怎样查单晶？

发布网友 发布时间：2022-04-19 21:30

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热心网友 时间：2023-07-12 00:20

目前，单晶金刚石质量检验的指标为：抗压强度、晶体形态、热稳定性、粒度、抗冲击韧性等。

一、金刚石单颗粒抗压强度的测定

测定时，把金刚石视为等积形的小立方体，测量其能承受的最大垂直压力（即破碎压力）作为其抗压强度，开始用公斤·力/平方厘米表示，现在直接用“公斤”数来表示。

采用的仪器为单颗粒抗压强度测定仪，其结构见图2-12-1，其工作原理为杠杆原理。

具体操作时方法是：用标准筛筛取某粒度号金刚石，用“四分法”镊取适当量的样品，置于玻璃板上，排长长的一排（颗粒间不重叠），不得挑选，均匀间隔地取40粒样，将金刚石放在压块上，将压头压在金刚石上，然后慢慢加载（移动游砣），直至压碎为止。

计算时，先求出40粒负荷值的算术平均值，核对各粒负荷值，凡超过平均值一倍者舍去，余数再按公式求平均值，即为该样强度值。

碎岩工程学

式中：P为单颗粒强度值，kg；Q_i为每粒金刚石破碎负荷，kg；40为测量颗粒数；n为负荷超过平均值1倍的颗粒数。

图2-12-1 单颗粒抗压强度测定仪

二、晶体形态测定

金刚石晶形的好坏，标志着金刚石质量的好坏，并直接影响使用效果。

检查项目包括：等积形、完整单晶形、非完整单晶形、无定形单晶体、聚晶体和连晶体。

等积形是指长、短轴之比不大于1.5∶1；完整单晶形，是指晶面完整无熔蚀现象；非完整单晶形是指晶面不完整，有严重熔蚀现象；无定形单晶体：如剑尖、扁条状或树枝状；聚晶是很多微小单晶体聚合在一起；连晶是两个或两个以上不完整单晶体生长在一起。

分析方法：采用四分法取样，逐个用实体显微镜观察，分析量不少于1000粒；然后计算各种晶形所占百分数。

例如，对于JR₃品级：等积形金刚石不得低于观察总数的80%；完整晶形占12%；连聚晶体不大于3%。

三、热稳定性测定

热稳定性值一般以温度来表示。金刚石的热稳定性，即在某温度下金刚石失去原有的性能。热稳定性的测定有如下两种方法：

1.金刚石在空气中的热稳定性测定

利用MH02型高温显微镜进行测定的。测定时，首先将试样放在卧式管状加热炉内，边升温边观察，随着温度升高至金刚石表面碳化温度，金刚石透明度消失，随后晶棱上出现锯齿状的毛刺，此时记录下的温度值，以表示金刚石的热稳定性。

2.在保护气氛下的热稳定性测定

加热时，向加热炉内通入氮氢保护气体（N₂+H₂），从700℃开始至1300℃止，每升高100℃保温半小时，待冷至室温后，将试样取出进行单颗粒抗压强度测定，以某温度下的抗压强度值表示金刚石的热稳定性。

四、粒度检查

人造金刚石磨料，根据其颗粒尺寸大小不同，分为磨粒和微粉两大类：前者用筛分法检查，后者用显微镜观察。

1.筛分法

根据试样粒度选用标准筛，按粒度检查取样，筛分时间规范（表2-12-1），称取一定数量洁净的试样，倒入最上层筛网中。筛分后对各层筛上物分别称重，并算出粒度组成的质量分数。

表2-12-1 粒度检查取样、筛分时间规范

例如，对于定为80目金刚石，要求：①100%通过70目的筛网；②80目网上的金刚石，不大于5%（按质量计）；③100目网上的金刚石，不小于85%；④120目网上的金刚石，不小于9%；⑤通过120目网上的金刚石不大于1%。

2.显微镜法

主要用来检查金刚石细于W₄₀的微粉。微粉共分12个等级：从W_0.5～W₄₀，0.5、40为微粉颗粒尺寸，单位为微米（μm）。

显微镜法用的主要仪器为：1500X生物显微镜、电动求积仪和目镜测微尺。

检查方法：取少量试样置于器皿中，滴入适量的甘油拌匀，用玻璃棒粘一小滴于玻璃板上，使试样均匀摊开；选择好显微镜的放大倍数（对于W_3.5及以细），采用1000×～1500×；对于W₅～W₁₄，采用600×～800×；对于W₂₀～W₄₀，采用150×～300×。检查有否大颗粒存在、粒度是否均匀、细粒是否过多。被检查颗粒总数不小于500粒。

如发现有大颗粒存在，可作为不合格样品处理。

例：对于W₄₀微粉，小于20μm颗粒不大于10%；对于W₁₀微粉，小于5μm颗粒不大于10%。

五、抗冲击性能

过去对超硬磨料（包括金刚石）的测试，仅停留在静载上，而超硬磨粒在工作中往往承受动载。因此，很有必要对超硬磨料进行抗动载（或抗冲击）性能的测试。但该测试有一定的难度，至今无统一标准。国内外虽有些可测的仪器，但测出的数据大多为“当量强度”，反映不了真正的强度值。

测试方法较多，仅举几例加以说明。

1.球磨法

是将金刚石样品与钢球放在容器内随机撞击和研磨一定时间后，观察样品破碎程度的大小，并以保持原尺寸颗粒的百分数（当量强度）作为测试指标。

美国、日本均有此类仪器，它用于磨料行业比较合适。

2.辊碎法

用于辊碎法的辊轮装置，见图2-12-2所示。它是由主动辊轮、从动辊轮、电机、应变片等组成，辊轮用硬质合金制作，两个辊轮之间间隙可以调正。

图2-12-2 辊轮装置示意图

磨粒由振动送料器送入，当磨粒通过间隙时，受到两辊轮的挤压而破碎，破碎力的信号由应变片转换成电信号，经放大后，输入单板机进行处理，然后显示并打印（见信号处理系统图2-12-3）。该装置是以破碎力表示抗冲击性能。

图2-12-3 信号处理系统图

3.落锤法

落锤法是利用一个冲锤自由下落所产生的冲击力来砸碎金刚石颗粒。冲击力由压电石英传感器接受变成电量，经电荷放大器放大后，输入微机显示和打印。

落锤装置结构简单（图2-12-4），它由电磁线圈、冲锤、压电石英传感器、底座等组成。工作时，接上直流电靠电磁吸合原理即能使冲锤上下。

图2-12-4 落锤装置示意图

落锤法的最大优点是，能直接测出冲击力和冲击功，便于钻探行业应用。但该法的致命弱点是，测量的不连续性，导致存在测量误差和操作不方便。

原长春地质学院勘察工程系在该落锤装置上增加了一个“吸能装置”，即一次就能测出金刚石的抗动载性能，剩余的能量被“吸能装置”所吸收，这就克服了落锤法的弱点，提高了测试正确性，加快了测试速度。