人造金刚石O、N含量检测 热导率 硬度测试

人造金刚石O、N含量检测

人造金刚石中的氧（O）和氮（N）含量是其纯度的重要指标，直接影响其物理和化学性能。检测方法主要包括：

傅里叶变换红外光谱（FTIR）检测：

判定依据：ASTM E2224-19《金刚石中氮杂质测定标准指南》。

检测原理：通过分析金刚石在红外波段的吸收特性，测定氮相关缺陷。例如，Ⅰa型金刚石需测定A中心（1282cm⁻¹）、B中心（1175cm⁻¹）吸收强度比，Ⅱa型金刚石应满足氮含量<10ppm的检测限要求。

氧含量检测：通常结合热重分析（TGA）或二次离子质谱（SIMS）进行，但FTIR也可通过特定波段（如1000-1400cm⁻¹）间接反映氧杂质的存在。

化学分析法：

惰性气体熔融法：将金刚石样品在惰性气体（如氦气）保护下高温熔融，释放的氧和氮通过红外吸收或热导检测器定量分析。

脉冲加热惰性气体熔融法：适用于微量氧和氮的检测，灵敏度更高。

人造金刚石热导率测试

热导率是衡量人造金刚石散热性能的关键参数，其测试方法需根据样品形态（块体、薄膜）和测试精度要求选择：

激光闪光法（LFA）：

技术要求：ASTM E1461-13《闪光法测定热扩散率标准试验方法》。

测试原理：用激光瞬间加热样品的一面，测量另一面温度随时间的变化，计算热导率。

适用条件：25℃条件下测试，Ⅱa型金刚石热导率应≥2000W/(m·K)，Ⅰb型样品需满足≥700W/(m·K)的工业应用下限。样品厚度需控制在500±10μm。

优势：非接触式测量，适用于高温和快速测试需求。

时域热反射法（TDTR）：

测试原理：在金刚石样品上沉积传感层（如铝），通过泵浦-探测激光系统测量温度衰减，评估热传输特性。

适用条件：适用于金刚石薄膜的热导率测试，精度高，可表征亚表面缺陷。

稳态法（导热计法）：

测试原理：将样品置于两个温度不同的平面之间，测量温差和热流密度，利用傅里叶热传导定律计算热导率。

适用条件：适用于较厚的金刚石块体样品，测试时间较长。

人造金刚石硬度测试

硬度是人造金刚石Zui重要的性能指标之一，直接影响其耐磨性和加工精度。测试方法包括：

维氏硬度测试（HV）：

测试原理：通过金刚石四棱锥压头在试样表面施加一定载荷（如98N），测量压痕对角线长度，计算硬度值。

适用条件：适用于高硬度材料的测试，如人造金刚石块体。

标准：ISO 22394:2020《金刚石压痕硬度试验方法》，在0.98N试验力下，维氏硬度应≥100GPa。

努氏硬度测试（HK）：

测试原理：使用菱形压头进行测试，适用于薄层材料和小尺寸试样的硬度测量。

适用条件：适用于金刚石薄膜或涂层材料的硬度测试。

纳米压痕测试：

测试原理：通过纳米级压痕技术，评估材料的硬度和弹性模量。

适用条件：适用于超精密加工领域，如金刚石复合材料的局部硬度分析。

标准：弹性模量测试需满足E=1050±50GPa的基准值，压痕蠕变量应控制在0.5μm/min以内。

洛氏硬度测试（HR）：

测试原理：通过施加一定力将压头压入材料中，测量压痕深度来直接得到材料的洛氏硬度值。

适用条件：适用于人造金刚石砂轮等成型制品的硬度测试。金刚石锥压头（顶角120°，半径0.2mm）是常用选择。