一、前 言
       磨料（剛玉、碳化硅、人造金剛石）在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)中正被廣泛在機(jī)械加工、耐火材料和工程陶瓷領(lǐng)域采用。它們的主要特性表現(xiàn)是：硬度高、耐高溫性能好，特別是Sic的高耐蝕和正溫度特性（即與金屬相反，在1600℃以下，溫度越高抗折強(qiáng)度越高），在工程陶瓷和高溫耐火材料領(lǐng)域起著不可替代的作用。
       也正因?yàn)槿绱耍罱?0年中國的磨料工業(yè)突飛猛進(jìn)、高速發(fā)展，其產(chǎn)能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國內(nèi)需求。在當(dāng)前國家對(duì)過剩產(chǎn)能企業(yè)進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整的時(shí)期，磨料行業(yè)能夠維持生存與發(fā)展的唯一途徑就是參入質(zhì)量競爭。
       現(xiàn)在市場(chǎng)的形勢(shì)是：好料不愁賣。那么，什么是好料呢？
       1、內(nèi)部結(jié)晶完整的
       不論是剛玉還是碳化硅，它們都是在高溫下結(jié)晶而成，從而得到高硬度等物理性能。因此原材料的品質(zhì)和冶煉過程的完善是決定其內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)鍵，如在原材料中加入添加某種元素，則會(huì)引起性能的變化，如鋯剛玉、鐠銣剛玉......。
       同時(shí)，冶煉過程也是結(jié)晶過程，當(dāng)晶型成為“自形晶”時(shí)，則抗折強(qiáng)度很高，這種磨料也會(huì)成為優(yōu)質(zhì)磨料；當(dāng)晶型成為“半自形晶”或“它形晶”時(shí)，抗折強(qiáng)度會(huì)大幅下降，人們常說它“沒煉熟”或“煉過了”。
       2、體表征特性
       磨料表面的清潔度和顆粒形狀是影響使用性能的重要指標(biāo)。磨料的清潔度與它的親水性密切相關(guān)，親水性好的做成制品時(shí)結(jié)合強(qiáng)度高，水洗砂的清潔度一般96%左右，清吹砂的清潔度在98%左右，根據(jù)1999年第七砂輪廠的試驗(yàn)結(jié)果，清吹砂的親水性是水洗砂的2倍。
磨料的顆粒形狀根據(jù)用途不同而有不同要求，提供做耐材的磨料要求顆粒形狀接近球形，堆積密度高，以獲得較高的生坯強(qiáng)度，目前多數(shù)企業(yè)采用巴馬克或球磨機(jī)破碎。F砂主要作為磨削用途，要求磨粒成等積形，以求保持鋒利的切削刃和耐磨性，提高磨削效率，加工時(shí)一般采用多級(jí)對(duì)輥，現(xiàn)列表簡述如下：        根據(jù)當(dāng)前行業(yè)的現(xiàn)狀，解決磨粒體表質(zhì)量的辦法已經(jīng)基本成熟，而評(píng)價(jià)磨料內(nèi)部質(zhì)量的生產(chǎn)檢測(cè)辦法卻相對(duì)缺乏。
       由此，磨料的內(nèi)在質(zhì)量成了各生產(chǎn)企業(yè)之間產(chǎn)生質(zhì)量差異的主要因素。磨料破碎強(qiáng)度高的結(jié)晶完整，內(nèi)部微裂紋小，使用性能呈現(xiàn)鋒利而且耐用，對(duì)磨粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析可以采用的物理方法很多，如光譜法、巖相分析法......。
       但是這些方法需要相應(yīng)的精密儀器和相當(dāng)技術(shù)水平的操作人員，因此探求一種直觀的性能檢測(cè)儀器成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
       本文提出的磨料破碎強(qiáng)度測(cè)定儀經(jīng)過筆者多年探討與試驗(yàn)，取得一定心得，現(xiàn)介紹如下：
       二、測(cè) 量 原 理
       材料的強(qiáng)度是指材料在外力作用下抵抗破壞（永久變形和斷裂）的能力稱為強(qiáng)度。它是一個(gè)應(yīng)力值。
       材料的硬度是指固體材料抗永久形變的特性，是一個(gè)物體侵入另一個(gè)物體的能力。
       硬度和強(qiáng)度是兩個(gè)概念，雖然一般硬度高的材料強(qiáng)度就大，但不是完全如此，如碳化硅的硬度比剛玉高，但不論其屈服強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度都比剛玉低。
       但對(duì)同一種材料而言，材料的破碎強(qiáng)度（即產(chǎn)生永久變形的力）與存在材料內(nèi)部的微裂紋密切相關(guān)，其屈服強(qiáng)度的計(jì)算公式是：
       σ=F/S
       F--材料發(fā)生塑性變形量為原長的0.2%時(shí)所受的力
       S--受力材料的橫截面積
       根據(jù)上述公式，要做出相應(yīng)的生產(chǎn)用測(cè)量儀器會(huì)有一定復(fù)雜程度。但材料強(qiáng)度與其內(nèi)部的微裂紋有關(guān)，內(nèi)部微裂紋多的勢(shì)必容易被擊碎，反映在使用性能方面就是：抗破碎性能很差，做成磨具會(huì)呈現(xiàn)不耐用，做成耐火材料會(huì)反映不結(jié)實(shí)。
       因此，本儀器的設(shè)計(jì)思想就是：采用同一個(gè)力量對(duì)不同試樣進(jìn)行同樣次數(shù)的撞擊，比較不同材料被擊碎的情況，依據(jù)所得參數(shù)評(píng)價(jià)材料的抗破碎性能。
