点的尽管非常微小颗粒的单晶金刚石颗粒，与相应微小颗粒尺寸的传统的和市场上可以买到的金刚石细粉磨料形成对照。
可以以高产出最小损失回收微小金刚石颗粒：尽管微小金刚石颗粒会以一定程度被捕集到浓缩粗金刚石颗粒的饼中，但是当再次将饼分散到去离子水中时，可以将它们释放回水介质中来在步骤6作为浆料在离心机上再次使用，并且也可以将水介质作为包含具有进一步减小的颗粒尺寸的金刚石颗粒的流出浆料取出。
附图简述
图1示意显示了按照本发明的方法的示例精确颗粒尺寸分级处理的流程图，其中用两个串连离心机处理浆料(将要给出的实施例1)；和
图2示意显示了根据本发明的方法的另一个示例精确颗粒尺寸分级处理的流程图，其中在单一离心机上进行双向流动来处理浆料(将给出的实施例2)。
实现本发明的最佳实施方案
在本发明的方法的实施方案中，使用包含连接到单一离心或离心机的两个浆料存储罐的精确颗粒尺寸分级系统。使存储在第一罐中将被分级的精细金刚石颗粒在水中或作为浆料保持悬浮，并将其送入离心机以施加离心力，以便使浆料中的金刚石颗粒的较粗颗粒尺寸部分浓缩、分离并作为来自浆料的饼去除，该饼离开离心机。
使已经被除去较粗金刚石颗粒并从而包含相应增加比例的较细颗粒尺寸部分的浆料流出离心机并在第二存储罐中接收和收集。
在离心分级过程中，可以通过(1)通过有时用去离子水稀释浆料，调节浆料的金刚石浓度充分低于特定水平，并同时(2)通过调整浆料的氢离子浓度并从而保证zeta(ζ)电位保持在适当的范围内，稳定分散在浆料中的金刚石颗粒的条件，来提高分级效率。
为了在分级过程中使用，希望离心机具有产生至少2×104g的离心加速度的能力，离心加速度可以根据将被收集的金刚石粉末的颗粒尺寸的目标性质而在一定程度上变化。如下所述，在调整之后将流出的浆料运送到另一个离心过程。
将被送入离心机的浆料优选应该具有尽量低的金刚石浓度，以便金刚石颗粒可以有效地表现为单个颗粒，虽然有利的浓度可以依赖于将被回收的颗粒尺寸而变化。但是另一方面，希望浆料中的金刚石颗粒的较高浓度以保证离心分级处理的好的生产率水平。
考虑到这两方面，可以说适合的浓度对于具有40nm的D50平均尺寸的金刚石颗粒部分的收集为0.1(质量)％或者更小，和对于具有20nm的D50平均尺寸的部分为0.05％或更小但是无论如何不小于0.01％。
本发明打算对作为尺寸小于50nm、具有非常活跃的表面和从而易于团聚和容易形成二次颗粒的金刚石微小颗粒精确分级。因此，金刚石颗粒以一次颗粒的状态很好地分散在浆料中对于成功分级处理是必要的。为此目的，如上所述，使用包含尽量低的金刚石颗粒浓度的浆料是有效的，以保持导致它们聚集的金刚石颗粒碰撞的低频率。
在本发明中，可以基于和通过使用市场上可以得到的具有至少1×104g加速度的离心性能的普通离心机实现离心分级处理，例如，虽然可以进行几个周期的离心分级处理以保证较高的分级性能。在这种情况下，将在离心机中压缩和作为饼收集的金刚石颗粒再一次分散在去离子水介质中以形成另外的浆料，并然后送入相同或另一台机器用于进一步的离心分级。
在本发明的精确离心分级处理中，其涉及作为饼收集的金刚石颗粒和将它们分散在水介质中的几个周期，经过这些周期较粗的、团聚的、或二级颗粒可以逐渐破坏为不同尺寸的较小的组成颗粒，它们中较大颗粒可以被优先压缩为饼，同时较小颗粒优先保留在浆料中。
包含在饼中的金刚石颗粒的表观颗粒尺寸可以从周期到周期变化，因为聚集的颗粒逐渐破坏为不同尺寸的组成颗粒。更通常地，来自第二分级处理的饼易于具有相对于上一周期提高的表观D50尺寸。
在本发明的方法中，对于30nm或者更小的平均颗粒尺寸的金刚石颗粒的制备，操作具有包含两个浆料罐、罐1和罐2的设置的分级处理是可能的和有效的，该两个浆料罐连接到所述的离心机的入口(流入)侧和(流出)侧，如图2所示。因此，可以进行离心分离处理的一个或多个往复周期，其方式使得浆料通过转换的流向从第一罐经由离心机到第二罐和然后从所述的第二罐经由离心机到第一罐，以两个往复流动方式进行。
