[發明專利]氧化鋁粘結金剛石納米復合顆粒材料的爆轟制備方法

在審

• 申請號: 201410284737.0
• 申請日: 2014-06-23
• 公開（公告）號: CN104028171A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 李曉杰;王小紅;閆鴻浩;孫明;王宇新
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01J3/08
• 分類號: B01J3/08;C09K3/14
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 侯明遠

技術領域

本發明屬于爆炸加工技術領域，涉及到一種納米復合材料爆轟制備方法，尤其是一種用氧化鋁粘結金剛石的納米復合顆粒材料的爆轟制備方法。

背景技術

由于目前納米人造金剛石合成方法的大量出現，如：氣相沉積法、爆炸法、爆轟法、激光輻照等，使得納米人造金剛石的造價大大降低，但這些金剛石的顆粒尺寸往往只有幾～幾十納米，限制了其用途。如何將這種納米金剛石粘結成較大尺寸的聚晶顆粒，加以充分利用，擴大使用范圍，成為納米金剛石研究的重要方向。

隨著科技的高度發展，單一的功能材料越來越不能滿足生產和工作的要求，研發和制備新的復合功能材料，揚長避短，延長使用壽命的理念已經越來越被大多數研究者們接受，如氧化鋁(Al₂O₃)陶瓷具有高熔點(～2015℃)、較高的室溫和高溫機械強度，高的化學穩定性和接點介電性能，電絕緣性好，硬度高，耐磨性好，抗氧化性好和電阻率高，且成本低廉，被廣泛用于制造高速切削工具，高溫熱電耦套管、化工高壓機械泵零件、內燃機火花塞、人工關節、航空磁流體發電材料及常用的集成電路基板等多種陶瓷器件。但同時它的韌性低、脆性大，熱導率小、介電系數較大等弱點大大限制了其應用領域。而納米金剛石由于具有良好的熱傳導性，低熱膨脹系數和介電系數，高硬度、良好的機械特性、化學穩定性、頻率穩定性及優異的低溫度穩定性等注定了它是一種很有應用前景的耐磨材料，然而，研究表明(參考：F.Klauser,S.Ghodbane,R.Boukherroub,et?al.Comparison?of?different?oxidation?techniques?on?single-crystal?and?nanocrystalline?diamond?surfaces[J].Diamond&Related?Materials.2010(19):474-478.)，金剛石的抗氧化能力隨著溫度升高而急劇降低，喪失硬度特性，限制了金剛石的應用。

納米Al₂O₃/金剛石復合材料的研究引起了越來越多的研究者的興趣，如文獻(參考：王林軍,方志軍,張明龍等.金剛石膜/氧化鋁陶瓷復合材料的介電特性和熱學性能研究[J].無機材料學報,2004,19(4):902-906.)等研究了金剛石膜/氧化鋁陶瓷復合材料作為超高速、大功率集成電路封裝基板材料的可行性，楊展等(參考：楊展，朱恒銀，王強等。添加氧化鋁空心球的熱壓金剛石鉆頭[P].中國專利，201220651088.X)在金剛石鉆頭中添加了氧化鋁空心球，并因此申請了一項國家專利，比普通金剛石鉆頭時效提高90％，使用壽命提高80％。文獻(參考：Nobuyuki?Kawakami,Yoshihiro?Yokota,Takeshi?Tachibana?et?al.Atomic?layer?deposition?of?Al₂O₃thin?films?on?diamond[J].Diamond&Related?Materials?2005(14):2015-2018.)和文獻(參考：W.D.Hu,L.Wan,X.P.Liu.et?al.Effect?of?TiO₂/Al₂O₃film?coated?diamond?abrasive?particles?by?sol–gel?technique[J].Applied?Surface?Science2011(257):5777–5783)分別開展了氧化鋁薄膜沉積金剛石表面的研究，發現氧化鋁顆粒沉積于金剛石表面適合作為柵極絕緣層，并且其磨削比和研磨硬度都有所提高。可見氧化鋁與金剛石的復合，有其不可替代的優點，便于發揮兩種材料的綜合特性。

由于氧化鋁與金剛石分別屬于氧化性物質和還原性物質，在高溫混合時兩者會發生氧化還原反應，且兩者的熱膨脹系數相差較大，在晶粒表面之間容易產生很大的熱應力，引起附著力的不平衡，使得晶粒之間的結合力大大降低，因此，使用一般方法很難將兩種物質有效結合。相對于其他制備方法，爆轟是一種理想的能量提供方式，它能快速結合氧化鋁和金剛石，減少所兩者之間的還原與氧化反應，從而可提高金剛石與氧化鋁之間的晶粒粘合強度。

發明內容

本發明的目的是提供一種氧化鋁粘結金剛石納米復合顆粒材料的爆轟制備方法，用氧化鋁相與納米金剛石制造出復合顆粒材料，為了解決使用常規方法難以將納米氧化鋁與納米金剛石有效復合的問題。