中國粉體網(wǎng)訊  工業(yè)上，直徑小于300μm的單晶金剛石顆粒統(tǒng)稱為金剛石微粉。金剛石具有硬度高、耐磨性好、導(dǎo)熱性能優(yōu)、防腐效果好等優(yōu)良性能，被譽(yù)為“材料之王”、“終極半導(dǎo)體”。

金剛石表面改性技術(shù)可使金剛石具有“金剛石-鍍層”的“核-殼”結(jié)構(gòu)，可有效改善金剛石與基體材料間的結(jié)合狀態(tài)，解決其表面惰性強(qiáng)、難潤濕，界面熱阻大、熱導(dǎo)率小，以及超細(xì)顆粒比表面能大、易團(tuán)聚等問題，極大地拓展了金剛石的應(yīng)用領(lǐng)域。

金剛石表面金屬化改性

金剛石表面金屬化是借助鍍覆技術(shù)在金剛石表面鍍覆金屬薄膜或界面反應(yīng)生成碳化物層，提高金剛石與其他金屬之間的化學(xué)親和性。連續(xù)、致密的金屬鍍層和碳化物層包裹金剛石表面，既可實現(xiàn)良好的界面結(jié)合，又可抑制金剛石熱損傷，從而改善金剛石的焊接性、可燒結(jié)性等性能。金剛石表面金屬化改性的鍍覆方法主要有化學(xué)鍍、電鍍、鹽浴鍍、CVD、PVD及磁控濺射鍍等，鍍層厚度為納米級至毫米級，鍍層金屬主要為Ni、Ti、W、Cr及金屬合金。

金剛石鍍覆金屬層結(jié)構(gòu)圖

金剛石偶聯(lián)劑/表面活性劑改性及表面功能化

利用表面活性劑、偶聯(lián)劑與金剛石之間的化學(xué)反應(yīng)或物理吸附作用，改變金剛石表面狀態(tài)，提高納米金剛石（ND）的分散穩(wěn)定性及其與基體的結(jié)合強(qiáng)度，主要用于制備金剛石拋光劑、ND/樹脂基復(fù)合材料和ND/金屬基復(fù)合材料等。表面活性劑與偶聯(lián)劑的區(qū)別是表面活性劑沒有化學(xué)反應(yīng)，而偶聯(lián)劑的基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

金剛石的表面功能化主要是指通過化學(xué)改性、光化學(xué)改性和臭氧氧化等方法，在金剛石的表面引入鹵素原子、氨基、羧基、羰基和羥基等有機(jī)官能團(tuán)，從而提高金剛石與有機(jī)高分子的界面親和性。

相關(guān)研究進(jìn)展

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對金剛石表面改性技術(shù)開展了廣泛而深入的研究，取得了系列成果，據(jù)研究人員杜全斌等梳理發(fā)現(xiàn)主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）金剛石表面金屬化改性（粗顆粒，70目），研究化學(xué)鍍、電鍍、鹽浴鍍、化學(xué)氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD）等鍍覆方法對金剛石的鍍覆工藝，以及鍍層質(zhì)量、鍍后金剛石性能與熱損傷、金剛石/鍍層界面結(jié)構(gòu)、鍍覆金剛石節(jié)塊性能等，主要應(yīng)用于制備金剛石工具、熱界面復(fù)合材料等。

（2）金剛石表面活性劑/偶聯(lián)劑改性（細(xì)顆粒，325目），研究活性劑/偶聯(lián)劑配方、改性工藝、改性金剛石的分散穩(wěn)定性及結(jié)合性能，解決納米金剛石團(tuán)聚、界面結(jié)合強(qiáng)度弱等問題，主要應(yīng)用于制備拋光劑、金屬基及樹脂基金剛石復(fù)合材料等。

（3）金剛石表面氧化物改性，研究氧化物膜鍍覆工藝、鍍層質(zhì)量、鍍層對金剛石的防護(hù)性能、鍍后金剛石的分散穩(wěn)定性及其與基體材料的結(jié)合強(qiáng)度等，主要用于制備陶瓷基金剛石工具、微納米金剛石增強(qiáng)復(fù)合材料等。

在金剛石表面氧化物改性方面，為更大限度地提高界面結(jié)合強(qiáng)度，燕山大學(xué)研發(fā)了金剛石表面涂覆剛玉的技術(shù)，利用對金剛石和剛玉具有良好潤濕特性的低熔玻璃作為黏結(jié)相，將微細(xì)剛玉顆粒涂覆在金剛石表面，形成表面凸凹不平的“刺狀”剛玉涂層，該涂層增強(qiáng)了樹脂結(jié)合劑對金剛石的把持力，防止金剛石早期脫落，但涂層厚度需要控制，研究發(fā)現(xiàn)增重量為25%～45%時，具有最佳效果。近期，有許多研究者采用溶膠-凝膠工藝在超細(xì)金剛石表面涂覆納米級金屬氧化物陶瓷薄膜。

參考來源：中國粉體工業(yè)：金剛石微粉表面改性研究綜述

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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