雙檢法在金剛石微粉檢驗中的應用①

劉慧蘋,方海江,張迎九,王光偉

(河南四方達超硬材料股份有限公司,河南鄭州450016)

雙檢法在金剛石微粉檢驗中的應用①

劉慧蘋,方海江,張迎九,王光偉

(河南四方達超硬材料股份有限公司,河南鄭州450016)

微粉粒度檢測中單獨使用一種方法總是存在這樣或那樣的缺陷。文章通過介紹激光粒度分析和圖像分析法在粒度檢測中各自存在的優缺點,建議在生產實踐中將兩種檢測方法相結合,取長補短,確保金剛石微粉粒度檢測的全面性及準確性。

雙檢法;金剛石;微粉;粒度檢驗

1 引言

一般來說,磨料的中值粒徑在54微米以下的粉狀物料稱為微粉,金剛石微粉中顆粒直徑小于5微米的又稱為精微粉。3.5微米以粗的微粉采用沉降法分選,3.5微粉以細的混合料采用離心法分選。

由于金剛石微粉運用范圍廣泛,所以在使用過程中,粒度的控制特別重要,只要有超尺寸的粗顆粒就會造成工件劃傷,使前道工序的工作前功盡棄,因此微粉質量檢查是保證微粉產品質量的重要環節。只有認真對待才能生產出高質量的微粉,滿足用戶使用的需求。

2 微粉粒度檢測方法[4,5]

2.1 激光粒度分析法

激光粒度分析法作為粒度檢測的一種方法,在金剛石微粉行業中被廣泛采用。在生產實踐中,常用的激光粒度儀有英國馬爾文公司的Mastersizer 2000、Mastersizer 3000,美國Microtrac公司的S3500系列和X100等。

激光粒度分析儀器的原理是,當光線照射到顆粒上時,散射和衍射就會發生,其散射和衍射光的強度均與粒子的大小有關,觀察其光強度,可應用夫瑯和費衍射理論和米氏散射理論求得顆粒直徑分布。在測量時要注意粉體的分散問題,避免粉體顆粒團聚。

激光粒度分析儀器的優點是測量方便快捷,重現性高,能很好地測出樣品的粒度分布曲線和集中度。越是球狀顆粒,測量得就越準確;它的缺點是對不規則形狀和長條顆粒測得不準確,數值測得偏低。這與它本身測量原理有關,在軟件測量計算時,把不規則形狀和長條顆粒折算成球形,然后計算出球體直徑作為顆粒尺寸,所以測量數據偏低。

圖1是國內0.5/1.5微粉的激光粒度分析儀的報告,該微粉粒度分布集中,很均勻。

圖1 0.5/1.5的金剛石微粉的馬爾文粒度檢測報告Fig.1 Malvern particle inspection report of diamond micro powder of 0.5/1.5

這里的D 50=1.11μm,D 50是指一個樣品的累計粒度分布百分數達到50%時所對應的粒度,它的物理意義是粒徑大于它的顆粒數占50%,小于它的顆粒數也占50%,D 50也叫中位徑或中值粒徑,常用來表示粉體的平均粒度。

2.2 圖像分析法

圖像分析法采用的設備有生物顯微鏡、投影顯微鏡、圖像分析儀、投射式電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡等。用生物顯微鏡觀察微粉時,要選擇合適的放大倍數。對于1.5微米以細的微粉,最好放大1500倍或者2000倍進行觀察,效果比較好,生物顯微鏡觀察最細微粉到0.25微米。小于0.25微米的微粉,最好采用掃描電子顯微鏡觀察。在利用生物顯微鏡進行觀察微粉顆粒形貌時,超細微粉指1.5微米以下,就需要在油鏡下觀察,也就是需要物鏡浸入香柏油中觀察。超細微粉的質量好壞判斷,有時在成像上就可以分辨出來。

利用圖像法可以觀察微粉中是否存在異常顆粒,根據電子標尺也可以近似看出微粉的粒度大小,但所得到的粒度中值是一個大致的范圍,不能計算出一個準確的粒度中位徑。

圖2是與馬爾文激光粒度儀檢測的粒度為M0.5/1.5的同一金剛石微粉樣品,粒度分布均勻。

圖2 M0.5/1.5的金剛石微粉的放大1500倍生物顯微鏡照片Fig.2 The biological microscope photo of diamond micro powder of 0.5/1.5 magnified by 1500 times

從顯微照片中可以看出粒度分布均勻,沒有異常的針棒狀顆粒,在顯微鏡下透光觀察,透明片狀顆粒在要求的范圍之內。

所謂的針棒狀顆粒,在微粉標準[6]中是指長軸與短軸之比超過3∶1的針狀或棒狀顆粒。在微粉中一般要求不能有超過最大顆粒尺寸的針棒狀顆粒,但長度在最大公稱尺寸和最大顆粒之間的針棒狀顆粒,允許不超過3%。在顯微鏡下透光觀察是透明的片狀顆粒,尺寸小于D 50的可以不計,要求金剛石微粉中片狀顆粒不超過5%.

