CN116008095A - 一种用于评价聚晶金刚石零件d-d键浓度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超硬材料技术领域，具体涉及一种用于评价聚晶金刚石零件D‑D键浓度的方法。该方法包括，准备聚晶金刚石零件的测试片，测试片的两侧面相互平行，通过弯曲测试，测试测试片的抗弯强度，通过抗弯强度大小反映不同聚晶金刚石零件的测试片的D‑D键浓度大小，以解决现有技术中无法直观、准确地评价不同聚晶金刚石样本中的D‑D键浓度大小的技术问题。

Description

一种用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法

技术领域

本发明涉及超硬材料技术领域，具体涉及一种用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法。

背景技术

聚晶金刚石复合片为复合材料，其是由预合成的金刚石微粉作为原料，硬质合金作为基底，在高温高压下烧结而成。这样生产出的聚晶金刚石复合片兼具金刚石的硬度和硬质合金的优异韧性，大多数人工合成的硬质材料均难以与之抗衡。

其中，在聚晶金刚石复合片中提供主要强度的结构层为聚晶金刚石层，从烧结材料的研究及理论表明，聚晶金刚石的生长、烧结时结合剂的扩散、键之间的结合、相转变以及冲击性、耐磨性、热稳定性等服役特性均与材料的显微结构中的D-D键紧密相关，即在聚晶金刚石中，D-D键的浓度决定着聚晶金刚石的强度，实际上，在一定范围内，聚晶金刚石的D-D键浓度越大，其抗弯强度越高，这也是判定聚晶金刚石烧结情况的最根本的定义。

在现有技术中，针对不同聚晶金刚石的D-D键浓度的大小判断，一直没有直观的判定方法。一般是通过SEM(扫描电子显微镜)观察的方法直接对单个聚晶金刚石的围观区域进行观察，以判断不同聚晶金刚石中的D-D键结合情况，但是利用SEM观察的方法观察D-D键浓度存在一定的弊端：

(1)通过SEM进行观察时通常需要利用EDS(能谱仪)，EDS能够对材料微区成分元素种类与含量进行分析，但是由于D-D键的生成往往通过金刚石界面生成，而EDS元素扫描也是利用元素C，因此在实际使用时扫描效果不好，不易与金刚石区分，无法准确判断聚晶金刚石样本的D-D件结合情况。

(2)SEM在实际使用时观察区域极小，一般其视聚晶的晶粒的大小需要将放大倍数设置在1000倍及以上，因此在实际观察时，利用SEM无法反映出整个聚晶金刚石的D-D键浓度情况，因此这种方法对聚晶金刚石的D-D键浓度情况观察不具有普遍性，无法直观评价整个聚晶金刚石的D-D键浓度，进而无法利用该方法判断不同聚晶金刚石样本的D-D键浓度大小。

(3)利用SEM只能进行微观区域的结合情况观察，因此该方法无法将D-D键的浓度、结构形态与聚晶金刚石的实际强度结合分析，即其观察出的D-D键无法直观反映出聚晶金刚石的实际强度，因此该方法不具有实用性，进而无法利用该方法判断不同聚晶金刚石样本的D-D键浓度大小。

综上，如何能够直观、准确地评价不同聚晶金刚石样本中的D-D键浓度大小是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法，以解决现有技术中无法直观、准确地评价不同聚晶金刚石样本中的D-D键浓度大小的技术问题。

为实现上述目的，本发明的一种用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法的技术方案是：

一种用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法，准备聚晶金刚石零件的测试片，测试片的两侧面相互平行，通过弯曲测试，测试测试片的抗弯强度，通过抗弯强度大小反映不同聚晶金刚石零件的测试片的D-D键浓度大小。

有益效果：本发明开拓式地设计了一种评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法，通过令聚晶金刚石零件的测试片的两侧面平行，能够使得测试片的厚度一致，保证在进行弯曲测试时，测试结果能够准确反映出该聚晶金刚石零件的抗弯强度，而利用测试得出的抗弯强度能够直观反映出该被测的聚晶金刚石零件的D-D键浓度，进而针对多个聚晶金刚石零件样本，可以通过对比抗弯强度大小来反映各样本的D-D-键浓度大小，以此解决现有技术中无法直观、准确地评价不同聚晶金刚石样本中的D-D键浓度大小的技术问题。

