金刚石颗粒（精选7篇）
金刚石颗粒 篇1
2013年10月25日讯, 欧洲科学家正在开发一种非入侵式纳米科技探测平台, 用于实时监测癌细胞内部的生物分子活动情况, 该项技术一旦研发成功将能够提前检测出癌症发病迹象。
据生物医学网站Phys周三报道, 研究人员发现纳米金刚石颗粒是一种很优质的材料, 用于制作可以探测细胞生物分子的探测针, 这些探测针可以分析细胞中纳米级别的分子情况。
据报道称, 纳米金刚石颗粒最大的优势在于可以将诸如DNA分子之类的生物分子吸附在上面, 在传递至目标细胞之后, 这些生物分子可以测量、检测以并改变细胞中的生物成分, 纳米金刚石颗粒不仅可以检测细胞癌变前兆, 还可以试图修复它们。
比利时微电子研究中心首席科学家米诺·纳斯拉德克也是此项研究参与者之一, 他称, 纳米金刚石颗粒可以穿破单个细胞膜, 而不会损伤整个细胞, 同时也不会影响其正常工作。
金刚石颗粒 篇2
问：盐酸金刚烷胺颗粒(协和)有什么不良反应?
答：1.常见的不良反应为消化道和中枢神经系统：头晕目眩、头痛失眠焦虑、幻觉、精神混乱，恶心，食欲减退、便秘、口鼻干。白细胞减少及粒细胞减少。2.持续存在或比较顽固难以消失的不良反应有：注意力不集中，头晕目眩，易激动;食欲消失，恶心，神经质，皮肤出现紫红色网状斑点或网状青斑，睡眠障碍或恶梦等为常见;视力模糊，便秘，口、鼻及喉干，头痛，皮疹，经常疲劳或无力，呕吐等为少见或极少见。3.长期应用可出现足部或下肢肿胀，不能解释的呼吸短促，体重迅速增加(可能因出血性心力衰竭所致)。
金刚石颗粒 篇3
多颗粒金刚石小砂轮轴向进给磨削时，其法向磨削力和轴向磨削力的方向指向材料的待加工部分，主要引起中位裂纹和径向裂纹[1]，而切向磨削力则引起横向裂纹，且中位裂纹的扩展方向与轴向进给方向一致。横向裂纹和中位裂纹的扩展均引起材料被去除，因此，多颗粒金刚石小砂轮轴向大切深缓进给磨削加工可成为一种高效的粗加工方法。
本文建立了多颗粒金刚石小砂轮轴向进给加工磨粒的运动轨迹模型，揭示了加工参数与磨粒运动规律之间的关系。运用合适的实验方案和测力系统，并利用边缘检测和轮廓曲线拟合方法实时追踪检测金刚石顶尖曲率半径[2,3]变化。通过仿真实验和不同加工参数下实际的陶瓷加工实验，分析了进给速度对边缘破碎[4]、磨削力、金刚石磨粒耗损的影响规律，实验结果与仿真结果一致。
1 多颗粒金刚石小砂轮轴向进给磨粒运动的理论模型与仿真
1.1 多颗粒金刚石小砂轮结构设计
如图1所示，在小砂轮端面上焊接两排较粗大的金刚石颗粒，砂轮磨具头部位呈倒锥型，端面边缘金刚石颗粒之间的间隙小于1 mm，基体材料为45钢。实验中用金刚石磨粒顶锥角2θ及磨削刃圆弧半径ρg来表征磨粒切削性能[5]。在金刚石端部焊接制备的单颗粒金刚石顶锥角2θ分别为60°、120°和150°，初始尖端圆弧半径ρg都为4μm。
1.2 轴向进给磨削运动的基本矢量模型
轴向进给磨削加工运动模型如图2所示，其中，R为工件已加工部分的半径，r为小砂轮磨粒所在圆周的半径。选取工件轴心为绝对坐标系Oxyz的原点，以小砂轮轴心为原点建立O'uvw、O'x'y'z'、O″u'v'w'三个相对坐标系。
砂轮轴心矢量C是描述运动过程中相对坐标系O'uvw的原点在绝对坐标系Oxyz中位置的矢量;图2中，工件旋转θw角度(即砂轮相对工件公转θw角度)后，小砂轮轴心矢量C可用下式表达:
磨粒矢量T为描述运动过程中砂轮圆周表面上单颗磨粒在相对坐标系O'uvw中位置的矢量。若先设定工件旋向为顺时针方向，则顺磨时砂轮逆时针旋转，逆磨时砂轮顺时针旋转，此时在相对坐标系O'x'y'z'中的刀具矢量T为
式中，θt为小砂轮转角;“+”表示顺磨，“-”表示逆磨。
把相对坐标系O'x'y'z'中的矢量变换成相对坐标系O'uvw中的矢量，其变换矩阵为
其中，顺磨时取“±”中上面的符号，逆磨时取“±”中下面的符号。
1.3 磨粒运动的矢量模型
由砂轮轴心矢量C和磨粒矢量T的矢量和可得到磨粒在绝对坐标系中的位置矢量P的表达式:
若假定小砂轮表面的磨粒均匀分布在圆周上，磨粒总数为m，相邻磨粒轨迹只差一个相位角，则式(2)可扩展为
式中，i为砂轮同一圆周上的磨粒编号。
在实际加工中，砂轮需要沿工件径向做进给运动。若小砂轮的轴向进给速度为f，磨削时间为t，则可得轴向大切深缓进给磨削加工时同一圆周上各磨粒运动的矢量表达式:
1.4 轴向进给磨削磨粒运动轨迹仿真
用MATLAB对轴向进给磨削加工工程陶瓷材料的运动轨迹进行了模拟仿真，所选用砂轮直径为20 mm，工件直径均为30 mm。图3和图4为0～0.4 s内，每0.004 s取磨粒的位置并用直线连接的仿真轨迹图，可以清晰地看出磨粒的运动轨迹情况。图中，nw为工件转速，nt为砂轮转速。