       本儀器采用一個(gè)φ12mm的硬質(zhì)合金球以一定的速度和行程對(duì)試樣進(jìn)行打擊，根據(jù)其試樣破碎的程度來評(píng)價(jià)和比較其破碎強(qiáng)度的。
       三、儀 器 描 述
       見附圖1，外形圖
       儀器共由三部分組成：
       1、主機(jī)：儀器由電機(jī)帶動(dòng)試管以每分鐘180次，行程100mm進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，儀器面板上安裝有預(yù)置電子計(jì)數(shù)器（預(yù)置電子計(jì)數(shù)器為2000次，也可自行調(diào)整），達(dá)到預(yù)定值自動(dòng)停機(jī)。儀器可同時(shí)裝兩個(gè)同樣尺寸的不銹鋼試管，試管內(nèi)裝有同樣規(guī)格的硬質(zhì)合金鋼球，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行比較測(cè)量或單個(gè)測(cè)量。
       2、振篩機(jī)：振篩機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)8411型，振動(dòng)次數(shù)為每分鐘1400次，功率120W，配備有φ20mm的不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)篩，振篩機(jī)面板裝有可預(yù)置電子計(jì)時(shí)器，精確到秒。（推薦值：60秒）
       3、精密天秤：配有可稱500克的精密天秤，精確度為0.01克，數(shù)字帶背光顯示。
       四、試驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)記錄
       1、稱46#料，2克，2份試樣分別裝入試管1、試管2。
       2、在主機(jī)上振動(dòng)2000次，自動(dòng)停機(jī)。
       3、將打碎后的料分別在振篩機(jī)上篩分，篩網(wǎng)布置，40#、46#、60#。
       4、在精密天秤稱60#的篩上物并記錄，其試驗(yàn)結(jié)果如下表：        注：表中的試樣編號(hào)是本實(shí)驗(yàn)室對(duì)來料的編號(hào)，如需查詢，可提供。
       從表二可以看出各樣不同材質(zhì)的抗破碎率（%）依次是：鋯剛玉（63%）＞白剛玉（56%）＞單晶剛玉（55%）＞棕剛玉（46%）＞黑碳化硅（44%）＞鉻剛玉（21%）。從各種材料的抗破碎率看來，所呈現(xiàn)的規(guī)律與傳統(tǒng)的概念基本相符，即：鋯剛玉比白剛玉和棕剛玉抗破碎性能好，棕剛玉比碳化硅的抗破碎性能好。
       但是，上述試樣的來源都是從企業(yè)隨機(jī)取樣的，它不能代表各種材料的完美結(jié)晶，如鉻剛玉試樣的抗破碎率最低就可以說明：雖然預(yù)想中的破碎強(qiáng)度鉻剛玉值應(yīng)大于白剛玉，但試驗(yàn)結(jié)果則相反，甚至低于黑剛玉，如此大的誤差，首先讓我們懷疑到測(cè)量的準(zhǔn)確性， 為了確認(rèn)是否測(cè)量儀器的誤差引起，因此對(duì)這種料進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)，見下表（三）：        根據(jù)重復(fù)性誤差計(jì)算公式：        重復(fù)性誤差近似0.8%，說明測(cè)量結(jié)果是準(zhǔn)確的。那么這種鉻鋼玉怎么也能在市場(chǎng)銷售呢？難道用戶沒反應(yīng)？
為進(jìn)一步驗(yàn)證行業(yè)內(nèi)同種材質(zhì)的質(zhì)量分散情況，從棕剛玉生產(chǎn)比較集中的地區(qū)如：山西、三門峽、貴陽等抽樣檢查，如表（四）結(jié)果：
不同產(chǎn)地的棕剛玉性能比較（表四）        比較不同試樣的抗破碎性能：上述試樣中的最大差值為13.5，最好的為55.5，與鋯剛玉（18#樣為63）相差7.5，最差的為42，與黑剛玉（10#樣為34）相差8.0，由此可見同樣都是棕剛玉，其性能相差卻相當(dāng)懸殊。
       五、結(jié) 語
       作為磨削用途和耐火材料的剛玉、碳化硅的突出性能是它的硬度和強(qiáng)度高。但由于原材料和工藝的不同，不同地區(qū)，不同企業(yè)向市場(chǎng)提供的產(chǎn)品使用性能差別很大。磨料結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生的微裂紋是影響其抗破碎性能的主要因素，本儀器以比較直觀的沖擊破碎取樣法，能夠較準(zhǔn)確的進(jìn)行測(cè)量。
       筆者認(rèn)為磨料的抗破碎性能與其硬度、強(qiáng)度、韌性相關(guān)，但不一定完全對(duì)應(yīng)，作為一種新的使用性能指標(biāo)--破碎強(qiáng)度，它可能將在以下幾個(gè)方面發(fā)揮作用：
       1、為磨料使用單位選擇需要何種破碎強(qiáng)度的材料用。
       2、為磨料生產(chǎn)企業(yè)做為穩(wěn)定工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)手段。
       3、對(duì)同類產(chǎn)品進(jìn)行性能比較測(cè)試用。
       4、為各單位對(duì)磨料制粒加工前，檢測(cè)熔塊質(zhì)量用。
       致謝：本儀器在研發(fā)過程中得到許多單位的大力支持，并熱情提供樣品，特此致謝！