人造金刚石的几个性能指标

关键词 人造金刚石|2022-05-13 10:02:20|来源 中国超硬材料网
摘要 ​随着人造金刚石产品与制品在世界各国的迅速发展,人造金刚石质量、性能检测技术水平也得以相应地发展,而且越来越引起有关人士的高度重视。甚至一些国际知名的公司、厂家,将人造金刚石质量评...

随着人造金刚石产品与制品在世界各国的迅速发展,人造金刚石质量、性能检测技术水平也得以相应地发展,而且越来越引起有关人士的高度重视。甚至一些国际知名的公司、厂家,将人造金刚石质量评价、性能检测技术视为“对外竞争的王牌”,而不惜投入较大的人力、财力、物力进行深入研究。
       人造金刚石单晶的主要检测项目有:粒度组成、冲击韧性(冲击强度)、磁化率、热稳定性等。

       以下介绍其中几个检测项目:

       人造金刚石粒度测定

       1.磨料级金刚石粒度分级及检测
       关于磨料级人造金刚石的粒度分级、公称尺寸及检测方法,已有国际标准(ISO6106-1979),西欧共同体、美国、日本、德国、英国等关于金刚石磨料粒度的尺寸系列与ISO标准是基本一致的。
       2.微粉级金刚石粒度分级及检测
       关于金刚石微粉的粒度分级、公称尺寸及检测方法,各个国家(公司)之间的差别较大。
       我国的现行机械行业标准规定,以相似圆直径D表示的公称尺寸范围,与颗粒宽度B的关系式为B=D/1.29。测量时,首先测出颗粒的最大投影宽度B,然后按公式B=D/1.29(D=1.29B)计算出颗粒尺寸D。
       粒度检测方法还有:
       (1)筛分法:不能用于40μm以细的样品,且其结果受人为因素和筛孔变形影响较大;
       (2)沉降法:对超细粒子的测试速度比较慢,同时因环境温度影响,超细粒子间会存在再凝聚现象,使得测试误差比较大;
       (3)库尔特计数器法:测试粒子的分布范围比较窄,小孔容易被颗粒堵塞,且要求介质具备严格的导电特性;电镜仪器不仅价格高昂,而且既不能反映粒子的整体状况,也容易使人忽略团聚体的存在;
       (4)激光衍射法:具有操作简便,测试速度快,测试范围广,数据可靠,测试重复性好,自动化程度高,可进行在线测量和干法测量等优点,因而,被广泛应用于微米、亚微米级颗粒的测试中。激光衍射法只是在部分企业中被用作自检,并没有被行业上认可和推广。

       (5)双圈法(即颗粒外形投影的外接圆直径与内切圆直径的平均值),例如DeBeers公司使用这种方法。

人造金刚石冲击韧性测定

       金刚石磨料冲击韧性的定义是:在规定的冲击条件下,金刚石磨料的抗破碎能力。具体而言,先通过筛分,取其样品的基本粒,连同一定规格数量的钢球一起装入钢体试样管,在冲击装置上以一定的频率冲击一定的次数(转数),然后再筛分。以其未破碎率(冲击后筛上物的量与其原始量之比),用百分数表示,作为其冲击韧性值。后来又进一步提出第二种表示方法,即在第一种方法测定结果的基础上,通过进一步的换算与调整,最后以未破碎率为50%时的冲击次数(又称半破碎次数)表征样品的冲击韧性。

       测定人造金刚石单晶体的冲击韧性(冲击强度),比测定其单颗粒静压强度,更能客观地反映其实际使用效果和质量情况。同时,测定冲击韧性还具有样品代表性好。测定结果误差小等优点。

       人造金刚石磁化率测定

       金刚石是由碳原子构成的,纯净的金刚石应该是不感磁的。人造金刚石由于合成时使用金属做触媒,内部含有不同量的金属杂质,尤其是晶体内部的包裹体,致使金刚石具有了磁性;人造金刚石磁性(磁化率)的大小,不仅与其内部杂质和包裹体含量、成份具有直接的关系,而且也与其它的理化性质和质量指标(例如:韧性、强度、比重、热稳定性、色泽、透明度等)以及用途和分类等具有密切的关系。
       磁化率测定方法、仪器有很多种,例如电磁力天平法、永磁力天平法、等磁力天平法、电磁感应法、冲击法、电桥法等等。

       金刚石杂质的检验方法,传统上是消耗性的,不仅消费较多的人力、物力,而且消耗很多宝贵的金刚石。因此,探讨、采用快速有效的无损检测金刚石中包裹体杂质含量的方法、仪器,具有重要的科学意义。

       人造金刚石热稳定性测定

       各种人造金刚石制品所加工的对象,通常硬度都是相当高的,在加工过程中往往产生大量热量,其工作环境有时可高达1000℃以上。而磨粒级金刚石的热稳定温度(石墨化、氧化温度)一般在750℃以上,1000℃以下范围内,微粉级金刚石的热稳定温度更低。如果金刚石制品的使用环境温度超过其热稳定温度,由于金刚石本身的石墨化与氧化作用,其强度急剧下降,加工效率、效果也会随之迅速下降。另外,一般金刚石制品需要在较高温度下压制、烧结制成,其压制、烧结温度也必须控制在金刚石热稳定温度(强度突变温度)以下。由此可见,测定金刚石的热稳定性,具有相当重要的作用。
       国外较大型的人造金刚石生产企业、公司等,均将人造金刚石的热稳定性,作为评价其质量、性能优劣的重要指标与必检项目之一。
       利用差热分析(DTA)或热重分析(TGA)方法都可以测定金刚石的热稳定性。也可以二者同时测定,互相验证。
       热重分析法测定人造金刚石的热稳定性,测定结果重复性好,精度高,试样用量少,快速简便,并可以直接得出整个升温过程中每个温度点的金刚石试样失重量(毫克)与失重率(百分比)。因此,是应予推广的行之有效的方法。

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