磨粒的运动轨迹对磨削力的大小、工件加工质量、砂轮耗损等都有影响。图3所示是顺磨时的情况，可看出陶瓷工件和砂轮转速的变化都会影响线条的密集程度，即导致两者之间的接触点数发生变化，接触点越多表明磨粒参与磨削的次数越多。从仿真结果可以看出，砂轮转速对接触点密集程度有较大影响，显然，nt=5500 r/min时的接触点数比nt=3000 r/min时的接触点数少，这意味着磨屑更细小，表面质量更高，磨削力更小。
由图4还可以看出，磨粒轴向的运动轨迹是螺旋线，轴向进给速度和陶瓷件转速都直接影响螺旋距的变化。轴向进给速度不变时，陶瓷转速对轴向磨粒的运动轨迹影响较大，其转速越大导致螺旋距越小，但此时接触点疏密程度变化并不太明显。当陶瓷件的转速不变时，砂轮轴向进给速度越大，导致螺旋距变大，但由于砂轮和陶瓷件转速不变，即总的接触点不变，所以接触点会变得稀疏。此时，轴向磨屑会变大，磨削力变大，金刚石磨粒更容易磨损，工件表面边缘破碎的碎片也会大块掉下，加工表面粗糙度会变大。
2 多颗粒金刚石小砂轮轴向进给速度的实验方案
2.1 多颗粒金刚石小砂轮轴向进给实验系统
本文通过实验重点研究多颗粒金刚石小砂轮轴向进给速度变化对磨削力、加工质量、砂轮耗损等的影响。
实验平台如图5所示，主要包括BV75立式加工中心、低速电机、测力仪等，小砂轮装夹在加工中心的主轴上，陶瓷工件装夹在低速电机的三爪卡盘上。采用北京航空航天大学研制的高性能应变片式车铣钻磨通用测力仪，型号为SDC-C4F。
采用反应烧结的Si3N4陶瓷进行磨削实验，毛坯材料直径为26 mm，高度为60 mm。材料的主要性能参数如下:密度ρ=2.73 g/cm3，弹性模量E=160 GPa，断裂强度KIC=2.85 MPa·m1/2。并采用表1所示的三组工艺参数进行实验，表中，ap为磨削深度。
2.2 金刚石磨粒的磨损测量
实验中利用边缘检测和轮廓点曲线拟合方法计算金刚石尖端圆弧半径来表征金刚石的锋锐程度。金刚石尖端圆弧半径检测步骤如下:1SEM观测图像。采用1000倍率的SEM观测图像，使金刚石尖端完全落入SEM视场内，图形的边缘轮廓清晰。2图像预处理。用MATLAB对采集的TIF格式SEM图像进行图像增强、平滑、二值化处理，可得到视觉效果较好、边缘轮廓信息丰富的灰度图像。3边缘检测。采用Canny算子运用双阈值算法生成光滑细腻的边缘。4轮廓点采样与曲线拟合。按高阶多项式函数的曲线来拟合SEM图像的轮廓点集。本次采样点数为40，曲线拟合阶数为8，能如实反映金刚石颗粒尖端轮廓细节和曲率变化。5曲率半径计算。经最小二乘曲线拟合得到物体边缘轮廓的拟合函数y=f(x)后，计算函数上各点沿切线方向的曲率k，取其倒数得到拟合函数的最小曲率半径Rf。
3 多颗粒金刚石小砂轮轴向进给速度的实验结果及分析
3.1 轴向进给速度对加工质量的影响
在磨削过程中，砂轮开始接触或离开陶瓷工件时，受应力集中影响会在边缘产生剥落或者破碎现象，称为边缘碎裂。如图6所示，当轴向进给速度较大时，陶瓷工件边缘处发生尺寸较大的片状脱落。这是由于中位裂纹快速扩展造成的，而轴向进给速度则是控制中位裂纹扩展速度的关键[6]。由于边缘破碎的深度比磨削深度ap小，所以中位裂纹的扩展对材料强度的影响较小，而主要是导致材料的去除。另一方面，随着轴向进给速度的增大，单颗磨粒的运动轨迹变得稀疏，加工时形成的磨屑变大，得到的加工表面必然变得粗糙。
3.2 轴向进给速度对磨削力的影响
磨削力源于工件与砂轮接触后引起的弹性变形、塑性变形、切屑形成以及磨粒和结合剂与工件表面之间的摩擦作用。磨削力与轴向进给速度有关，是评价材料磨削性能的一个重要指标。
图7所示为法向磨削力Fn、切向磨削力Ft和轴向磨削力Fa随轴向进给速度的变化规律，可见，在三组不同加工参数下进给速度对磨削力的影响趋势一致。任何一组加工参数下，实验测量得出的三向磨削力均是轴向磨削力最大，法向磨削力次之，切向磨削力最小，且随着轴向进给速度的增大，三向磨削力均变大。这是由于砂轮转速不变时，轴向进给速度增大使得砂轮每转进给量增大，对应的单颗磨粒的最大未变形切削厚度必然增大，因而作用在工件或磨粒上的磨削力就增大。
3.3 轴向进给速度对砂轮磨损的影响
实验中对金刚石磨粒进行标号，且通过实时跟踪SEM观测，发现金刚石颗粒尖端磨耗过程中同时存在解理剥落和挤压破碎，磨粒破损脱落时会产生新磨刃的自砺作用，这导致圆弧半径增大。
图8所示为轴向进给速度分别为100 mm/min、200 mm/min时的实验结果，可以看出，采用较高的工件进给速度时，金刚石磨粒行程变短，砂轮更容易磨损。因为进给速度增大，导致磨粒与工件的法向与切向摩擦力增大，磨粒承受较大的反作用力，磨粒与工件接触区的高温致使磨粒局部软化，加剧了磨削刃的磨损。
