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发布时间:2016-08-04 14:14:04

1 前言

近几年来,人造金刚石微粉在精细研磨,抛光,润滑剂,线切割等领域的应用日趋广泛,国内外市场需求 也有所扩大, 我国在人造金刚石微粉的研发和生产上进展很快,已经步入世界人造金刚石微粉生产大国的行列。当我们拿到一个人造金刚石微粉的样品时,该如何来测试和评判其质量品级呢?笔者通过对国内外诸多样品的测试,感到现行国标JB/T7990-1998已有些不足,应该尽快修订完善,以适应人造金刚石微粉行业发展的需求。同时也发现,国内生产的人造金刚石微粉,与欧美等发达国家同类产品的质量相比,还有较大的差距,尤其是在杂质含量, 粒度分级,颗粒形貌和适用性方面,差距甚远。本文通过对国内外金刚石微粉样品的大量测试与评判,对其产生质量差异的不同程度及原因进行了深入细致地研究,探讨如何提高人造金刚石微粉的质量品级,进而赶超世界先进水平的路径。

2 金刚石微粉的质量要素

人造金刚石微粉的质量要素主要有粒度标记、粒度分布范围、颗粒形貌、杂质含量及磨削性能。对人造金刚石微粉粒度分布的检测是评价其粒度分级的质量水平,期望其粒度分布范围较窄,粒度集中,粒度峰值突出为佳。人造金刚石微粉的颗粒形貌是人造金刚石细化过程中的一个重要指标,要求其颗粒形状趋向类球形,而片状或长方形颗粒尽量要少一些。杂质含量是测评人造金刚石微粉的一个重要指标,直接影响后续工程应用中的使用效果。不同的应用领域,对其杂质含量的高低也有所不同,例如将平均粒径小于10μm以下人造金刚石微粉用于电镀工具、线锯等,其杂质含量高的微粉极易结成坚硬结块,不容易分散开来,严重影响金刚石工具及制品的质量。金刚石微粉的磨削性能,是反映其适应性质量的一个要素,需要做成相应的制品样件,模拟其使用环境进行实用试验。实际上这是一个比较隐含的质量指标,往往还须延伸追踪其细化前采用的原料品级。

3 金刚石微粉的质量差距

我国已是金刚石微粉的制造大国,但是无论在静 态指标还是在适用性应用方面,都与发达国家有较大差距,主要表现在以下几个方面:

3.1 粒度分布

从国内厂商提供的试样来看,人造金刚石微粉的粒度分布范围相对比较离散, 粒度峰值不是很突出。而欧美市场提供的金刚石微粉样品,测试其粒度分布范围相对较窄,粒度峰值很突出。如图1至图4所示:

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3.2 颗粒形貌

在1600×高倍显微镜下观测发现,国产的金刚石微粉,其颗粒形貌以非类球形颗粒显示多一些。而欧美市场提供的金刚石微粉样品颗粒形貌相对更规整,非类球形颗粒相对较少。如图5~图8所示:

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3.3 杂质含量

金刚石微粉的杂质含量应越少越好,但是在笔者所接触的样品中,发觉国内产品的杂质含量较大,有些 甚至大于国家标准GB/T7990-1998所允许的范围。而欧美国家的金刚石微粉样品,检测其杂质含量一般都较低,有的甚至会小于0.10%, 如表1、表2所示。

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3.4 适应性质量

金刚石微粉的适应性质量,主要是看其能否方便的制成应用工具,并具备较好的磨削性能,以便高效率地加工出光洁度极高的工件。据国外客户反馈来的质量信息, 国产金刚石微粉有着价格较低的优势,但是,将其制作成相应制品后的磨削性能,加工效率及被加工对象的光洁度, 都与国际上的同类产品存在一定的差距,国外所用的高品级金刚石微粉,其加工效率比国内普通的金刚石微粉高出两成以上,耐磨性高出30%以上。

4 如何赶超世界先进水平

针对我国目前在金刚石微粉质量上的差距,笔者认为,宜加强对金刚石微粉的应用领域,细化工艺及设备的研究,使其在杂质含量,粒度分级,颗粒形貌和适用性等各项指标上,都能赶上和超过世界先进水平。

