金刚石微粉粒度分布的控制

人造金刚石微粉主要使用在工件精加工的研磨和抛光工序中，使用者往往要求用最低的金刚石浓度，以最快的切削速度，获得最好的表面光洁度和工件的几何形状，以及最小可能的表面微损坏，为达到这样的使用要求，没有合适的微粉是不行的。因此，必须严格地控制以下几项指标：粒度分布、颗粒形状、杂质含量、金刚石强度等。今天先介绍一下金刚石微粉的粒度分布及检测方法。

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金刚石微粉粒径

金刚石微粉粒径即指微粉颗粒直径，是衡量颗粒大小的一个数值。对于规则的球形颗粒而言，粒径就是球体的直径，然而金刚石微粉颗粒一般不是规则的球体，而是不规则形状，比如棒状、针片状等，因此，很难用一个数值表示金刚石微粉颗粒的大小，于是引入了等效粒径这一概念来代表金刚石微粉颗粒的粒径。当一个颗粒的某一物理特性与同质球形颗粒相同或相近时，我们就用该球形颗粒的直径来代表这个颗粒的直径，这个球形颗粒的粒径就是该颗粒的等效粒径。等效粒径有几种：等效投影面积粒径是与实际颗粒投影面积相同的球形颗粒的直径，图像法所测的粒径是等效投影面积直径；等效体积粒径是与实际颗粒体积相同的球体直径，一般认为激光法所测的直径为等效体粒径。

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金刚石微粉的粒度分布

金刚石微粉的粒度分布是指各种粒径金刚石颗粒的分布比率，它是衡量金刚石微粉质量好坏的一个非常重要的参数，从某种意义上来说，粒度分布的集中程度决定了产品质量的高低。

在应用当中各种粒度规格的产品都有相应的磨削效率和表面加工光洁度，用户可根据不同的加工要求选择不同粒度规格的产品。一般而言，对金刚石微粉中的粗颗粒都会有严格的控制，这是因为粗颗粒在应用中会引起被加工器件的划伤，产生严重的质量问题，尤其是在一些精密抛光领域，粗颗粒引起的划伤会直接导致昂贵的加工器件报废，损失巨大，而细颗粒的存在也会引出相应的问题，比如在磨削加工中会降低磨削效率等。因此也会有明确的要求。

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粒度分布的主要表征参数

粒度分布的主要表征参数有: D50、Mv、D5、D95等。

D50：也叫中值或中位径，常用来表示粉体的平均粒度，是一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径，其物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%。

Mv：以体积分布的平均粒径。是平均粒径的另一种表示方法，该值受大颗粒的影响更大，在对大颗粒进行控制时该值的指示性更强.

D5：是一个样品的累计粒度分布百分数达到5%时所对应的粒径，通常用来衡量样品细端的颗粒指标。

D95：是一个样品的累计粒度分布百分数达到95%时所对应的粒径，通常用来衡量样品粗端的颗粒指标。

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金刚石微粉粒度分布的检测方法

金刚石微粉粒度分布的检测方法主要有如下几种：图像法、沉降法、离心法、激光法、库仑法等。

1、图像法

图像法是使用颗粒图像仪对金刚石微粉粒度进行粒度检测的一种方法。

颗粒图像仪一般由光学显微镜、摄像机、计算机以及分析软件等部分组成。进行粒度检测的时候首先用载玻片、甘油将样品制作成观察样本，置于光学显微镜下进行观察，通过摄像机拍摄样本图片，然后传送到计算机用分析软件进行粒度分析（如下图所示）。

▲ 颗粒图像分析仪

▲ 图像法粒度分布检测结果

图像法的优点是检测直观，同时还可以对颗粒形貌进行分析等，缺点是取样量少，检测结果代表性不强，整个操作过程也比较繁琐，耗时较长。

2、沉降法

沉降法粒度测试技术是指通过颗粒在液体中沉降速度来衡量粒度分布的仪器和方法。根据不同粒径的颗粒在液体中的沉降速度不同，测量金刚石微粉粒度分布的一种方法。

它的基本过程是：把样品放到某种液体中制成一定浓度的悬浮液，悬浮液中的颗粒在重力作用下将发生沉降。颗粒的沉降速度与颗粒的大小有关，大颗粒的沉降速度快，小颗粒的沉降速度慢，通过测量不同时刻透过悬浮液光强的变化率来间接地反映颗粒的沉降速度，进而计算出其粒度分布。但是，在实际测量过程中，直接测量颗粒的沉降速度是很困难的。所以通常用在液面下某一深度处测量悬浮液浓度的变化率来间接地判断颗粒地沉降速度，进而测量样品的粒度分布。

3、离心法

对于较细的颗粒来说，重力沉降法需要较长的沉降时间，且在沉降过程中受对流、扩散、布朗运动等因素的影响较大，致使测量误差变大。为了克服这些问题通常用离心沉降法，测量时将沉降槽置于高速旋转的圆盘中，加快颗粒的沉降速度，从而大大缩短测量时间，提高测量精度，同时使超细颗粒的检测成为可能。现在的离心式粒度分析仪转速高达2万多转/分钟。检测下限达到纳米级别。

4、激光法

激光法是根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象进行粒度分布测试的。该分析方法在实际的应用中因测量时间短，测量数据结果稳定，特别是对于粒度小于 150μm 粉体测量的实际应用中得到了人们的认同。

5、库尔特法

库尔特法也称为电阻法，采用的是小孔电阻原理，当微粉颗粒通过一个小微孔的瞬间，微粉颗粒占据了小微孔中的部分空间而排开了小微孔中的导电液体，使小微孔两端的电阻发生变化。仪器对这些电阻信号进行处理就可以统计出粒度的分布了。这种测量方法适合于测量粒度均匀（即粒度分布范围窄）的粉体样品，也适用于测量水中稀少的固体颗粒的大小和个数。具有分辨率高、测量速度快、操作简便等优点。但也存在动态范围小、测量下限不够小等不足。

参考资料：《金刚石微粉》汪静

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