4 结论
(1)建立了小砂轮轴向进给磨削运动的磨粒运动矢量模型并进行了仿真实验。当轴向进给速度变大时，轴向进给运动轨迹螺旋线的螺旋距变大，磨粒与工件的接触点变稀，加工表面粗糙度会变大，脆性断屑片变大，磨削力变大，金刚石颗粒磨损加快。
(2)通过实际加工实验重点研究了轴向进给速度对加工质量、磨削力、金刚石尖端圆弧半径的影响，实验结果与仿真分析结果基本一致。随着轴向进给速度的增大，陶瓷工件边缘破碎的碎片稍变大，工件表面粗糙度变大，磨削力变大，金刚石砂轮磨损也变大。
参考文献
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金刚石颗粒 篇4
陶瓷结合剂金刚石工具中的金刚石是共价键结构,一般难于与陶瓷结合剂形成化学结合力而获得较高的结合强度,导致金刚石工具在磨削过程中磨粒容易脱落;通过提高结合剂的密度而提高对金刚石的机械把持力,如过高又会导致磨钝的磨粒难以脱落。因此陶瓷结合剂对磨料把持能力的强弱成为影响工具性能的主要因素,把持力的检测是高性能陶瓷结合剂金刚石工具研究的关键[1]。
1 把持力的特征分析
结合剂阻止磨料从磨具中脱落所需要的作用力称为把持力。其界面结合力主要有物理吸附力、机械镶嵌力和化学结合力。把持力包括结合剂对金刚石的物理附着力、镶嵌机械力与化学作用力。
(1) 物理附着力:
主要包括范德华力和氢键力。这种结合力虽普遍存在,但由于其结合太弱故不能牢固粘结金刚石;
(2) 机械镶嵌力:
即胎体通过对金刚石的包镶和磨擦而对金刚石起支持作用,这种结合力虽可使小颗粒金刚石得以应用,但由于结合太弱,往往造成金刚石来不及充分发挥作用而过早脱落,使得金刚石工具成本过高;
(3) 化学结合力:
即界面上存在金属胎体与金刚石在一定温度与压力下发生化学反应而生成的化学键,包括离子键、共价键、金属键等。此种结合力通常可达到几百兆帕,可以有效地粘结金刚石,提高金刚石的使用效率。
在这三种力中,物理吸附力很小,机械镶嵌力的大小取决于结合剂的孔隙率及结合剂的强度和硬度,化学结合力较强。由于磨料与结合剂之间有很高的界面能,一般结合剂与磨料之间较难形成化学结合,而是以机构镶嵌作用为主,其结果是结合剂对磨料没有足够的把持力,使用过程中磨粒容易脱落、流失,这不但缩短了工具的使用寿命,而且影响加工效率[2,3]。
结合剂的强度通常用抗拉强度表示,材料的抗拉强度由结合剂的组分、结构和密度决定。为了保证磨具的安全使用,选择足够强度的结合相是十分必要的。由于磨具在高速旋转状态下工作,要产生极大的离心拉应力,因此结合相的强度必须大于这种拉应力,磨具使用才会安全。同时结合剂的强度越高对磨粒的机械镶嵌力也越高。在制备过程中可以调整结合剂的用量,即磨具的密度,来调整结合剂对磨粒的机械镶嵌力[4]。
2 把持力力学模型
为了计算化学结合力对实际情况进行的理想化处理,假设在抗拉实验过程中金刚石强度足够大,拉伸过程中不断裂;胎体是均质的;金刚石颗粒视为球体。
图1所示是不考虑表面附着力的磨粒受力模型。在外力的作用下单个磨粒受力脱离结合剂有两种形式,一种是外力克服了结合剂对磨粒的表面作用力,即化学结合力和物理附着力,然后脱离结合剂,如图2所示。另一种是在外力作用下,克服了表面作用力和机械镶嵌力后脱落,如图3所示。这两种情形出现的数量可以通过显微镜观察试验样品的断面来确定。
第一种脱落情况磨粒受力情况如图2所示。单个颗粒受拉力f1和表面结合力σ1作用。受力平衡方程式如公式(1)所示。
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式中:f1—单颗磨粒受力;d —磨粒直径;σ1—表面结合力。
第二种脱落情况磨粒受力情况如图3所示。单个颗粒受拉力f2和表面结合力σ1 和结合剂的作用力σ2作用。受力平衡方程式如公式2所示。
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式中:f2—单颗磨粒受力;d—磨粒直径;σ1—表面结合力;σ2—结合剂抗拉强度。
3 把持力的计算
抗拉试验试样断裂时,断面上的受力平衡方程式如公式(3)所示。推导后得出结合剂对磨粒的化学结合力σ1如公式(4)所示。
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式中:n1,n2—磨料颗数;f1,f2—单颗磨粒受力;试样断面面积;A0-气孔面积;σ2—结合剂抗拉强度。
