1 前言

陶瓷球廣泛應(yīng)用于軸承滾動體、研磨介質(zhì)、催化劑載體及精密鑄造等領(lǐng)域，其性能穩(wěn)定性直接影響設(shè)備運行與工藝質(zhì)量。在使用過程中，陶瓷球會持續(xù)承受壓力和沖擊載荷，若抗壓強度不足，容易出現(xiàn)破損、磨損甚至污染工藝介質(zhì)。因此，抗壓強度成為評價陶瓷球質(zhì)量性能的重要指標。

由于陶瓷球?qū)儆谟操|(zhì)脆性顆粒，受壓超過臨界值后會發(fā)生斷裂，其強度檢測通常采用球形顆粒抗壓測試方法。本方案依據(jù)GB/T 44750-2024《顆粒 抗壓強度的測量》和GB/T 42539-2023《滾動軸承 軸承用陶瓷球 強度測定》等標準，利用顆粒強度測定儀建立規(guī)范化檢測流程。

該方法操作簡便、結(jié)果穩(wěn)定，適用于氧化鋁球、氮化硅球、氧化鋯球等陶瓷球產(chǎn)品，以及陶瓷生坯球、研磨用陶瓷球的強度評價，可滿足生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量控制、軸承行業(yè)來料檢驗及科研機構(gòu)材料性能分析等應(yīng)用需求。

2 儀器與試劑

2.1 儀器

顆粒強度測定儀；游標卡尺或電子數(shù)顯卡尺；標準分樣篩（根據(jù)陶瓷球粒徑規(guī)格配備）；鑷子等。

圖 1：顆粒強度測定儀外觀圖

2.2 樣品與輔助用品

陶瓷球顆粒；無水乙醇（分析純）；無塵軟毛刷。

3 實驗方法

3.1 樣品準備

樣品預(yù)處理：成品陶瓷球測試前用無水乙醇擦拭表面，自然晾干備用；陶瓷生坯球測試前根據(jù)工藝要求進行必要的干燥處理。生坯球強度遠低于成品球，應(yīng)選用較小量程的顆粒強度測定儀進行測試。

取樣：按照 GB/T 41948《顆粒表征 樣品準備》的規(guī)定進行取樣。從批量產(chǎn)品中隨機采集具有代表性的陶瓷球樣品，取樣量應(yīng)足夠完成全部測試。

樣品挑選：用鑷子從篩分后的樣品中隨機選取 30 粒完整、表面無明顯缺陷的陶瓷球顆粒。

3.2 樣品測試步驟

開機自檢：開啟儀器電源，選擇顆粒類型（陶瓷球?qū)儆诖嘈灶w粒），儀器自動完成整機自檢。

壓桿自動升降歸零，自檢完成后，界面顯示“待檢測"。

模式選擇：選擇球形顆粒檢測界面，清空歷史測試數(shù)據(jù)。

樣品放置：用鑷子夾取 1 顆陶瓷球顆粒平穩(wěn)放置于樣品托盤中心區(qū)域，保證顆粒居中無傾斜。

啟動測試：點擊“開始"進行測試。壓桿勻速向下運動，接觸樣品后實時顯示當前壓力值。

數(shù)據(jù)采集：儀器持續(xù)實時采集壓力數(shù)值，陶瓷球顆粒受壓破碎瞬間蜂鳴報警，設(shè)備自動記錄

破碎峰值壓力，壓桿自動回升至初始位置，單次測試數(shù)據(jù)自動存入系統(tǒng)。

清理托盤：單次測試完成后，用毛刷清掃托盤內(nèi)陶瓷碎屑，再進行下一粒測試。

平行測試：每組連續(xù)有效測試 15 粒，中途若顆粒打滑、未破碎觸發(fā)超壓保護，點擊“停止"舍棄本次數(shù)據(jù)，重新檢測。

3.3 儀器操作說明

顆粒類型選擇：開機主界面選擇“脆性顆粒"（陶瓷球?qū)儆诖嘈灶w粒）。

清零：如儀器不顯示“0"，點擊“清零"按鍵。

查看數(shù)據(jù)：點擊“查看"進入查看界面，可存儲 15 次測試數(shù)據(jù)，保存平均值及變異系數(shù)。

打印：點擊“打印"打印本輪測試數(shù)據(jù)。

清空：點擊“清空"清空本輪測試數(shù)據(jù)粒。

圖 2：樣品測試過程

4 結(jié)果與討論

4.1 結(jié)果統(tǒng)計

儀器自動存儲 15 組單粒顆粒破碎壓力值，自動計算：

單粒顆粒強度：破碎瞬間最大壓力，單位 N；

批次平均顆粒強度：15 組數(shù)據(jù)算術(shù)平均值，單位 N；

變異系數(shù) Cv：反映陶瓷球顆粒強度均勻性，用于評價生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性。