4.1 金刚石微粉的杂质含量

人造金刚石微粉的杂质含量,主要来自其细化之前的人造金刚石原料,在这里有两种情况:一种是金刚石晶体外部的杂质,主要来自于金刚石合成棒经电解,洗选工序的残存物, 如传压介质中的硅,镁,钙,铁类氧化物;另一种则是金刚石晶体内部包裹的杂质,主要来自于触媒材料,如镍,铁,钴类元素。

不同品级的金刚石,按照国家标准JB/T7990-1998所规定的方法测试其杂质含量, 结果相差很大,高品级金刚石的杂质含量一般小于500×10 -6 ,主要是金刚石晶体内部包裹的杂质含量较低。而一般的RVD料金刚石的杂质含量都在1.6%~3.5%之间,因为该类金刚石晶体内部包裹的杂质含量偏高。

优化熔碱除杂和酸洗工艺可降低金刚石晶体外部的杂质, 细化前选用慢速生长的较高品级金刚石单晶,可以减少金刚石晶体内部包裹的杂质,从而进一步降低金刚石微粉的杂质含量。

4.2 金刚石微粉的粒度分级

在金刚石微粉的粒度分级工序,粒径在500#以 细者, 一般都采用液体沉降或者液体离心沉降法,在其工程应用中,宜按激光粒度仪快速分析的结果来对分级参数的反复优化设定, 进而达到使其粒度分布范围较窄,粒度分布集中,粒度峰值突出的目标。随着国内科技和社会的快速发展与进步,针对金刚石微粉粒度分级的数控自动化分级设备也陆续问世,为高品级金刚石微粉的粒度分级提供了有利保障。

采用先进的金刚石微粉分选机,即数控程序自动化分级设备,结合激光粒度仪的快速分析与其对应的转速,温度,沉降时间,抽料时间等分级参数的优选反复优选,可达到金刚石微粉的较佳分级效果。

4.3 金刚石微粉的颗粒形貌

国产金刚石微粉的颗粒形貌,以非类球形颗粒偏多,这是因为金刚石在经机械粉碎细化过程中,所采用的工艺方法或粉碎原理与欧美不同所致。我国金刚石微粉生产多采用滚筒式球磨机,它是以压碎 作用为主兼有适量低速机械冲击作用的破碎设备。球磨破碎法加工出来的金刚石微粉,其颗粒形貌呈片状或长方体偏多,将其在整形设备上再度加工,可改善其颗粒形貌至呈类球形颗粒。高速气流粉碎机的研制成功,使金刚石微粉的颗粒形貌得到很大的改观。因为它是利用了高速运动颗粒之间的直接碰 撞和研磨的粉碎原理,所得到的金刚石微粉的颗粒形貌,不需整形便可接近于类球形,国内新近研制出的双盘旋风式气流粉碎机,能使金刚石微粉的颗粒形貌更加接近类球状。

4.4 金刚石微粉的适用性

国内金刚石微粉的生产,大多数都选用RVD金刚石为原料,进行粉碎,整形,提纯,水洗,分级,水洗,烘干而成。因受细化前原料品性的局限,其质量品级, 耐磨性仅适用于中低端市场需求,金刚石微粉的国家标准GB/T7990-1998也显得滞后于当今时代。 建议根据不同的应用领域和使用需求,制定分门别类的金刚石微粉标准,可分为普通研磨类,普通抛光类,高端研磨类,高端抛光类,高强度磨削类,从而提高金刚石微粉在不同的应用领域的适用性。选用高品级金刚石来作原料,细化成高强度磨削类金刚石微粉, 如金刚石线锯专用微粉,此举将更能满足高端客户对金刚石微粉的需求。国内有一些厂商直接采用天然金刚石的边角余料细化成微粉来制作金刚石线锯,便是一个很好的例证。

5 结语

通过对国内外人造金刚石微粉样品的大量测试与评判,对其产生质量差异的不同程度及原因进行了深入细致地研究,探讨如何提高金刚石微粉的质量品级,进而赶超世界先进水平的路径。

(1)优化熔碱除杂和酸洗工艺可降低金刚石晶体外部的非碳物质, 细化前选用慢速生长的较高品级金刚石单晶,方可进一步降低金刚石微粉的杂质含量。

(2)采用先进的数控自动化分级设备,结合激光粒度仪的快速分析与分级参数的优选,进而达到金刚石微粉的粒径范围集中化。

(3)双盘旋风式气流粉碎机,能使金刚石微粉的颗粒形貌更加接近类球状。

(4)根据不同的使用需求,研制分门别类的专用金刚石微粉,更能提高其适用性。

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