式中结合剂的抗拉强度σ2可以通过结合剂抗拉试验确定,n1、n2可以通过试验样品的断面显微镜图像分析软件统计确定。磨粒直径可以采用粒度试验计算出的d50值。
4 把持力软件计算流程
因为本文探讨的把持力计算方法为间接法测量,因此计算量很大,为了提高计算的准确性和效率,通过计算机软件可以辅助实现快捷的数值计算。软件计算流程如图4所示。
5 结论
本文探讨了金刚石工具把持力的测试方法,试图解决因金刚石工具的把持力无法直接测量带来的困境。通过对结合剂试样和磨具试样的抗拉强度试验、断面显微图片分析试验、激光力度试验,根据建立的陶瓷结合剂对金刚石把持力测试方法的数学模型,可以通过软件计算出把持力。但是建立在理想化假设基础上的计算值与实际有偏差,还要通过进一步试验通过修正系数对理论公式进行修正。
摘要：针对陶瓷金刚石磨具结合剂对金刚石颗粒的把持力问题,文章分析了把持力的特征,提出了基于抗拉强度试验的把持力检测办法。通过对金刚石颗粒受力分析和理想化假设,建立了把持力计算的力学模型。推导得出把持力与磨具抗拉强度的关系的数学模型,通过系列实验的数据和计算机软件算出了结合剂对金刚石颗粒的把持力。
关键词：把持力,测试,陶瓷结合剂,金刚石
参考文献
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[3]郭然,沈剑云,徐西鹏.金刚石表面镀覆技术的发展及应用[J].珠宝科技,2003(01).
[4]高涛,彭伟,姚春燕.金刚石表面处理的应用和发展[J].金刚石与磨料磨具工程,2004(03).
[5]王明智,王艳辉,关长斌,臧建兵.金刚石表面的Ti、Mo、W镀层及界面反应对抗氧化性能的影响[J].复合材料学报,1996(02).
金刚石颗粒 篇5
关键词：细颗粒,金刚石,高温高压合成,成核密度,过剩压
1 引言
人造金刚石微粉是一种新型的超硬超细磨料, 它被广泛应用于机械、电子、航天和军工等领域, 是研磨抛光硬质合金、陶瓷、宝石、光学玻璃等高硬度材料的理想材料。目前, 国外对细粒度金刚石的研究较为成熟, 但由于金刚石的巨大商业价值, 其合成方法一直是非公开的。国内细颗粒金刚石合成的粒度一般大于400目 (38μm) , 小于600目的细颗粒晶体一般都是由粗颗粒金刚石粉碎后得到的, 这种方法费时费力, 而且得到的晶体没有完整晶形, 因此其机械性能受到了严重的影响[1,2,3,4,5]。不具备完整晶形, 而且内部有大量缺陷, 所以限制了其应用范围。这样的方法需要花费大量的人力、物力和时间, 而且经过破碎的金刚石, 尽管经过适当的整形处理, 仍然不能获得满意数量的等积形微粒, 颗粒形状比较杂乱, 使用寿命受到一定的影响, 且成本较高, 难以满足工业日益增长的需要。我们以前的研究结果表明, 人工合成的具备完整晶形的细颗粒金刚石单晶比同粒度的破碎料具有更高的热稳定性[6]。在高端的金刚石工具制造方面必将逐步成为破碎料微粉的替代品。因此, 系统地研究影响金刚石粒度的各方面因素, 成为我们急需解决的课题。
本文根据金刚石合成不同区域的生长特点, 体系成核率对金刚石合成的影响进行了详细考察, 并通过对合成工艺进一步改进, 从而实现优质细颗粒金刚石单晶的高温高压合成。本实验为以后进一步合成更小尺寸的超细颗粒金刚石单晶提供了一种新途径。通常我们对于常规粒度金刚石进行表征除了进行形貌的观察外还可以进行冲击强度 (TI) 和热冲击强度 (TTI) 等机械性能和光学、热学、电学等性能的测量。而目前对于超细颗粒的金刚石还没有一个统一的评价标准。对于超细颗粒金刚石单晶来说, 测定其冲击强度非常困难, 而金刚石热稳定性的测试是一项重要的性能指标。本实验对合成的细颗粒金刚石的热稳定性进行了表征。希望通过本研究, 找到一种更加优化的合成方法, 从而对国内细粒度金刚石单晶的生产发展有所帮助。
2 实验
本实验是在国产SPD 6×1670 型六面顶压机上进行的。采用Fe70Ni30粉末作为合成金刚石的触媒, 纯度为99.9%的天然鳞片石墨作为碳源。把金属触媒与石墨放置于球磨混料机, 等混合均匀后, 压成一个样品柱。高压合成腔体如图1所示。实验中在压力为5.0～5.5GPa, 温度为1350℃～1450℃的条件下做了5～30min的尝试。
实验中的合成压力是根据铋、钡和铊的高压相变点所建立的油压与腔体内部的压力的定标曲线进行标定的。合成温度是根据Pt6%Rh-Pt30%Rh热电偶测定的输入功率与温度的关系曲线进行标定的。实验结束后。我们利用光学显微镜与电子扫描电镜对合成的金刚石晶体进行观察和分析。为了比较我们合成的细颗粒金刚石单晶与破碎料之间的抗氧化能力的不同, 我们利用NETZSCH STA 449C型热分析仪对合成的细颗粒金刚石样品进行了差热和热重分析, 利用拉曼光谱对其内部应力进行了测试。