在本发明中，对于低于30nm平均颗粒尺寸的金刚石的收集，安排如图1的流程图中的示意图显示的连接在离心机的入口(流入)和出口(流出)侧的两个浆料罐：罐1和罐2是有效的。通过转换可以使浆料在两个方向流动，或者从罐1到罐2或者相反。在此，将浆料从一个罐在入口送入、施以离心处理、去除金刚石颗粒较粗部分并作为流出浆料在另一个罐中在出口处接收，通过充分搅拌使其保持悬浮。在随后的离心处理中，反转浆料流动方向：从浆料罐2将起始浆料送入离心机并在浆料罐1接收流出浆料。
几个重复的离心过程显著增加了浆料在离心机中停留的时间。通过显著减小将浆料送入离心机的速度可以获得相似的结果。
通过将团聚颗粒瓦解为单独的组成(一次)晶体、去除附在较大颗粒上的较小颗粒和保持这样的微小金刚石颗粒表观稳定悬浮来制备将被送入离心机的浆料。通过施加超声波可以有效进行这样的瓦解和较小颗粒的去除。当必要时，可以使用表面活性剂以稳定和保持浆料的分散。
在如上构造的本发明的分级系统中，可以由用从市场上可以得到的用于普通目的的离心机的处理回收具有低于50nm和在优化条件中低于20nm的D50尺寸的这样的细金刚石粉末。在浆料中金刚石颗粒的稳定分散对获得紧密颗粒尺寸范围的粉末是重要的，并通过适当调节氢离子指数和zeta电位可以实现。因此，例如在7.0-10.0的pH和-40到-60mV的zeta电位以获得D10和D90对D50平均值或者分别大于50％和不超过200％的比，并且在较好调整的处理中或者超过60％和不超过190％是可能的。
实施例1
使用具有小于1微米的名义颗粒尺寸的合成的单晶金刚石颗粒的零级金刚石粉末作为原材料用于本发明的精确分级。金刚石粉末是通过在液压机上由非金刚石碳转化的合成工艺的产品，其通过在具有钢球的磨机中破碎处理已经被显著减小了尺寸。该金刚石粉末还经过了粗尺寸分级处理，以获得可用于根据本发明的颗粒尺寸分级的原料金刚石粉末。
首先，通过在浓硫酸和浓硝酸的混合物的浴中，在250℃和300℃之间的温度加热多于2小时氧化原料金刚石粉末颗粒，以便赋予金刚石颗粒表面亲水性。可以通过IR光谱分析观测得到的亲水性，其表示被例如羧基、羰基和羟基基团这样的含氧亲水官能基的吸附。然后，将金刚石颗粒充分冲洗以消除残留酸并进一步分散在去离子水中以形成浆料。将氨水加入到浆料以调整pH在8.2。观测到这种条件下的浆料具有大约-55mV的zeta电位。
将浆料送到淘析分级系统，在此从浆料除去具有150nm或以上的D50尺寸的较粗金刚石颗粒部分。然后将消除了这种较粗颗粒部分的剩余浆料送入离心机中初步分级，由此具有超过60nm的D50尺寸的另一部分通过离心压缩为饼并从浆料分离。将进一步消除了这部分的浆料从离心机中取出，然后送入并作为准备精确分级的原料浆料保存在5m3容积的原料浆料储存处。
然后，如图1中显示的，用离心机对所述的原料浆料进行精确分级处理，以回收具有小于50nm的D50尺寸的金刚石颗粒部分。在此，将两台离心机彼此以连续单通道连接用于浆料的流动，并在两台离心机之间提供中间浆料罐(罐2)，同时提供两个浆料罐(罐1和3)分别在通道的上游和下游端之外，作为用于将被送到离心机的浆料的制备和临时存储的供应罐和作为用于接收流出浆料和最后通过沉降回收金刚石颗粒的浆料沉降罐。
在离心精确分级处理中，两台离心机通过单一连续通道安排并由其连接，该单一连续通道作为包含将被分级的金刚石颗粒的浆料的通路。相对于浆料流动方向，该机器被称作初级(上游)和次级(下游)。将搅拌器安装在浆料供应罐和中间罐，以便稳定搅拌在那里的浆料并使金刚石颗粒在水中完全悬浮。
为此处理，使用两台高速离心机(两者都是Kokusan Co.，Japan的H2000型产品)，其具有200mm直径的转子用于收集浓缩颗粒的饼并可以以16000r.p.m.的旋转下产生2.89×104g的加速度。三个浆料罐每个都具有0.5m3的容积。
