Kwaliteitsmetingen en -controles op diamanten

Diamant is hét belangrijkste onderdeel van een diamantgereedschap, de juiste keuze is dan ook doorslaggevend! Aangezien de diamant als eerste bij het snijden wordt ingezet, kan de keuze van de juiste diamant voor een toepassing redding brengen bij een verkeerde vorm.

Daarom werkt Diarotech enkel met ‘premium grade’-diamanten die aan de strengste kwaliteitscontroles voldoen.

Controle van de morfologie

De meest perfecte vorm van een diamant is de zogenaamde ‘regelmatige cubo-octaëder’.

Deze morfologie biedt de beste mechanische weerstand door spanningsconcentraties en zo beginnende breuken te vermijden.

Bovendien zorgt de regelmatige vorm voor een homogene verdeling en optimale zetting van de diamanten in het gereedschap.

Deze diamanten worden geselecteerd met behulp van een triltafel, waarbij de kubusvormige achtvlakken, die dicht bij de bolvorm aanleunen, snel in de eerste opvangbakken rollen, terwijl de meer onregelmatige of minder bolvormige exemplaren zich langzamer verplaatsen en in de laatste bakken terechtkomen.

Het resultaat wordt via optische 3D-microscopie met hoge resolutie gecontroleerd.

Controle van de korrelgrootteverdeling

Een zo gering mogelijke korrelgrootteverdeling is van uitermate groot belang. De toepassing en het geboorde gesteente bepalen immers de keuze van de grootte en de volumeconcentratie van de diamant. Tijdens het productieproces wordt aldus een welbepaalde volumeconcentratie beoogd. Bij een vaste volumeconcentratie kan de afwijkende nominale grootte van de diamant immers een zeer grote invloed hebben op het aantal diamanten in het gereedschap.

Wat ook blijkt uit onderstaande grafiek. Het aantal diamanten per karaat wijzigt exponentieel in functie van de grootte van de diamanten.

Bovendien zorgt een gecontroleerde korrelgrootteverdeling ook voor een homogene verdeling van de diamanten in het gereedschap.

Deze fijne korrelgrootteverdeling wordt verkregen door een nauwkeurige zeving met behulp van genormeerde zeven waarvan de afmetingen dicht bij elkaar aanleunen.

Ten slotte wordt de korrelgrootteverdeling via twee verschillende methoden gecontroleerd:

Zeven en wegen of Tellen en meten via optische microscopie

Controle van de chemische zuiverheid

Sinds de jaren 90 en om economische redenen worden voor de vervaardiging van gereedschap voornamelijk synthetische diamanten gebruikt.

Deze diamanten worden gesynthetiseerd via een procedé onder hoge druk en bij hoge temperatuur (HPHT), waarbij chemische katalysatoren moeten worden toegevoegd om diamant te verkrijgen. Deze katalysatoren alsook andere chemische stoffen komen als contaminanten in de verkregen diamanten terecht.

Deze contaminanten zijn uiteindelijk schadelijk voor de mechanische eigenschappen van de diamanten, alsook voor hun temperatuurbestendigheid. Dit laatste punt is vooral cruciaal voor de weerstand van de diamanten tegen grafietvorming tijdens de productiefasen van het diamantgereedschap (sinteren, solderen, infiltratie …). Deze grafietvorming is namelijk zelf verantwoordelijk voor een vermindering van de mechanische eigenschappen.

Er bestaan twee methoden om deze aspecten, met name de chemische zuiverheid en de grafietvorming van de diamant, te controleren.

  • Meting van de magnetische gevoeligheid van de diamant en magnetische sortering

De meeste contaminanten in diamanten, zoals ijzer of nikkel, zijn ferromagnetische verbindingen (aangetrokken door magneten), terwijl de diamant zelf diamagnetisch is (ongevoelig voor magneten). Door de magnetische gevoeligheid van de diamant te meten, kan de zuiverheidsgraad ervan dus goed worden ingeschat.

Zo kunnen we in het bovenstaande voorbeeld concluderen dat de diamant van leverancier A minder contaminanten bevat. Deze diamant zal betere mechanische eigenschappen hebben en tijdens het productieproces van Diarotech minder gevoelig zijn voor grafietvorming.

Verder is het ook mogelijk om binnen een batch de zuiverste diamanten te selecteren via magnetische sortering.

  • Meting van de mate van grafietvorming

Diamant is een allotrope vorm van koolstof, waarbij elk koolstofatoom in de drie richtingen verbonden is met 4 andere koolstofatomen. Deze allotrope vorm is zogenaamd ‘metastabiel’ en heeft de neiging zich om te vormen tot de stabiele vorm van koolstof: grafiet. Grafiet is een andere allotrope vorm van koolstof, waarbij elk koolstofatoom slechts met drie andere koolstofatomen in het vlak verbonden is en zo een gelaagde structuur met zeer bescheiden mechanische eigenschappen vormt.

Om een onderscheid te maken tussen de beide allotrope vormen, bestaan er verschillende technieken voor moleculaire en/of structurele analyse. De door Diarotech gekozen techniek is de Raman-spectroscopie, die bijzonder doeltreffend is voor het karakteriseren van de verschillende allotrope vormen van koolstof.

Zo karakteriseren we onder andere de hoogte, de breedte en de verschuiving van de piek van de diamant tot 1334cm-1. In het voorbeeld hiernaast zal de diamant van leverancier B niet worden weerhouden omdat de piek ervan breder, minder hoog en naar links verschoven is.

We controleren ook of er geen piek is bij 1580cm-1 wat overeenkomt met grafiet.

Controle van de taaiheid van de diamant

Een van de mechanische eigenschappen die bij diamant worden gevraagd, is uiteraard de hardheid, die nodig is voor een goed snijvermogen. Maar van een diamant wordt ook gevraagd dat ze taai is! Met andere woorden: breukvast.

Inderdaad: in alle snijprocedés waarbij diamant wordt gebruikt, doen zich trillingsverschijnselen voor. De minst taaie diamanten lopen het risico om door deze mechanische belastingen te breken.

Om de taaiheid van diamanten te beoordelen, voert Diarotech ‘Friatests’ uit. Bij deze tests wordt een diamant van 2 karaat in een tegen 2400 omw/min trillend glas met een stalen bolletje geplaatst. Met regelmatige tussenpozen wordt via zeving de hoeveelheid diamant bepaald die tijdens het proces verbrijzeld is. Door interpolatie wordt geschat hoeveel trillingen nodig zijn om 50 % van de aanwezige diamanten (hetzij 1 karaat) te verbrijzelen.

Deze test kan zowel vóór thermische behandeling (TI) als na thermische behandeling (TTI) worden uitgevoerd, en met diamanten van verschillende groottes.

Zo wordt in de bovenstaande grafiek, waarin de resultaten van 8 ‘Friatests’ zijn opgenomen, aangetoond dat de diamanten van leverancier B taaier zijn dan die van leverancier A, en dit ongeacht de grootte van de geteste diamant en zowel vóór als na thermische behandeling.