进一步地，所述测试片为聚晶金刚石复合片中的聚晶金刚石层，在准备测试片时，包括首先对聚晶金刚石复合片沿横向进行切割，切割完之后保留包含合金基底以及聚晶金刚石层的部分，形成测试片胚料，对测试片胚料进行打磨，去除合金基底并在打磨时保证聚晶金刚石层的两侧面平行。

有益效果：通过上述设计，一方面能够用于评价不同的聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层的D-D键浓度大小，另一方面对聚晶金刚石复合片的合金基底进行切割，能够减小后续打磨加工得到测试片的时间，提高作业效率。

进一步地，在打磨时，以聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层的表面为基准面进行打磨加工。

有益效果：利用聚晶金刚石层的表面为基准面，只需对相对侧面进行打磨加工便能够得到两侧面相互平行的聚晶金刚石层，进而减少加工步骤，提高工作效率，同时能够便于保证两侧面的平行度，保证测试准确性。

进一步地，在打磨结束后，对聚晶金刚石层背向聚晶金刚石层表面的侧面进行研磨以降低粗糙度。

有益效果：通过上述设计，通过研磨降低粗糙度，能够使得该侧面光滑，进而在进行弯曲测试时，不会由于该侧面粗糙度较大影响抗弯强度测试结果，保证测试结果准确性。

进一步地，在切割时，在聚晶金刚石复合片靠近合金基底与聚晶金刚石层结合处的位置进行切割。

有益效果：通过上述设计，能够使得切割面尽可能地靠近聚晶金刚石层，进而减少获得聚晶金刚石层时所需打磨加工的厚度，减少打磨时间，提高工作效率。

进一步地，所述弯曲测试为三点弯曲测试，在准备测试片时，还包括以垂直于聚晶金刚石层的表面的方向，对测试片胚料沿纵向至少切割出一个切割侧边，并且该切割侧边的长度不小于三点弯曲测试的最小跨距。

有益效果：通过上述设计，在实际测试时，只要保证三点弯曲测试的跨距延伸方向平行于切割出的侧边方向便能够保证测试结果准确性，降低测试难度，提高测试准确性。

进一步地，切割侧边包括两个，两个切割侧边在横向上间隔布置，并且两切割侧边相互平行。

有益效果：通过上述设计，进行三点弯曲测试时的测试点只要设置在两侧边之间便能够保证测试结果的准确性，降低测试难度。

进一步地，所述弯曲测试为三点弯曲测试。

有益效果：利用三点弯曲测试进行弯曲测试，测试结果可靠，测试过程简便。

附图说明

图1是本发明一种用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法实施例1的聚晶金刚石复合片的俯视图；

图2是本发明一种用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法实施例1的聚晶金刚石复合片的正视图；

图3是本发明一种用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法实施例1的聚晶金刚石复合片切割掉部分合金基底的正视图；

图4是本发明一种用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法实施例1的聚晶金刚石复合片仅保留聚晶金刚石层的正视图；

图5是本发明一种用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法实施例1的聚晶金刚石层加工出两平行切割侧边的俯视图；

图6是本发明一种用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法实施例1的聚晶金刚石层加工出两平行切割侧边的正视图。

附图标记说明：

1、聚晶金刚石层；11、聚晶金刚石层表面；2、合金基底；3、合金槽型；4、切割侧边。

具体实施方式

本发明的一种用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法，通过令聚晶金刚石零件的测试片的两侧面平行，能够使得测试片的厚度一致，保证在进行弯曲测试时，测试结果能够准确反映出该聚晶金刚石零件的抗弯强度，而利用测试得出的抗弯强度能够直观反映出该被测的聚晶金刚石零件的D-D键浓度，进而针对多个聚晶金刚石零件样本，可以通过对比抗弯强度大小来反映各样本的D-D键浓度大小。

本发明所提供的一种用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法的具体实施例1：

在本实施例中，为方便描述，设定如图2所示的聚晶金刚石复合片中的聚晶金刚石层1在合金基底2的上方，横向为左右方向，纵向为聚晶金刚石复合片的轴向。

在本实施例中用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法中，首先，准备聚晶金刚石零件的测试片，测试片的上下两侧面相互平行，之后通过弯曲测试，测试测试片的抗弯强度，通过抗弯强度大小反映不同聚晶金刚石零件的测试片的D-D键浓度大小，并且在本实施例中，弯曲测试为三点弯曲测试。当然在其他实施例中，还可以用其他方式进行弯曲测试，如四点弯曲测试，只要能够满足测试需求即可。