在用于离心分级处理的准备中，将包含通过淘析和初步离心分级预先消除金刚石颗粒的最高或者太大部分的金刚石颗粒原料浆料从原料浆料存储处(未示出)转移到浆料供应罐(罐1)。向此原料浆料添加去离子水以制备250升包含大约0.1％(质量)将被送到离心机用于进一步分级的金刚石颗粒的起始浆料。
在精确离心分级系统中，初级离心机或第一步离心机以15000r.p.m.的转速(产生2.54×104g的加速度)运行，将包含大约0.1％(质量)的金刚石颗粒的浆料以50ml/min的速度送入其中。
在中间罐中接收和收集来自离心机的流出浆料，并在充分搅拌之后，以20ml/min的速度送到以16000r.p.m.(产生2.89×104g的加速度)运行的次级离心机以进一步分级。将来自此离心机出口的流出浆料送到并收集在沉降罐中。
将从初级离心机浓缩和作为饼去除的金刚石颗粒部分放置在浆料供应罐(罐1)中，并添加去离子水以形成250升的浆料，并类似的以50ml/min的速度再次送到以15000r.p.m.运行、产生2.54×104g的加速度的所述的初级离心机。
在上述操作中，将来自使用初级离心机分级处理的第二周期的流出浆料收集在中间浆料罐(罐2)中，向其添加用次级离心机处理的在前周期中从浆料浓缩和分离的金刚石颗粒的饼。然后，将这样形成的浆料以20ml/min的速度送到以16000r.p.m.的速度运行、产生2.89×104g的加速度的次级离心机。在沉降罐(罐3)接收和收集来自用次级离心机的分级处理的这个周期流出的浆料。向收集的浆料添加盐酸以调整氢离子指标到pH为2，从而引起金刚石颗粒从浆料聚集和沉降以回收。
在上述的初级和次级离心分级处理中，将从每台离心机回收的金刚石颗粒的饼以及从沉降罐回收的沉积物分别在130℃干燥、称重和通过Microtrac UPA颗粒尺寸分析仪评价它们的颗粒尺寸分布。
如表1所示，可以在从次级离心机和沉降罐(罐3)两者回收的饼中获得金刚石颗粒部分。
  表1
收集的饼质量(g) 颗粒尺寸(nm) D10或D90对D50比(％)
 D10  D50  D90  D10/D50  D90/D50
初级 170  35  56  107  63  191
次级 60  23  37  61  62  164
沉积物 20  19  31  59  61  190
实施例2
在这个实施例中，使用具有对应于实施例1中的机器的运行能力的离心机。
离心机的入口(流入)侧和出口(流出)侧每一侧与安装了搅拌器的0.5m3容量的浆料供应罐连接。如图2所示，将浆料供应罐1安排在入口侧的上游并连接到离心机以作为将将起始浆料送到离心机的浆料供应罐使用。首先，将在实施例1中已经收集的金刚石颗粒的沉积物(表1)放置在浆料供应罐中。然后将去离子水加入到沉积物中以形成具有0.05％的金刚石浓度的500升浆料，并通过氨水的添加调整pH在9.7和大约-48mV的zeta电位。
以16000r.p.m.(具有2.89×104g的加速度)运行离心机，同时以30ml/min的速度向离心机送入起始浆料。在离心机的出口侧的下游提供的浆料罐2接收来自离心机出口的流出浆料。
由于全部浆料量的送入和分级使得浆料罐1变空，同时浆料罐2被装载了浆料，使浆料流动转向相反的方向，以便使存储在罐2中的浆料通过离心机流向罐1以进行分级处理的另一个周期。
重复双向浆料流动离心分级处理三个周期，当通过向在罐中存储的浆料添加盐酸产生沉降时最终回收大约50克的饼。
当通过用Microtrac UPA颗粒尺寸分析仪的对颗粒尺寸分布进行评价时，发现饼包含具有26nm的D50平均尺寸及分别19nm和44nm的D10和D90尺寸的金刚石颗粒。
向此饼再次添加并分散在450升去离子水中以制备浆料，然后在用上述的双向浆料流动运行的离心分级处理的两个周期中将其进一步分级。在上面所有处理的结尾，用酸调整收集的流出浆料的pH，因此浓缩金刚石颗粒以产生作为饼的沉降。