3 分析与讨论
3.1 细粒度金刚石单晶体的合成
目前, 如何最大限度地提高体系成核率与降低后期生长速度, 是限制细颗粒金刚石单晶合成的关键因素。根据金刚石合成的溶剂理论可知[7], 金刚石的成核与生长均由体系中的过剩压力决定。体系中较高的过剩压可以提高体系中的成核率, 同时却导致合成的晶体生长速度也明显加快, 因此不利于细粒度金刚石单晶的批量化合成。如何协调这两者的关系, 是实现优质细粒度工业金刚石单晶合成的前提。本文通过对合成工艺的调整, 从而实现对体系中金刚石成核率与生长速率的严格控制, 并成功合成出具有完整晶形的优质细颗粒金刚石单晶。
为了清晰和准确观察体系内的成核与生长情况, 我们对未经任何处理的棒料界面利用电子扫描电镜进行了观察。图2为合成的棒料表面电子扫描电镜照片, 从图中可以看出棒料中存在不同粒度的细颗粒金刚石单晶。图2a的晶体粒度约为10μm。图2b的晶体粒度大小约为6～7μm左右。而图2c与图2d中的晶体约为2μm左右, 合成的晶体均具有完整的晶形。
为了进一步观察棒料中的金刚石成核情况, 我们将未经酸处理的合成棒料利用机械方式粉碎, 直接利用电子扫描电镜进行观测, 结果如图3所示。从图中可以看到, 合成棒料中金刚石成核密度较高, 石墨具有较高的转化率, 由于样品粉末没有经过酸处理, 因此晶体之间通过金属膜彼此相连, 但合成的晶体的粒度具有较好的均一性, 大部分分布于2～10μm内, 大约在1600～2000目左右。
合成后的的棒料经过酸处理后, 得到的部分晶体利用高倍光学显微镜观察结果, 如图4所示。合成的晶体粒度较小, 而且比较均匀, 颜色较深, 这可能是因为尺寸效应而导致的结果。
3.2 合成细颗粒金刚石的性能分析
由于合成的金刚石粒度非常小, 酸处理后得到小于10μm的金刚石单晶样品较为困难。为了对其合成性能进行进一步分析, 我们选取其中目数约为100目、400目的金刚石单晶以及400目的金刚石破碎料进行对比 (表1) , 并对其进行热重及差热分析。
综合差热分析与热重分析的实验数据, 我们对3种样品的热物性总结如表2所示。由表中可以看出400目的破碎料起始氧化温度为640℃而400目合成金刚石及100目优质合成金刚石的起始氧化温度均为730℃;400目的破碎料在770℃时出现强氧化峰, 而400目合成金刚石及100目优质合成金刚石在测试范围最高温度800℃时仍未出现氧化最强峰。在680℃左右破碎料开始出现明显失重, 合成的400目金刚石单晶开始时有少量的失重 (失重率不超过1%) , 当温度升到760℃左右时才开始出现明显失重。100目优质合成金刚石也是在760℃左右出现明显失重。在测试温度800℃范围内破碎料失重19.15%, 400目合成金刚石失重5.45%, 100目优质合成金刚石失重5.58%。这些数据表明:合成的细粒度金刚石单晶热氧化温度高于金刚石破碎料, 其氧化温度基本上与100目优质合成金刚石相同。
人工合成的金刚石单晶及其破碎料由于经过高温高压作用及机械破碎作用, 势必存在残余应力。金刚石原料的计算公式为:Sh (GPa) =[ro-r (m-1) ]1.62, Sh是晶体内部的残余应力, r0是在没有应力下的金刚石波数 (取1332cm-1为基点) , r是被测的金刚石的波数。由此可以看出, 拉曼峰频率偏移的改变与所受应力成正比。因此可以通过拉曼峰的偏移来判断高压合成的金刚石样品中残余应力的大小。合成的细颗粒金刚石单晶与普通工艺下合成的金刚石以及金刚石破碎料的拉曼测试结果, 如图5所示。
从拉曼测试的结果可以看出, 在较慢速度下合成的金刚石单晶的拉曼峰值为1331.97cm-1, 与金刚石结构的标准峰值1332 cm-1仅仅偏移了0.03 cm-1, 说明合成的晶体内部存在较小的残余应力, 因此具备较高的质量。作为对比, 图 (b) 与 (c) 分别为较快速度下合成的金刚石晶体与目前工业上通用的金刚石微粉的拉曼峰值, 与标准峰值相比分别偏移了0.55 cm-1与0.74 cm-1。这说明金刚石微粉内部存在较大的残余应力。这是因为这些金刚石微粉大都利用质量较差的金刚石经过机械破碎得到, 因此在其破碎过程产生较多残余应力。
(a) 细颗粒金刚石 (b) 普通金刚石 (c) 金刚石破碎料
(a) diamond crystals with micron grain size, (b) diamond grown at normal growth velocity and (c) diamond micron grain powders.