3 如何評價金剛石微粉的質量[7]

怎么評價金剛石微粉的質量?這是微粉生產和使用者共同關心的問題,人造金剛石微粉主要用于研磨和拋光工序中,使用者往往要求用最低的金剛石濃度和最快的切削速度,獲得最好的表面粗糙度和工件表面質量,但要達到這樣高的使用效果,沒有高質量的微粉是不行的,根據多年的生產實踐經驗,認為微粉的質量應該從以下幾個方面控制:(1)金剛石原料的強度要高,其破碎出來的金剛石微粉的耐磨性和切削力比較好。采用低金剛石原料強度做的微粉,其耐磨性和切削力就相對差些,不過這種微粉適用于低端樹脂結合劑產品。在對水晶,鋯石等比較硬的非金屬材料進行拋光時,應該采用強度高的微粉。(2)粗顆粒的尺寸及其含量,粗顆粒應該控制在國家標準規定的范圍,越少越好。大于粗顆粒的就是大顆粒,容易劃傷工件,這個絕對不能有。(3)粒度分布,集中度越高越好。(4)顆粒的形狀,圓度好的微粉在拋光中應用有比較好的效果,塊狀低磁性高強度微粉在金剛石電鍍線鋸中有好的效果,一般形狀的微粉,有條狀,塊狀和片狀,在樹脂結合劑砂輪中應用,比較鋒利。

4 金剛石微粉的應用[8]

金剛石微粉主要用于以下四個方面:(1)直接使用微粉或制成研磨膏。廣泛用于硬質合金、高鋁陶瓷、光學玻璃、儀表寶石、半導體等材料制成的刃具、量具、光學儀器、電子器件等精密零件,其加工粗糙度可以達到鏡面。(2)金剛石微粉大量用于制造精磨片、超精磨片、電鍍制品。(3)金剛石微粉是制造聚晶金剛石燒結體的主要原料。如地質及石油鉆頭,切削工具、拉絲模等。(4)用于研磨液和拋光液的制造。

5 結語

結合金剛石微粉的不同應用,可以選擇不同品質的金剛石微粉,而對金剛石微粉的質量判斷顯得尤為重要,特別是對金剛石微粉的粒度及形貌檢測。

為了彌補以上兩種粒度檢測方法各自的不足,在生產實踐中,采用圖像法和激光粒度分析法相結合的雙檢法,既能在保證微粉給出精確的微粉粒度中位徑的同時,還能觀察出是否存在異常的針棒狀顆粒或片狀顆粒,從而保證了微粉的質量。

[1] 王秦生.超硬材料及制品[M].鄭州大學出版社,2006(1).165-169.

[2] 張書達,張文剛,王松.金剛石微粉和拋光液的制造工藝檢測技術及應用(中)[J].超硬材料工程,2012(1).

[3] 倉向輝.金剛石微粉的制備、綜合表征及應用[R].廣東珠海:第九屆全國青年分析測試學術報告會,2006.

[4] 李穎.金剛石微粉粒度不同檢測方法的比較與研究[J].金剛石與磨料磨具工程,2004(6).

[5] 譚順英.人造金剛石微粉質量的簡易檢測[J].人工晶體學報, 1991(Z1).

[6] 談耀麟.金剛石微粉的技術標準[J].地質與勘探,1996(1).

[7] 譚耀麟.金剛石微粉的質量評定[J].礦產與地質,1999(3).

[8] 王光祖,超硬材料制造與應用技術[M].鄭州:鄭州大學出版社, 2013(1).644-647.

The Application of Double-Check Method for Diamond Micro Powder Inspection

LIU Hui-ping,FANG Hai-jiang,ZHANG Ying-jiu,WANG Guang-wei
(SF DIAMOND CO.,LTD.Zhengzhou,Henan,China 450016)

There is always defect when using only one method for micro powder particle size detection.The respective advantages and diadvantages of laser particle size analysis and image analysis method in the particle size detection are introduced in this article.The author recommends the combined use of these two methods in the production practice to ensure the accuracy and comprehensiveness of the diamond micro powder particle size detection.

double-check method micro powder particle size detection

TQ164

A

1673-1433(2014)04-0018-03

2014-10-12

劉慧蘋(1982-),河南滑縣人,2010年7月畢業于鄭州大學物理工程學院,工學碩士,畢業后開始從事金剛石微粉生產相關工作,現工作單位:河南四方達超硬材料股份有限公司。