将饼再次分散在450升的去离子水中以形成进一步的浆料，然后在用本实施例的双向浆料流动的离心处理的两个周期中将其分级。从收集的流出浆料回收的金刚石颗粒具有17nm的D50平均尺寸及12nm和29nm的D10和D90尺寸。
当根据具体的周期数描述了本发明的分级处理时，也就是说在实施例1中浆料送到离心机两次并处理，在实施例2中，三组用机器双向浆料流动分级可以相应于六次离心处理，给出数量的目的不是将离心分离处理限制为这样的周期数量。相反，可以将在步骤7的流出浆料中携带的金刚石颗粒送到离心机进行任何次数的重复的分级处理，由此可以获得具有低于50nm的D50尺寸及D10和D90对D50的比分别高于50％和不超过200％的粉末。
此外，虽然上面的实施例涉及仅在液压机的静态压缩下制备的合成单晶金刚石作为原料金刚石，也可以类似地使用天然金刚石，因为它们是单晶(正如通过在静态超高压下从非金刚石碳转化制备的)并显示相似物理性质。

Claims (4)

1.一种单晶金刚石颗粒细粉的制备方法，包含：
(1)通过冲击载荷机械破坏设备破碎单晶金刚石颗粒的原始材料以制备起始微小金刚石颗粒的步骤，该单晶金刚石颗粒是在静态超高压下从非金刚石碳转化的产品；
(2)氧化所述的起始微小金刚石颗粒表面以将亲水原子或者官能团化学附着到金刚石颗粒的表面并因此向其赋予亲水性质的步骤；
(3)通过在水介质中分散亲水金刚石颗粒制备浆料的步骤，其中(通过向其添加碱性物质)设定和保持所述的浆料为弱碱性；
(4)对所述的浆料进行湿式初步颗粒尺寸分级处理的步骤，以通过沉降从所述的浆料除去金刚石颗粒的最高颗粒尺寸部分，所述的最高颗粒尺寸部分具有60nm或更大的D50尺寸；
(5)向已经除去所述的最高颗粒尺寸部分的所述浆料的剩余部分添加去离子水到按重量计0.1％或更小的金刚石浓度的步骤；
(6)对浆料的所述的剩余部分施以离心分级处理的步骤，由此从浆料中浓缩和除去在所述的浆料中含有的金刚石颗粒的较粗颗粒尺寸部分，同时所述的水介质作为流出浆料从离心分级处理除去，所述流出浆料包含由于较粗金刚石颗粒的去除平均颗粒尺寸已经减小的金刚石颗粒部分；
(7)重复一次或者更多次上述步骤(6)的操作的步骤，由此通过浓缩分离金刚石颗粒的较粗颗粒尺寸部分并作为固体物质将其从浆料除去，直到在所述的物质中包含的金刚石颗粒得到如下一组目标参数：50nm或者更小的D50尺寸，以及D10尺寸对D50尺寸和D90尺寸对D50尺寸的比分别是50％或更大和200％或更小，来自离心处理的所述的浆料流出物包含具有较小平均颗粒尺寸的金刚石颗粒部分；和
(8)通过沉淀为固体物质从所述的浆料回收具有最小平均颗粒尺寸的金刚石颗粒的步骤。
2.根据权利要求1的方法，其中在步骤(2)中所述的亲水原子或者官能团包括选自羟基、羰基和羧基中的一种。
3.根据权利要求1的方法，其中步骤(6)中所述的较粗颗粒尺寸部分被作为固体物质浓缩并从浆料去除，用于通过分散在去离子水中来形成另外的浆料，以及进行离心分级并因此去除金刚石颗粒的另一较粗部分，使得一部分金刚石颗粒保留在浆料中，然后将其从离心处理取出。
4.通过权利要求1的方法制备的由单晶金刚石颗粒组成的细粉，其中所述的粉末具有小于50nm的D50尺寸且同时D10尺寸对D50尺寸的比为50％或更多，和D90尺寸对D50尺寸的比为200％或更少，所述的金刚石颗粒是在静态超高压下从非金刚石碳转化的产品，并且所述的金刚石颗粒具有通过和在破碎步骤中形成的尖锐边沿和尖锐点中的一种或两种。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102247929A (zh) * 2011-07-01 2011-11-23 上海江信超硬材料有限公司 一种金刚石微粉分级机成品料水循环方法