4 结论
本实验以金刚石合成的溶剂理论为指导, 根据金刚石在不同合成区域的不同生长特性, 对细粒度金刚石单晶的合成工艺进行了改进, 有效地控制了金刚石的成核与生长, 成功合成出了2μm～10μm (约为1600～2000目) 的优质的细颗粒金刚石单晶。并通过热重及差热分析以及Raman测试发现, 合成具备完整晶面的细粒度金刚石单晶抗氧化强度大于表面粗糙的同粒度的金刚石微粉, 且合成的晶体内部存在较小的残余应力。
参考文献
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[7]贾晓鹏.金刚石合成的溶剂理论及当今行业热点问题的探讨[C].中国超硬材料研讨会南京会议论文集, 2001:1-11.
金刚石颗粒 篇6
自从上世纪50年代人类首次合成出金刚石以来,人造金刚石工业经历了50年的蓬勃发展,应用领域不断扩大,品种越来越多,其性能也越来越优异[1,2]。含硼金刚石由于具有高的抗压强度、好的耐热性以及可以磨削铁等特性[3],引起了研究者的广泛重视,成为本领域的研究热点。文献[4]认为:含硼金刚石颜色不同,晶体的强度也不同,相同晶型的40/50粒度的含硼金刚石晶体强度比普通金刚石高20N～40N。样品经1000℃高温处理,其强度基本不变。弱磁性晶体的强度比强磁性晶体的强度高40%～50%[4]。
细颗粒金刚石在半精加工、精加工、高精加工和精密抛光等方面有着其它材料不可替代的优点,尤其是将高强度细颗粒金刚石用于制造电镀制品、砂轮、磨轮,适合高档石材的抛光、雕刻,汽车玻璃、高档家具、陶瓷、高档合金、磁性材料的加工等,表现出了广阔的应用前景。而细颗粒含硼金刚石由于其优异的性能,应用前景更是广阔,国内外对含硼金刚石虽做了大量的研究,但在含硼细颗粒金刚石单晶研究方面报道很少,很有必要开展进一步的研究。
目前国内高温高压合成金刚石一般采用镍基触媒。镍基触媒虽然合成金刚石的温度压力范围较宽,但其合成的金刚石比较容易包含杂质,高质量的较少,而且原材料价格较为昂贵。而铁基触媒生长的金刚石纯度高,原材料的成本也比较低。贾晓鹏教授曾提出,开发铁基触媒是提高我国金刚石TTI值的重要手段,也是新触媒研究的一个重要发展方向[5]。本实验采用铁基触媒,通过添加不同比例的硼来探索细颗粒金刚石单晶的合成条件及它的性质。
2 实验方法
实验是在国产SPD 6×1200型六面顶压机上进行的。使用叶蜡石粉压成型块为传压介质。触媒采用的是银灰色雾化铁基粉末触媒,其纯度为99.9%,粒度为 150～200目。石墨原料采用的是鳞片状石墨粉,粒度为 200目。鳞片状石墨、铁基触媒和无定形硼粉按一定比例经混料机均匀混合后粉压成型。实验采用直接加温加压的合成工艺。高温高压合成后对样品进行酸处理,而后用光学显微镜观察金刚石形貌。
本实验的合成压力是根据铋Bi、钡Ba和铊Tl的高压相变点所建立的油压与腔体内部的压力的定标曲线进行标定的。合成温度是根据Pt6%Rh～ Pt30%Rh热电偶测定的输入功率与温度的关系曲线进行标定的。
3 实验结果及分析
利用直接加温加压的合成工艺合成了细颗粒金刚石单晶,如图1所示:
3.1 硼对细颗粒金刚石单晶生长特性的影响
为研究硼粉对合成细颗粒金刚石单晶生长特性的影响,首先利用未添加硼粉的体系合成了优质细颗粒金刚石单晶,如图1a所示。FeNi-C体系合成的细颗粒金刚石晶型完整率高,颜色呈金黄色、透明,粒度峰值大约在275目,由于颗粒较细,金刚石表面活性较大,颗粒易团聚在一起。在一定的范围内,随着硼添加量的增加,晶体生长速度有所增加(同样的条件,粒度有所变粗)。我们分析,由于硼的原子半径比碳的原子半径小,高温时硼的化学活性迅速增加,硼容易在金刚石刚成核时就进入金刚石,生长速度快,来不及分散就被包裹在里面。
图1 b、c、d是在同样的合成条件(合成温度、合成压力、到温到压合成时间都相同)下合成的细颗粒金刚石单晶,b、d图晶型都为六面体,温度偏低并且成核量大,反过来从另一种意义上说明它们的合成压力偏高;c图晶型为六八面体,合成压力与合成温度都适中。这表明:添加不同比例的硼后,合成压力呈现先降低后又升高的趋势,使得合成细颗粒金刚石的最低压力发生改变,由此,金刚石生长的“V”形区也随着样品中硼添加比例的不同而上下移动。添加硼的量为2awt%时,合成出来的晶体比较好,为圆六八面体,包裹体相对较少,晶型比较完整。
3.2 硼对细颗粒金刚石单晶形貌的影响
由图1 b、c、d可以看出,随着硼添加量的增加,含硼细颗粒金刚石单晶颜色逐渐加深,晶型完整率呈下降趋势,部分晶体出现深蓝色甚至黑色。
3.3 硼对细颗粒金刚石单晶包裹体的影响
