中國(guó)粉體網(wǎng)訊  金剛石微粉因其極高的硬度、出色的導(dǎo)熱率、優(yōu)異的耐磨性和極為穩(wěn)定的化學(xué)特性，在下游行業(yè)需求旺盛，尤其是在切、磨、拋、鋸等加工領(lǐng)域正在逐步取代碳化硅、氧化鋁等傳統(tǒng)磨料磨削材料，廣泛應(yīng)用于石材、建筑、地質(zhì)、石油等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。

近幾十年來(lái)，我國(guó)在人造金剛石單晶和金剛石微粉的研發(fā)和生產(chǎn)上進(jìn)展迅速，已經(jīng)成為世界人造金剛石單晶和金剛石微粉生產(chǎn)大國(guó)，世界50%以上的人造金剛石制品來(lái)自于中國(guó)。

目前金剛石單晶的評(píng)價(jià)手段較為完善，不管是單晶強(qiáng)度、雜質(zhì)含量、粒徑還是形貌等均具有成熟通用的表征方法。但是金剛石單晶破碎料即金剛石微粉的評(píng)價(jià)手段仍有所欠缺，尤其是金剛石微粉的強(qiáng)度測(cè)試方法至今仍沒(méi)有市場(chǎng)普遍認(rèn)可的表征方法。

對(duì)于金剛石微粉來(lái)說(shuō)，影響其質(zhì)量的因素有微粉強(qiáng)度(品級(jí))、雜質(zhì)含量、粒度分布、微粉形貌等。根據(jù)其影響重要性排序，微粉強(qiáng)度(品級(jí))排在首位。雖然，對(duì)于微粉的雜質(zhì)含量、粒度分布和微粉形貌等特性，目前均有比較成熟的檢驗(yàn)方法，但對(duì)于微粉強(qiáng)度卻依舊沒(méi)有公認(rèn)的方法進(jìn)行快速地評(píng)價(jià)，只能通過(guò)其金剛石單晶原材料進(jìn)行控制。一旦單晶金剛石顆粒被做成微粉，就沒(méi)有方法直接對(duì)其強(qiáng)度(品級(jí))進(jìn)行檢驗(yàn)。目前的現(xiàn)狀給微粉生產(chǎn)企業(yè)和金剛石制品廠家的質(zhì)量控制帶來(lái)較多不確定性。

據(jù)中石化石油機(jī)械股份有限公司的權(quán)樂(lè)等研究人員介紹，目前金剛石微粉強(qiáng)度的測(cè)試方法有拉曼光譜法、紅外光譜法、沖擊韌性法和冷壓破碎法等。

拉曼光譜法

拉曼光譜法的測(cè)試原理是利用金剛石微粉中存在的結(jié)構(gòu)缺陷，通過(guò)拉曼光譜分析金剛石微粉的特征峰強(qiáng)度、熒光強(qiáng)度和峰位偏移量進(jìn)行計(jì)算分析微粉的強(qiáng)度(品級(jí))，是一種快速、便捷、無(wú)損的檢測(cè)方法。

據(jù)研究人員介紹，拉曼光譜技術(shù)很早之前便已應(yīng)用于金剛石膜的應(yīng)力大小分析，而利用拉曼光譜技術(shù)對(duì)金剛石微粉的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)分析是原三磨所(鄭州磨料磨具磨削研究所有限公司)教授周波提出的一種測(cè)試方法，并開(kāi)發(fā)了相關(guān)測(cè)試設(shè)備和數(shù)據(jù)分析軟件，來(lái)檢測(cè)評(píng)價(jià)金剛石微粉的強(qiáng)度(品級(jí))。這為金剛石微粉生產(chǎn)企業(yè)和使用單位提供了一種有效的質(zhì)量檢驗(yàn)與控制手段，目前在少部分金剛石微粉廠家得到使用，主要應(yīng)用于線鋸微粉的強(qiáng)度測(cè)試。

紅外光譜法

紅外漫反射(DR-FTIR)是一種非常適合粉末樣品分析的技術(shù)，它可以提供有關(guān)雜質(zhì)和晶體缺陷的性質(zhì)和水平的定量和定性信息。FTIR透過(guò)率與晶體缺陷(如位錯(cuò)和晶界)引起的彈性光散射有關(guān)，晶體缺陷濃度越高，基線透過(guò)率越低，其微粉強(qiáng)度越低。