CN102319613A (zh) * 2011-07-01 2012-01-18 上海江信超硬材料有限公司 一种金刚石微粉全自动分级机及分级方法
CN103952120A (zh) * 2008-09-16 2014-07-30 戴蒙得创新股份有限公司 包含具有独特形貌的磨粒的浆料
CN104689925A (zh) * 2015-03-09 2015-06-10 彭建国 超细金刚石微粉颗粒多级分级机及分级方法
CN105502349A (zh) * 2014-10-13 2016-04-20 彭碳科技有限公司 三维石墨烯包覆单粒子纳米金刚石材料的纯化过程中的碱化方法
CN110343430A (zh) * 2012-09-28 2019-10-18 卡尔博迪昂有限公司 含氟聚合物涂层
CN115501689A (zh) * 2022-09-21 2022-12-23 江苏中复神鹰碳纤维工程中心有限公司 一种分散于浆液中的微米级颗粒连续分级及收集方法

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101484339B1 (ko) * 2007-02-09 2015-01-19 이시즈카히로시 미세 다이아몬드 분말을 수집하기 위한 방법
US8652226B2 (en) 2008-09-16 2014-02-18 Diamond Innovations, Inc. Abrasive particles having a unique morphology
US10258959B2 (en) 2010-08-11 2019-04-16 Unit Cell Diamond Llc Methods of producing heterodiamond and apparatus therefor
KR101232969B1 (ko) * 2011-06-03 2013-02-13 한국원자력연구원 친수성으로 표면처리된 세라믹 분말을 제조하는 방법 및 이를 입도 별로 분급하는 방법
JP6015129B2 (ja) * 2012-05-24 2016-10-26 住友電気工業株式会社 多結晶ダイヤモンド砥粒およびその製造方法、スラリー、ならびに固定砥粒式ワイヤ
FI126322B (en) 2013-04-23 2016-09-30 Carbodeon Ltd Oy Process for preparing a zeta-negative nanodiamond dispersion and a zeta-negative nanodiamond dispersion
JP6114717B2 (ja) * 2014-05-30 2017-04-12 株式会社神戸製鋼所 爆轟法による炭素粒子の製造方法
JP2017088449A (ja) * 2015-11-11 2017-05-25 株式会社ダイセル ナノダイヤモンド分散液およびその製造方法
JP2017095307A (ja) * 2015-11-25 2017-06-01 株式会社ダイセル ナノダイヤモンド水分散液の製造方法
JP6802967B2 (ja) * 2016-01-21 2020-12-23 株式会社ダイセル 表面修飾ナノダイヤモンドおよびナノダイヤモンド分散液
WO2017203763A1 (ja) * 2016-05-23 2017-11-30 株式会社ダイセル ナノダイヤモンド有機溶媒分散液製造方法およびナノダイヤモンド有機溶媒分散液
ITUA20164907A1 (it) * 2016-06-15 2017-12-15 Renato Vallania Pressa a centrifuga con gradiente interno di separazione variabile.
