金刚石微粉制造工艺检测技术及应用(连载)

金刚石微粉制造工艺检测技术及应用（连

载）

金刚石微粉制造

张书达张文刚王松

天津市乾宇超硬科技有限公司

AbrasivesHeWS

3检测

3.1粒度检测

由于微粉产品是由颗粒数极多形状各异的粒

群组成,故要确定这一产品的粒度并非易事.

3.1.1单颗粒粒径的确定

对于非球形的颗粒,其粒径的确定有许多

不同的定义.它们适用于不同的领域和不同的检

测方法,详见表13.对于同一个颗粒,不同的定

义所确定的粒径可能相差很大.例如,一个长方

表13几种常用的单颗粒粒径

符号名称定义公式或备注

与颗粒具有相同体体积直径

积的圆球直径

与颗粒具有相同表l

面积直径]j面积的圆球直径

自由降在同样的流体中,与颗

粒具有相同的沉降速度落直径

的同种圆球的直径

哝Stokes直径层流区(Re<0.2)颗

粒的自由降落直径

ANSIB74'

颗粒的投影面积相20-1981和投影面直径

同的圆的直径JB/T7990—1998

采用

颗粒可以通过的最筛分直径

小方筛孔的宽度

颗粒投影的长度和M

artin直径FOCT9206I8O采用宽度的平均值

刚好能套住观测图FEPA1977和噍外接圆直径像的最小圆的直径IDAStd.1984采用

JB2808.79采用,

最大宽度颗粒投影的最大宽度适宜使用显

微镜测量

I口2o12年第2期(总第256期)

l磨料磨具通讯I

体,长宽厚分别为3gm,2gm,1gm,此颗粒在

显微镜的3个典型的不同方位,其最大宽度的之值直观很容易"确定"为1gm,1gm,2gm;但

按定义则为1.79gm,1.90gm,3.33gm.其他定

义的粒径分别是:巩=2.25,=2.65,=1.60,

1.95,

2.76,=2.O0,=2.24,

3.16,3.61,

=

2.02,2.53,

3.47.

3.1.2颗粒群粒径分布的确定

实际工作中我们最关心的是颗粒群粒径的分布.根据不同的需要有多种表征方式.表1431]出了多分散粉体系统常用的粒径分布表征方式. 表14多分散粉体系统常用的粒径分布

符号名称定义备注

几何平,Ⅳ,

J[).均粒径I丌l【二l/

调和平]D均粒径l

Jv台j

算术平专粪以颗粒数计,应用广,D[1,0]均粒径适宜用电子显微镜测量

表面积

D[2,0]平均--

L~i

]适宜图像仪测量粒径

重量平1N3]又称体积平均粒径,适宜D[3,0]均粒径电场感应区法(Coulter) 当量长∑D[2

,1]度平均

粒径∑al

当量表∑又称比表面积粒径,D[3

,2]面积平

均粒径∑索尔特平均直径

当量体∑D[4

,3]积平均又称戴布鲁克平均直径

粒径∑

中值粒

D50径或中累计(积分)分布达又分按颗粒数分布和按

50%的数值重量分布,其数值不同位径

注:后4种粒径不是颗粒数的显函数

l磨料磨具通讯iAbrasivesNews曩国重宙囝■

不同场合使用不同的J[)较恰当,例如,对表

面积敏感的性能(如催化剂),宜使用Dr2,0]或

D[3,2].

例:作为最简单的例子,从理论上计算直径

为1,2,3的三个小圆球,其平均粒径是多少?'

答:

叫川==一z.o.

D【2,01:\//:~/巫lZ+22+3z16

叩==平=2.2.

…==.z.72

一==57

可见,对同一个粒度群,不同的粒径定义有

时会使结果相差较大.

3.1.3粒度测量方法

3.1.3.1光学显微镜法这一方法已使用了几百

年,它的最大特点是直观,测量成本低.不仅能

测颗粒尺寸,而且还观测到了颗粒的投影形状.

由于衍射的影响,其测量下限较大,约为零点几

微米(与可见光波长相当).但是,随着科学的

进步,这一测量范围已不能满足对高级磨料的要求.此外,测量速度慢,人为误差大也是此法的

缺点之一.

3.1.3.2透射电子显微镜及扫描电子显微镜法透射电子显微镜及扫描电子显微镜保持了光学显微镜直观的优点,但分辨率比光学显微镜要提高两个数量级以上.其缺点是操作手续较繁琐,成本较高,且在一般的生产单位不具备这种设备.

3.1.3.3沉降分析法沉降分析是利用了Stokes定律的原理,具体应用又有移液管法,光沉降法,比

重计法及沉降天平法等.由于微粉生产中基本上都用沉降分级,与此测定方法的原理是一致的.

这样,生产中出现的问题不易用此法检测出来.

因此,它不太适宜于金刚石微粉的检测.其检测

范围为:0.4～400m.

3_1.3.4图像分析法图像分析是利用显微镜加上现

'f弋电子技术综合而成,由生物显微镜,摄像头,

电脑及打印机等组成.它不仅直观,而且可以进

行数据自动处理.

当两个颗粒紧挨在一起时,可由操作者将其

分开.但这一功能也带来下述缺点:操作者的人

为因素会影响测量结果.

3_1_3.5库尔特(Coulter)计数器法(电感应法)此法

的原理是将两个电极置于电解液中分隔小孑L的两边,在压力作用下,颗粒被强制地逐个通过小

孑L,每次电阻的瞬间变化就产生一个与颗粒体积相对应的电势脉冲.经电脑处理即可得出粒度分布.

使用时需依据估计粒径选择适当孑L径的小孔管,一般相对于某个孔径其测量范围是较窄的.

这种方法的优点是精度较高;其缺点是需校

准标准物,费用高,需在电解液中测量.

3.1.3.6激光粒度分析法

(1)激光衍射法(更确切地应称为小角激光

散射法,LALLS),其测量范围一般为:0.1～2000

m.在一定实验条件下,射线小角度散射的强

度分布与散射体大小的分布之间存在一定的对应关系.颗粒对入射激光产生散射,在不同的角度

散射光强度不同,大颗粒的散射光集中在小角度

区域,小颗粒的散射光分布较平均.激光衍射法

所用仪器称之为静态激光粒度仪,它主要由激光器,检测器和电脑组成.

激光器:氦一氖气体激光器(波长0.63m)是

最常用的,它具有最高的稳定性(特别对温度)

和较好的信噪比.