紅外光譜法與拉曼光譜法測(cè)試微粉強(qiáng)度具有相似之處，都是利用光譜對(duì)微粉中的缺陷或雜質(zhì)的敏感性，兩者均為無(wú)損測(cè)試，且測(cè)試速度快、效率高。

沖擊韌性法

沖擊韌性法即將金剛石微粉和鋼球放置于沖擊罐中，采用沖擊韌性檢測(cè)儀在沖擊罐內(nèi)進(jìn)行沖擊，振蕩沖擊完成后取出樣本，進(jìn)行檢測(cè)分析。根據(jù)檢測(cè)方法不同，可分為兩種。

第一種檢測(cè)方法為國(guó)標(biāo)篩分法，即按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33144的規(guī)定，先采用沖擊韌性檢測(cè)儀進(jìn)行振動(dòng)沖擊，隨后進(jìn)行篩分處理，篩上剩余微粉的質(zhì)量與原始微粉的質(zhì)量之比作為微粉的沖擊韌性。由于金剛石微粉本身粒度很細(xì)，比表面積大，振動(dòng)沖擊后的金剛石微粉的粒度更細(xì)，沖擊破碎后得到的微粉難以利用篩網(wǎng)篩分，進(jìn)而難以通過(guò)質(zhì)量比進(jìn)行沖擊韌性的計(jì)算。

第二種檢測(cè)方法為激光粒度儀法，即使用沖擊韌性檢測(cè)儀進(jìn)行振蕩沖擊后，采用激光粒度儀對(duì)沖擊前后微粉的中值D50進(jìn)行測(cè)試分析得出微粉的沖擊韌性。采用該方法可以進(jìn)行粒徑小于38μm的金剛石微粉的沖擊性能測(cè)試。

沖擊韌性法是一種有損測(cè)試方法，且測(cè)試所需樣品量較多，測(cè)試過(guò)程較為繁瑣。

冷壓破碎法

冷壓破碎法通過(guò)研究在初裝、冷等靜壓后以及六面頂壓機(jī)內(nèi)等不同壓力條件下、金剛石微粉粒徑和配比在加壓前后的粒徑分布的變化，采用激光粒度儀對(duì)冷壓前后的D50進(jìn)行比較得出沖擊韌性。該方法可以用來(lái)研究不同配方的金剛石微粉在不同壓力下的破碎率和致密度。冷壓破碎法也是一種有損測(cè)試方法，測(cè)試所需樣品量較多，測(cè)試過(guò)程較為繁瑣。

小結(jié)

拉曼光譜法和紅外光譜法均根據(jù)光譜學(xué)原理，利用其對(duì)微粉中缺陷和雜質(zhì)的敏感性，對(duì)微粉強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)分析。兩者測(cè)試方法簡(jiǎn)單，所需樣品量少，且均為無(wú)損測(cè)試。沖擊韌性法和冷壓破碎法分別采用鋼球沖擊和施加外壓的方法，檢測(cè)測(cè)試前后粉料的粒度或質(zhì)量變化，進(jìn)而推斷微粉的強(qiáng)度。這兩者測(cè)試所需樣品量大，測(cè)試過(guò)程繁瑣，且都是破壞性試驗(yàn)。因此，對(duì)于金剛石微粉強(qiáng)度的快速檢測(cè)，光譜學(xué)方法更為理想。

中石化石油機(jī)械股份有限公司的研究人員對(duì)比了不同微粉企業(yè)、不同規(guī)格、不同品級(jí)微粉的拉曼光譜測(cè)試強(qiáng)度結(jié)果，發(fā)現(xiàn)拉曼光譜測(cè)試結(jié)果比較準(zhǔn)確(測(cè)試波動(dòng)小于10%)，具有很好的參考價(jià)值。

資料來(lái)源：

權(quán)樂(lè)等：金剛石微粉強(qiáng)度測(cè)試方法，中石化石油機(jī)械股份有限公司

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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