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          金剛石微粉粒度分布的控制

          關鍵詞 金剛石微粉|2023-02-10 10:35:57|來源 中國超硬材料網
          摘要 人造金剛石微粉主要使用在工件精加工的研磨和拋光工序中,使用者往往要求用最低的金剛石濃度,以最快的切削速度,獲得最好的表面光潔度和工件的幾何形狀,以及最小可能的表面微損壞,為達到這樣...

                 人造金剛石微粉主要使用在工件精加工的研磨和拋光工序中,使用者往往要求用最低的金剛石濃度,以最快的切削速度,獲得最好的表面光潔度和工件的幾何形狀,以及最小可能的表面微損壞,為達到這樣的使用要求,沒有合適的微粉是不行的。因此,必須嚴格地控制以下幾項指標:粒度分布、顆粒形狀、雜質含量、金剛石強度等。今天先介紹一下金剛石微粉的粒度分布及檢測方法。

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                 01、金剛石微粉粒徑

                 金剛石微粉粒徑即指微粉顆粒直徑,是衡量顆粒大小的一個數值。對于規則的球形顆粒而言,粒徑就是球體的直徑,然而金剛石微粉顆粒一般不是規則的球體,而是不規則形狀,比如棒狀、針片狀等,因此,很難用一個數值表示金剛石微粉顆粒的大小,于是引入了等效粒徑這一概念來代表金剛石微粉顆粒的粒徑。當一個顆粒的某一物理特性與同質球形顆粒相同或相近時,我們就用該球形顆粒的直徑來代表這個顆粒的直徑,這個球形顆粒的粒徑就是該顆粒的等效粒徑。等效粒徑有幾種:等效投影面積粒徑是與實際顆粒投影面積相同的球形顆粒的直徑,圖像法所測的粒徑是等效投影面積直徑;等效體積粒徑是與實際顆粒體積相同的球體直徑,一般認為激光法所測的直徑為等效體粒徑。

                 02、金剛石微粉的粒度分布

                 金剛石微粉的粒度分布是指各種粒徑金剛石顆粒的分布比率,它是衡量金剛石微粉質量好壞的一個非常重要的參數,從某種意義上來說,粒度分布的集中程度決定了產品質量的高低。

                 在應用當中各種粒度規格的產品都有相應的磨削效率和表面加工光潔度,用戶可根據不同的加工要求選擇不同粒度規格的產品。一般而言,對金剛石微粉中的粗顆粒都會有嚴格的控制,這是因為粗顆粒在應用中會引起被加工器件的劃傷,產生嚴重的質量問題,尤其是在一些精密拋光領域,粗顆粒引起的劃傷會直接導致昂貴的加工器件報廢,損失巨大,而細顆粒的存在也會引出相應的問題,比如在磨削加工中會降低磨削效率等。因此也會有明確的要求。

                 03、粒度分布的主要表征參數

                 粒度分布的主要表征參數有: D50、Mv、D5、D95等。

                 D50:也叫中值或中位徑,常用來表示粉體的平均粒度,是一個樣品的累計粒度分布百分數達到50%時所對應的粒徑,其物理意義是粒徑大于它的顆粒占50%,小于它的顆粒也占50%。

                 Mv:以體積分布的平均粒徑。是平均粒徑的另一種表示方法,該值受大顆粒的影響更大,在對大顆粒進行控制時該值的指示性更強。

                 D5:是一個樣品的累計粒度分布百分數達到5%時所對應的粒徑,通常用來衡量樣品細端的顆粒指標。

                 D95:是一個樣品的累計粒度分布百分數達到95%時所對應的粒徑,通常用來衡量樣品粗端的顆粒指標。

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                 04、金剛石微粉粒度分布的檢測方法

                 金剛石微粉粒度分布的檢測方法主要有如下幾種:圖像法、沉降法、離心法、激光法、庫侖法等。

                 1、圖像法

                 圖像法是使用顆粒圖像儀對金剛石微粉粒度進行粒度檢測的一種方法。

                 顆粒圖像儀一般由光學顯微鏡、攝像機、計算機以及分析軟件等部分組成。進行粒度檢測的時候首先用載玻片、甘油將樣品制作成觀察樣本,置于光學顯微鏡下進行觀察,通過攝像機拍攝樣本圖片,然后傳送到計算機用分析軟件進行粒度分析(如下圖所示)。

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          ▲ 顆粒圖像分析儀

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          ▲ 圖像法粒度分布檢測結果

                 圖像法的優點是檢測直觀,同時還可以對顆粒形貌進行分析等,缺點是取樣量少,檢測結果代表性不強,整個操作過程也比較繁瑣,耗時較長。

                 2、沉降法

                 沉降法粒度測試技術是指通過顆粒在液體中沉降速度來衡量粒度分布的儀器和方法。根據不同粒徑的顆粒在液體中的沉降速度不同,測量金剛石微粉粒度分布的一種方法。

                 它的基本過程是:把樣品放到某種液體中制成一定濃度的懸浮液,懸浮液中的顆粒在重力作用下將發生沉降。顆粒的沉降速度與顆粒的大小有關,大顆粒的沉降速度快,小顆粒的沉降速度慢,通過測量不同時刻透過懸浮液光強的變化率來間接地反映顆粒的沉降速度,進而計算出其粒度分布。但是,在實際測量過程中,直接測量顆粒的沉降速度是很困難的。所以通常用在液面下某一深度處測量懸浮液濃度的變化率來間接地判斷顆粒地沉降速度,進而測量樣品的粒度分布。

                 3、離心法

                 對于較細的顆粒來說,重力沉降法需要較長的沉降時間,且在沉降過程中受對流、擴散、布朗運動等因素的影響較大,致使測量誤差變大。為了克服這些問題通常用離心沉降法,測量時將沉降槽置于高速旋轉的圓盤中,加快顆粒的沉降速度,從而大大縮短測量時間,提高測量精度,同時使超細顆粒的檢測成為可能?,F在的離心式粒度分析儀轉速高達2萬多轉/分鐘。檢測下限達到納米級別。

                 4、激光法

                 激光法是根據顆粒能使激光產生散射這一物理現象進行粒度分布測試的。該分析方法在實際的應用中因測量時間短,測量數據結果穩定,特別是對于粒度小于 150μm 粉體測量的實際應用中得到了人們的認同。

                 5、庫爾特法

                 庫爾特法也稱為電阻法,采用的是小孔電阻原理,當微粉顆粒通過一個小微孔的瞬間,微粉顆粒占據了小微孔中的部分空間而排開了小微孔中的導電液體,使小微孔兩端的電阻發生變化。儀器對這些電阻信號進行處理就可以統計出粒度的分布了。這種測量方法適合于測量粒度均勻(即粒度分布范圍窄)的粉體樣品,也適用于測量水中稀少的固體顆粒的大小和個數。具有分辨率高、測量速度快、操作簡便等優點。但也存在動態范圍小、測量下限不夠小等不足。

           參考資料:《金剛石微粉》汪靜


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