在进行三点弯曲测试时，其测试公式为

其中，R为抗弯强度，F为破坏载荷，L为跨距，b为如图6所示的聚晶金刚石层1的宽度，h为如图5、6所示的聚晶金刚石层1的厚度。在进行三点弯曲测试时利用的测试仪器为万能测试机(图中未示出)，万能测试机的上端设置有施压件，下端设置有用于支撑待测样本的卡具，卡具的两个支撑点之间的间距即为跨距L，万能测试机的具体结构以及其使用方法为现有技术，在此不再赘述。

如图1、2所示，聚晶金刚石复合片包括聚晶金刚石层1以及合金基底2，合金基底2的上端面为合金槽型3，合金槽型3是用于增加合金基底2与烧结完成的聚晶金刚石层1之间的连接强度。在本实施例中，聚晶金刚石零件的测试片为聚晶金刚石复合片中的聚晶金刚石层1。

在准备测试片时，如图1所示，包括首先对聚晶金刚石复合片沿横向进行切割，切割完之后，如图3所示，得到保留包含合金基底2以及聚晶金刚石层1的部分，形成测试片胚料，之后再对测试片胚料进行打磨，去除合金基底2并在打磨时保证聚晶金刚石层1的上下两侧面平行。这样设置，通过对聚晶金刚石复合片的合金基底2进行切割，能够减小后续打磨加工得到测试片的时间，提高作业效率。

其中，在打磨时，如图3所示，以聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层1的表面为基准面进行打磨加工。并在打磨结束后，如图4所示，对聚晶金刚石层1背向聚晶金刚石层表面11的侧面进行研磨以降低粗糙度。此时得到的聚晶金刚石层1如图4、6所示，该聚晶金刚石层1的上下两侧面相互平行，上下两侧面的厚度即为测试公式中的厚度h。这样设置利用聚晶金刚石层1的表面为基准面，只需对上下两相对侧面进行打磨加工便能够得到两侧面相互平行的聚晶金刚石层1，进而减少加工步骤，提高工作效率，并且能够便于保证两侧面的平行度，保证测试准确性。同时通过研磨能够降低聚晶金刚石层1下侧面的粗糙度，使得该侧面光滑，进而在进行三点弯曲测试时，不会由于该侧面粗糙度较大影响抗弯强度测试结果，保证测试结果准确性。

在切割时，如图3所示，在聚晶金刚石复合片靠近合金基底2与聚晶金刚石层1结合处的位置进行切割，即靠近合金槽型3的下方进行切割。这样能够使得切割面尽可能地靠近聚晶金刚石层1，进而减少获得聚晶金刚石层1时所需打磨加工的厚度，减少打磨时间，提高工作效率。

在本实施例中，在准备测试片时，如图5、6所示，以垂直于聚晶金刚石层1的表面的方向，对测试片胚料沿纵向切割出两个切割侧边4，这两个切割侧边4在横向上间隔布置并且相互平行。同时如图6所示，这两个切割侧边4的长度均不小于万能测试机进行三点弯曲测试能够达到的最小跨距。如图5、6所示，两切割侧边4在横向上的间距即为测试公式中的宽度b,以此得到待测样本。这样便得到了厚度为h,宽度为b的测试片。这样在实际测试时，只要保证三点弯曲测试的跨距延伸方向平行于切割出的侧边方向便能够保证测试结果准确性，降低测试难度，提高测试准确性。同时进行三点弯曲测试时的测试点只要设置在两侧边之间便能够保证测试结果的准确性，降低测试难度。

在本实施例中，在进行测试时，首先将如图5所示的待测的聚晶金刚石层1放到万能测试机的卡具上，并且卡具的支撑点处于单侧的切割侧边4的长度之内，设定跨距L，之后启动万能测试机，试压件进行施加载荷直至待测的聚晶金刚石层1断裂结束测试，此时得到测试公式中的载荷F。