CN109133129A (zh) * 2018-11-01 2019-01-04 大连海事大学 一种AlON透明陶瓷粉体的分级分离方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4758334A (en) * 1984-10-22 1988-07-19 Rodgers Henry W Continuous feed and discharge mineral concentrator with riffles angled relative to a longitudinal axis
JPH0714807B2 (ja) * 1986-08-20 1995-02-22 ド ビアーズ コンソリデイティッド マインズ リミテッド 分離方法
MY118582A (en) * 2000-05-12 2004-12-31 Kao Corp Polishing composition
JP3820080B2 (ja) * 2000-05-22 2006-09-13 石塚 博 微細ダイヤモンド研磨材粒子及びその製法
JP3655811B2 (ja) 2000-07-21 2005-06-02 株式会社石塚研究所 単結晶質ダイヤモンド微粉
EA200300182A1 (ru) 2000-07-21 2003-06-26 Дзе Исизука Рисерч Инститьют, Лтд. Монокристаллический тонкий алмазный порошок, имеющий узкое распределение частиц по размерам, и способ его получения
JP2004339412A (ja) 2003-05-16 2004-12-02 Ishizuka Kenkyusho:Kk 研磨材用サブミクロンダイヤモンド粉及びその製造方法
KR20080075231A (ko) * 2003-08-25 2008-08-14 라이트하우스 원 피티와이 엘티디, 에즈 트러스티 오브 더 라이트하우스 유닛 트러스트 분류장치 및 방법

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103952120A (zh) * 2008-09-16 2014-07-30 戴蒙得创新股份有限公司 包含具有独特形貌的磨粒的浆料
CN103952120B (zh) * 2008-09-16 2015-07-08 戴蒙得创新股份有限公司 包含具有独特形貌的磨粒的浆料
CN102247929A (zh) * 2011-07-01 2011-11-23 上海江信超硬材料有限公司 一种金刚石微粉分级机成品料水循环方法
CN102319613A (zh) * 2011-07-01 2012-01-18 上海江信超硬材料有限公司 一种金刚石微粉全自动分级机及分级方法
CN110343430A (zh) * 2012-09-28 2019-10-18 卡尔博迪昂有限公司 含氟聚合物涂层
CN110343430B (zh) * 2012-09-28 2022-04-29 卡尔博迪昂有限公司 含氟聚合物涂层
CN105502349A (zh) * 2014-10-13 2016-04-20 彭碳科技有限公司 三维石墨烯包覆单粒子纳米金刚石材料的纯化过程中的碱化方法
CN104689925A (zh) * 2015-03-09 2015-06-10 彭建国 超细金刚石微粉颗粒多级分级机及分级方法
CN115501689A (zh) * 2022-09-21 2022-12-23 江苏中复神鹰碳纤维工程中心有限公司 一种分散于浆液中的微米级颗粒连续分级及收集方法
CN115501689B (zh) * 2022-09-21 2024-01-23 中复神鹰碳纤维股份有限公司 一种分散于浆液中的微米级颗粒连续分级及收集方法

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