一般认为,颗粒越细小,颗粒的整个内部就越容易趋于均匀。含硼细颗粒金刚石与一般颗粒的含硼金刚石相比,里面的包裹体并没有明显减少。我们分析,这与硼的电子结构有关,硼原子的价电子层结构是2s22p1,它能提供成链的电子是2s12pundefined2 pundefined,还有一个空轨道,缺电子原子,容易形成多中心键。所谓多中心键就是指较多的原子靠较少的电子结合起来的一种离域共价健。例如,用一对电子将三个原子结合在一起,即三中心两电子键。单质硼和硼的某些化合物中都存在着这种键,硼及硼的某些化合物在金刚石中就不容易分散均匀,即使是细颗粒含硼金刚石也易出现包裹体。
4 结论
本实验研究了硼对细颗粒金刚石单晶的生长特性、形貌及包裹体的影响,得出以下结论:
(1)随着硼添加量的增加,细颗粒金刚石单晶的生长速度加快;合成含硼细颗粒金刚石最低压力点呈动态变化,呈现先降低后升高的趋势。利用铁基粉末触媒找到了细颗粒金刚石硼的最佳添加比例为2awt%。
(2)随着硼添加量的增加,颜色逐渐加深,晶体缺陷逐渐增加,晶型完整率有所降低,部分晶体出现深蓝色或黑色。
(3)含硼金刚石包裹体较多,颗粒细化后包裹体没有大的改善,这与硼本身的电子结构有关,硼缺电子原子,容易形成多中心键。
摘要：实验在国产六面顶压机上利用高温高压方法,在铁基粉末触媒中添加硼粉,合成出了细颗粒金刚石单晶,找到了合成含硼细颗粒金刚石单晶的最佳添加比例。实验结果表明:随着硼添加量的增加,晶体的颜色逐渐加深,合成细颗粒金刚石单晶的最低压力点呈动态变化趋势。在铁基粉末触媒中添加硼粉,合成的金刚石单晶容易出现包裹体,且颗粒细化后依旧没有大的改善,原因与硼的电子结构有关。
关键词：细颗粒金刚石,硼,铁基粉末触媒,包裹体,高温高压合成
参考文献
[1]F.P.Bundy,H.T.Hall,H.M.Strong,R.M.Wentrof Jr.Manmade diamond[J].Nature,1955,176:51-55.
[2]王光祖.人造金刚石合成技术开拓创新的五十年[J].金刚石与磨料磨具工程,2004,12(6):73-77.
[3]王松顺.特殊类含硼金刚石合成的实验研究[J].珠宝科技,2003,5(15):9-12.
[4]张健琼,马红安,臧传义,等.添加剂硼对纯铁粉末触媒合成金刚石的影响[J].金刚石与磨料磨具工程,2005(5):4-6.
金刚藤颗粒质量标准研究 篇7
关键词：金刚藤颗粒,薯蓣皂苷元,含量测定
金刚藤颗粒仅由一味药材组成, 测定本品中两种主要成分的含量, 可有效控制该品质量。原试行标准中有山奈素和β-谷甾醇的含量测定, β-谷甾醇采用薄层扫描法测定, 方法复杂, 操作过程长, 人为操作因素多, 重现性差, 数据不够稳定;山奈素含量测定采用高效液相色谱法, 操作相对简便, 检测数据准确。由于β-谷甾醇不是金刚藤 (菝葜) 的主要成分, 且专属性不强, 故拟去除β-谷甾醇含量测定方法, 保留山奈素的含量测定。据有关资料报道, 菝葜中主要成分为薯蓣皂苷元及由薯蓣皂苷元构成的多种皂苷。薯蓣皂苷元已有法定的对照品, 文献资料也报道有多种测定薯蓣皂苷元含量的方法。根据药典委员会建议, 拟增加薯蓣皂苷元的含量测定研究。
1 仪器与试药
1.1 仪器
DIONEX高效液相色谱仪 (包括四元泵, 自动进样器, 脱气机, UVD-340U二极管检测器, 配备DIONEX变色龙工作站) 。
1.2 试药
薯蓣皂苷元对照品 (由中国食品药品检定研究院提供, 供含量测定用, 批号:110734-200407) ;甲醇为色谱纯, 水为重蒸馏水, 其他为分析纯。
样品批号:20070501、20070502、20070503、20080201、20080401、20080502、20080503、20080504、20080701、20090101、20090301、20090601、20090801、20090901、20090902、20090903、20090904、20091101, 其中20090801为方法学验证样品。
2 方法与结果
2.1 色谱条件
色谱柱:Kromasil C18柱 (4.6mm×250mm, 5μm) ;流动相:甲醇∶水 (93∶8) ;流速:1.0mL/min;进样量:20μL;检测波长的选择:203nm。
二极管检测器的色谱峰显示, 薯蓣皂苷元在203nm波长检测时峰面积最大, 参照《中国药典》 (2005版) 一部菝葜项下含量测定方法, 选择检测波长为203nm。
在该色谱条件下, 供试品中薯蓣皂苷元与其他杂质峰能达到基线分离, 理论塔板数按薯蓣皂苷元峰计算暂定为8 000以上。见图1。
