金刚石滚轮磨料的性质

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      1. 金刚石滚轮磨料的性质

 

        1. 物理性质:

金刚石属于超硬磨料,是自然界中已知最坚硬的物质,分天然金刚石和人造金刚石两类。天然金刚石属于立方晶系,是具有规则晶格严格构造的晶体,其价格昂贵;人造金刚石含有少量的杂质[1],价格低廉,但都具有优良的力学等物理性质。在金刚石晶体中,碳原子按四面体成键方式互相连接,碳原子位于四面体的角顶及中心,呈现高度的对称性,同时原子的共价键饱和,且方向性很强[2],指向正四面体四个顶角,晶体内部结合牢固,宏观上表现出其极高的硬度及耐磨性[3],结构如图 1.1 所示。然而,金刚石晶体本身各向异性: 首先表现在硬度上,金刚石在不同晶面上硬度不同,如图 1.2  所示中,111)晶面硬度最大, 形状表现为八面体晶面, 110晶面硬度其次,形状表现为菱形十二面体晶面,

211晶面硬度最差,形状表现为四角三八面体晶面;同时在同一晶面不同晶向上金刚石硬度不同,例如在100面上,[011]晶向的硬度大于[001][010]晶向上的硬度;其次表现在抗磨性上,硬度越大,一般抗磨性越强,同样的,金刚石晶面晶向上硬度越大, 则对应的抗磨性也就越强,反之抗磨性越小;最后,金刚石各向异性还表现在脆性上, 金刚石111晶面网内共价键的密度相对大,但网间共价键的密度相对较小,该面容易发生解理,110221两晶面次之,其它晶面最不易解理,其脆性也就依次增强,另外,金刚石的脆性还与晶体完整程度和晶面间距有关。

金刚石还具有抗压强度高,导热性好,电流阻抗、防腐能力及低的热膨胀率优良等物理性能,其主要物理性能如表 1.1 所示:

1.1 金刚石主要物理性能[4,5]

 

密度ρ

g/cm3

显微硬度

kg/mm2

熔点 抗压强

oC Mpa

热导率λ

W/m•k

热扩散率α

cm2/s

比热c J/g•k

晶格常数

nm

 


3.47-3.56 8600-10600 3700±100 10650 2000 0.78-0.83 0.502 0.35675

 

 

        1. 化学性质

金刚石具有非常稳定的化学性质,与盐酸、硝酸、氢氟酸甚至王水等几乎所有的酸即使在高浓度、高温下也不发生作用,但在碱、NaClO4 含氧盐类和高温下氧气、COH2CO2、过渡元素金属等环境,容易被氧化或浸蚀。主要化学性质如下:

1)亲油性

金刚石原子核外电子 sp3 杂化排布形成其非极性键,根据相似相容原理,故金刚石具有亲油疏水性。

  1. 高温下热稳定性

常温下,金刚石对所有的化学试剂都呈现惰性,具有很强的化学稳定性。高温下,会与一些较强的的氧化剂反应,研究中多在金刚石与氧气的化学作用,有着重要的现实意义和价值。纯氧环境中,金刚石 600℃开始失去光泽,720℃开始燃烧,方程式:C+O2=CO2;在空气中

740~840℃开始氧化,较不完整金刚石 600℃左右发生氧化,燃烧温度须加热至 850~1000[6] 在真空中 800~1000oC 时金刚石晶体表面发生石墨化现象:

C >850o C®C

金刚石 非氧介质 石墨

(110)晶向石墨化速度最快;在惰性气体的氛围中大于 1700℃时,整个晶体迅速发生石墨化[1]。但 700~1000℃时,金刚石在极少的氧气的环境中会发生石墨化,此时氧气起着主要作用:

2C金刚石 + O2  = 2CO

2CO+C金刚石 ® CO2 + 2C石墨

  1. 与金属元素的化学作用

金刚石与金属的化学作用有两类。一类是某些金属,特别是过度金属元素的第 VII  VIII

两簇元素,液相状态可以作为溶剂溶解金刚石,如铁、钴、镍等,同时它们还是金刚石石墨化

 

转变的良好触媒,在高温液相铁对金刚石热腐蚀金刚石,一方面促使金刚石石墨化,一方面生 Fe3C。另一类是与金刚石的 C 原子发生反应生成难容稳定化合物的金属,在高温下它们与 C 原子相互亲合扩散,生成相应的碳化物,极大的降低金刚石硬度,如钒、钨、钛等[6]

2020年3月26日 08:05
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