将F、L、b、h代入测试公式，便能够得到该待测的聚晶金刚石层1的抗弯强度R，之后依次对其他的聚晶金刚石层1样本按照上述步骤进行测试，得到相应的抗弯强度R，通过比对不同的聚晶金刚石层1样本的抗弯强度R的大小便能够得到不同的聚晶金刚石层1样本的D-D键浓度大小，以此直观、准确地评价不同聚晶金刚石复合片中的聚晶金刚石层1的D-D键浓度大小。

在其他实施例中，聚晶金刚石零件的测试片还可以为纯结晶的聚晶金刚石片，通过上述方法也可对不同样本的聚晶金刚石片进行测试，以评价不同样本的聚晶金刚石片的D-D键浓度大小。

综上，本发明的用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法，通过令聚晶金刚石零件的测试片的两侧面平行，能够使得测试片的厚度一致，保证在进行弯曲测试时，测试结果能够准确反映出该聚晶金刚石零件的抗弯强度，而利用测试得出的抗弯强度能够直观反映出该被测的聚晶金刚石零件的D-D键浓度，进而针对多个聚晶金刚石零件样本，可以通过对比抗弯强度大小来反映各样本的D-D-键浓度大小，以此解决现有技术中无法直观、准确地评价不同聚晶金刚石样本中的D-D键浓度大小的技术问题。

本发明的用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法的实施例2：

本实施例提供了一种对测试片胚料不同的打磨方式，与实施例1的不同之处在于，在本实施例中，对于本身厚度超薄的聚晶金刚石复合片，可以不进行切割直接对合金基底进行打磨加工以得到聚晶金刚石层。

本发明的用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法的实施例3：

本实施例提供了一种的得到测试片的不同的加工方式，与实施例1的不同之处在于，在本实施例中，在满足使用要求的情况下，在打磨结束后，可以不对聚晶金刚石层的下侧面研磨。

本发明的用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法的实施例4：

本实施例提供了一种不同的切割方式，与实施例1的不同之处在于，在本实施例中，在满足使用要求时，可以在聚晶金刚石复合片，稍微远离合金基底与聚晶金刚石层结合处进行切割。

本发明的用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法的实施例5：

本实施例提供了一种不同的准备测试片的方式，与实施例1的不同之处在于，在本实施例中，在满足使用要求时，在聚晶金刚石层上可以不切割侧边，此时在测试时，需要保证跨距的延伸方向与聚晶金刚石层的直径重合以保证测试准确性。

本发明的用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法的实施例6：

本实施例提供了一种的不同数量的切割侧边，与实施例1的不同之处在于，在本实施例中，在满足使用要求时，可以仅切割一个切割侧边。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法，其特征在于，准备聚晶金刚石零件的测试片，测试片的两侧面相互平行，通过弯曲测试，测试测试片的抗弯强度，通过抗弯强度大小反映不同聚晶金刚石零件的测试片的D-D键浓度大小。

2.根据权利要求1所述的用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法，其特征在于，所述测试片为聚晶金刚石复合片中的聚晶金刚石层(1)，在准备测试片时，包括首先对聚晶金刚石复合片沿横向进行切割，切割完之后保留包含合金基底(2)以及聚晶金刚石层(1)的部分，形成测试片胚料，对测试片胚料进行打磨，去除合金基底(2)并在打磨时保证聚晶金刚石层(1)的两侧面平行。

3.根据权利要求2所述的用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法，其特征在于，在打磨时，以聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层(1)的表面为基准面进行打磨加工。

4.根据权利要求3所述的用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法，其特征在于，在打磨结束后，对聚晶金刚石层(1)背向聚晶金刚石层表面(11)的侧面进行研磨以降低粗糙度。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法，其特征在于，在切割时，在聚晶金刚石复合片靠近合金基底(2)与聚晶金刚石层(1)结合处的位置进行切割。

6.根据权利要求2-4任意一项所述的用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法，其特征在于，所述弯曲测试为三点弯曲测试，在准备测试片时，还包括以垂直于聚晶金刚石层(1)的表面的方向，对测试片胚料沿纵向至少切割出一个切割侧边(4)，并且该切割侧边(4)的长度不小于三点弯曲测试的最小跨距。

7.根据权利要求6所述的用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法，其特征在于，切割侧边(4)包括两个，两个切割侧边(4)在横向上间隔布置，并且两切割侧边(4)相互平行。

8.根据权利要求1所述的用于评价聚晶金刚石零件D-D键浓度的方法，其特征在于，所述弯曲测试为三点弯曲测试。

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