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金剛石微納米粉體機械法制備新技術(shù)

項目概況目前，國內(nèi)外解決作為世界上已知的最硬材料——金剛石的超細(xì)粉碎問題，即超硬粉體機械法制備超細(xì)粉碎技術(shù)，一般很難突破現(xiàn)有的微米級水平。成果應(yīng)用非線性振動理論，創(chuàng) 建高振動強度振動磨系統(tǒng)，振動強度設(shè)為 10-16，圍繞非線性振動與高振強所帶起的諸多問題，構(gòu)建雙質(zhì)體振動結(jié)構(gòu)，采用非線性振動系統(tǒng)，實施亞近共振方法，輔以變頻技術(shù)，解決超硬粉體不細(xì)化、易團聚等問題，已進入亞微米或納米級水平。本項目具有國際先進水平，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。主要特點在樣機研制和金剛石微粉的振動試驗中，掌握 K 值在上述區(qū)間范圍變化時粉碎粒度向納米級細(xì)化的條件，使目前國內(nèi)采用振動磨粉碎方法對金剛石粉體進行粉碎徘徊在 μｍ級水平上的現(xiàn)狀得以突破。體現(xiàn)了成果的先進性；創(chuàng)建高振強系統(tǒng)，對于大多數(shù)振動機械，通常振動強度 K 取 4～6，K ≥8 時稱為高振動強度系統(tǒng)，簡稱高振強系統(tǒng)。為達到粉體超細(xì)化的目的，本樣機振動強度設(shè)為 10-16，圍繞高振強所引起的諸多問題，構(gòu)建雙質(zhì)體振動結(jié)構(gòu)，解決超硬粉體細(xì)化時的團聚等問題，體現(xiàn)了成果的創(chuàng)新性。技術(shù)指標(biāo) 選擇高振動強度振動磨超細(xì)粉碎方法，研究高振動強度對超硬粉體粉碎細(xì)化的影響，應(yīng) 用非線性振動理論，主振系統(tǒng)采用非線性變節(jié)距彈簧，使其剛度為變量，且隨動載荷即振動強度變化而變化，以適應(yīng)系統(tǒng)變頻調(diào)速與近共振的工作需求，要求不僅應(yīng)達到節(jié) 能高效之特點，同時能使得系統(tǒng)工作穩(wěn)定；采用環(huán)形橡膠彈簧作為減振系統(tǒng)的減振彈簧，彈性模量小，可獲得大的彈性變形，以實現(xiàn)理想的非線性特性，使系統(tǒng)具有高內(nèi)阻，可對突加載荷具有良好的吸收及隔振效果。最小振動強度 k ≥8；最大振動強度 k≤18。市場前景金剛石的社會價格為 1-10μm 的，0.4-0.8 元/克拉；0.1-0.2μm 的，10-20 元/克拉，約為微米級價格的 25 倍。我國人造金剛石微粉年產(chǎn)量達 10 億克拉，若其中 10%制成亞微或納米粉，即 1 億克拉，則每年經(jīng)濟效益為（15-0.6）×1 億≈14 億元，同時產(chǎn)生利稅 4 億元。國內(nèi)人造金剛石微粉年產(chǎn)量約達 10 億克拉，但所需人造金剛石亞微或納米粉多依賴進口，成果的進一步中試與推廣，將給國內(nèi)同行企業(yè)產(chǎn)生一個非常可觀的經(jīng)濟增長點。成果的應(yīng)用與推廣，對于推動我國人造金剛石超硬超細(xì)粉體新材料制備及技術(shù)升級將產(chǎn)9 生十分重要的意義，并將產(chǎn)生非常顯著的經(jīng)濟效益與社會效益；人造金剛石亞微米或納米粉體更有著是人造金剛石微粉幾倍乃至數(shù)十、百倍的功效，人們對其制備研究與應(yīng)用前景不可限量。

南京工程學(xué)院 2021-04-13

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