2.2 对照品溶液的制备
精密称取薯蓣皂苷元对照品适量, 加甲醇制成0.02mg·mL-1的薯蓣皂苷元溶液, 即得。
2.3 供试品溶液的制备
取装量差异项下的内容物, 研匀, 取约2g, 精密称定, 置平底烧瓶中, 精密加入乙醇100mL、盐酸16mL, 称定重量, 置水浴加热回流提取2h, 取出, 放冷, 加乙醇补足减失重量, 滤过, 精密量取续滤液50mL, 用石油醚60~90℃振摇提取4次, 每次30mL, 合并提取液, 回收溶剂至干, 残渣加甲醇溶解并转移至10mL容量瓶中, 加甲醇至刻度, 摇匀, 滤过, 即得。
2.4 线性关系考察
取薯蓣皂苷元对照品溶液 (1.99mg/mL) , 分别精密吸取0.2、0.5、1.0、1.5、2.0mL, 分别置10mL容量瓶中, 加甲醇至刻度, 摇匀。分别吸取20μL注入高效液相色谱仪, 记录峰面积, 以进样量为横坐标, 峰面积为纵坐标, 绘制标准曲线, 其回归方程:Y=86.627X-0.316 6, 相关系数r=0.999 9。薯蓣皂苷元进样量在0.080 4~0.804μg范围内, 线性关系良好。见表1、图2。
2.5 重复性实验
分别精密称取样品 (批号:20090801) 6份, 按上述方法制备供试品并进行测定, 薯蓣皂苷元平均含量为2.22mg/g, RSD为0.89%, 见表2。
2.6 精密度实验
采用加样回收法, 精密称取本品 (批号:20090801) 适量, 共6份, 精密加入对照品溶液 (0.212mg/mL) 0.5、0.6、1.0mL各2份, 按上述方法制备供试品, 测定供试品中薯蓣皂苷元的含量, 分别计算回收率, 并计算RSD。结果见表3。
2.7 耐用性试验
2.7.1 不同提取方法选择取本品约2g, 精密称定, 置平底烧瓶中, 分别按下面方法提取, 滤过, 取滤液, 测定。结果见表4。
方法1:精密加入乙醇100mL, 超声处理30min, 放冷, 用乙醇补足减失重量, 滤过, 精密量取续滤液50mL, 加盐酸8mL, 置水浴中加热回流提取2h, 取出, 放冷, 用石油醚 (60~90℃) 振摇提取4次, 每次30mL, 合并提取液, 回收溶剂至干, 残渣加甲醇溶解并转移至10mL容量瓶中, 加甲醇至刻度, 摇匀, 滤过, 即得。
方法2:精密加入乙醇100mL, 称重, 置水浴中加热回流提取2h, 放冷, 用乙醇补足减失重量, 滤过, 精密量取续滤液50mL, 加盐酸8mL, 置水浴中加热回流提取2h, 取出, 放冷, 用石油醚 (60~90℃) 振摇提取4次, 每次30mL, 合并提取液, 回收溶剂至干, 残渣加甲醇溶解并转移至10mL容量瓶中, 加甲醇至刻度, 摇匀, 滤过, 即得。
方法3:精密加入乙醇100mL和盐酸16mL, 称定重量, 置水浴中加热回流提取2h, 取出, 放冷, 用乙醇补足减失重量, 滤过, 精密量取续滤液50mL, 用石油醚 (60~90℃) 振摇提取4次, 每次30mL, 合并提取液, 回收溶剂蒸干, 残渣加甲醇溶解并转移至10mL容量瓶中, 加甲醇至刻度, 摇匀, 滤过, 即得。
由结果可知, 回流提取效率高于超声处理, 方法2、方法3的提取效率相近, 但方法3提取时间较方法2短, 故采用方法3制备供试品溶液。
2.7.2 提取溶剂量及提取时间的选择取本品约2g, 精密称定, 置平底烧瓶中, 按表5操作方法测定。结果见表5。
由表5可知, 回流水解2h, 薯蓣皂苷元含量最高;溶剂量少其含量偏低, 可能因为溶剂量少时, 药粉水解不完全。
2.7.3石油醚提取次数的确定取本品约2g, 精密称定, 置平底烧瓶中, 按表6操作方法测定。结果见表6。
由表6可知, 提取4次与提取5次无差异, 说明提取4次已完全。
2.7.4 稳定性试验取供试品溶液 (批号:20090801) , 按“2.1”项色谱条件, 每隔一定时间进样1次, 测定峰面积, 计算RSD, 结果表明:供试品溶液在室温下放置8h内基本稳定。见表7。
2.8 样品测定结果
按上述方法对11批样品进行测定, 结果见表8。
由于药材产地及采收季节的不同, 药材中薯蓣皂苷的含量差异较大;根据上述结果, 暂定本品薯蓣皂苷元 (C27H42O3) 含量为每袋不得少于1.0mg。
3 讨论
参考相关资料, 采用高效液相色谱法对本品薯蓣皂苷元的含量进行测定, 并进行方法学验证。高效液相色谱法测定金刚滕颗粒的薯蓣皂苷元含量操作相对简便, 结果准确, 重现性好, 可作为本制剂的含量测定方法。
参考文献
[1]国家药典委员会.中华人民共和国药典[S].一部.北京:化学工业出版社, 2005, 216.