無需額外換算公式，直接以儀器輸出平均壓力作為最終檢測結(jié)果。

4.2 測試結(jié)果

圖 3：顆粒強度測試數(shù)據(jù)圖

4.3 精密度

變異系數(shù)越小，說明顆粒均勻性越好。顆粒的形狀、大小及制備工藝的一致性會影響顆粒的

顆粒強度結(jié)果。

5 方案特點與優(yōu)勢

5.1 儀器性能亮點

操控便捷：配備觸摸式人機界面，參數(shù)預(yù)設(shè)后一鍵啟動，數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計并支持結(jié)果打印。

智能防護：內(nèi)置超壓停機保護功能，有效防止高硬度陶瓷球顆粒對傳感器造成損壞。

高分辨檢測：力值分辨力達0.01 N，能夠清晰識別不同材質(zhì)組分或燒結(jié)制度帶來的強度差異，為配方篩選與燒成工藝調(diào)優(yōu)提供精細數(shù)據(jù)支撐。

5.2 適用對象與檢測能力

樣品類型：涵蓋氧化鋁陶瓷球、氮化硅陶瓷球、氧化鋯陶瓷球、陶瓷生坯球及陶瓷研磨球等各類球形陶瓷制品。

尺寸兼容：適配粒徑0.2~25 mm（或0.5~25 mm，視儀器型號而定）的顆粒。

效率表現(xiàn)：單粒檢測耗時短，數(shù)據(jù)重復(fù)性良好，可滿足批量化快速檢測需求。

5.3 關(guān)鍵質(zhì)控要點

環(huán)境管控：建議在溫度10~30℃、相對濕度≤70%的實驗環(huán)境下操作。

生坯球特殊處理：生坯球強度遠低于成品球，應(yīng)選用較小量程的儀器進行測試，測試前須根據(jù)工藝要求進行必要的干燥處理。

篩分規(guī)范：須依據(jù)產(chǎn)品標準規(guī)定的粒度范圍進行篩分，確保所測顆粒粒徑符合規(guī)格要求。

取樣代表性：嚴格遵循隨機取樣原則，保證檢測結(jié)果能夠真實反映批次產(chǎn)品的整體質(zhì)量水平。

規(guī)范操作與維護：測試前后及時清理托盤碎屑，保持儀器潔凈干燥；定期使用標準砝碼對力值進行校驗，保障長期檢測數(shù)據(jù)準確可靠。

6 結(jié)論

本方案依據(jù)GB/T 44750-2024《顆粒 抗壓強度的測量》及GB/T 42539-2023《滾動軸承 軸承用陶瓷球 強度測定》等標準，利用顆粒強度測定儀建立了一套規(guī)范化的陶瓷球顆粒抗壓強度檢測流程。該方法充分貼合陶瓷球硬質(zhì)球形脆性的物理特征，通過統(tǒng)一檢測模式及多粒平行測定，有效保證了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可比性。整套方案操作門檻低、智能程度高、檢測結(jié)果客觀，能夠準確反映陶瓷球在儲運及服役過程中的抗破碎能力，適用于陶瓷材料生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)線中控與成品放行、軸承行業(yè)的來料檢驗、研磨介質(zhì)企業(yè)的工藝控制以及科研機構(gòu)的材料研發(fā)等多元場景，具有良好的實用推廣價值。

7 參考文獻

[1]       GB/T 44750-2024 顆粒 抗壓強度的測量[S].

[2] GB/T 42539-2023 滾動軸承 軸承用陶瓷球 強度測定（缺口球試驗）[S].

[3] GB/T 41948 顆粒表征 樣品準備[S].

[4] GB/T 46778-2025 精細陶瓷 陶瓷造粒粉壓縮強度試驗方法[S].

[5] GB/T 4740-2024 陶瓷材料強度試驗方法[S].