Mesures et contrôles qualités sur les diamants

Le diamant est LE principal composant de l’outil diamanté, son choix est décisif ! En effet, le diamant travaillant en premier ordre lors de la coupe, le choix du bon diamant pour une application peut sauver une mauvaise matrice.

C’est pourquoi Diarotech ne travaille qu’avec des diamants de grade premium répondant aux contrôles qualité les plus stricts.

Contrôle de la morphologie

La forme la plus parfaite du diamant est celle dite du « cubo-octaèdre régulier »

Cette morphologie offre la meilleure résistance mécanique en évitant les concentrations de contraintes et ainsi les amorces de ruptures.

En outre, sa forme régulière permet une répartition homogène et une rétention optimale des diamants dans l’outil.

La sélection de ces diamants se fait à l’aide d’une table vibrante, où les cubo-octaèdres, proche de la forme sphérique, roulent rapidement dans les premiers bacs collectés quand les morphologies plus irrégulières ou moins sphériques s’écoulent plus lentement et sont rejetés dans les derniers bacs.

Le résultat est contrôlé par microscopie optique 3D haute résolution.

Contrôle de la distribution granulométrique

Avoir une distribution granulométrique la plus étroites possible est d’une extrême importance. En effet, l’application et la roche forée conditionnent le choix de la taille du diamant et de sa concentration volumique. Lors du procédé de fabrication, une concentration volumique bien précise est ainsi visée. Or, à concentration volumique fixée, l’écart à la taille nominale de diamant peut avoir une influence très marquée sur le nombre de diamants dans l’outil.

En effet, comme le montre le graphique ci-dessous. Le nombre de diamant par carat évolue exponentiellement avec la taille de ces derniers

De plus, une répartition granulométrique maitrisée permet une fois encore d’obtenir une répartition homogène des diamants dans l’outil.

Cette distribution granulométrique fine s’obtient par un tamisage rigoureux à l’aide de tamis normés aux tailles proches les unes des autres.

Finalement, la distribution granulométrique est contrôlée par deux méthodes différentes :

Tamisage et pesée          ou          Comptage et mesure par microscopie optique

Contrôle de la pureté chimique

Depuis les années 90 et pour des raisons économiques, ce sont principalement les diamants de synthèses qui sont utilisés pour la fabrication d’outils.

Ces diamants sont synthétisés par un procédé à haute pression et haute température (HPHT) qui nécessite l’introduction de catalyseurs chimiques à l’obtention de diamant. Ces catalyseurs ainsi que d’autres espèces chimiques se retrouvent comme contaminants dans les diamants obtenus.

Ces contaminants sont finalement nuisibles aux propriétés mécaniques des diamants ainsi qu’à leurs résistances en température. Ce dernier point étant particulièrement critique pour la résistance à la graphitisation des diamants pendant les étapes de fabrication des outils diamantés (frittage, brasage, infiltration, …). Cette graphitisation étant elle-même responsable d’une diminution des propriétés mécaniques.

Deux méthodes permettent de contrôler ces aspects de pureté chimique et de graphitisation du diamant.

  • Mesure de la susceptibilité magnétique du diamant et tri magnétique

La grande majorité des contaminants présent dans les diamants, comme le fer ou le nickel, sont des composés ferromagnétique (attiré par les aimants) alors que le diamant lui-même est diamagnétique (insensible aux aimants). Une mesure de la susceptibilité magnétique du diamant permet donc d’avoir une bonne estimation du taux de pureté de ce dernier.

Ainsi, dans l’exemple ci-dessus, on peut conclure que le diamant du fournisseur A contient moins de contaminant. Ce diamant aura de meilleures propriétés mécaniques et sera moins sensible à la graphitisation lors du procédé de fabrication Diarotech.

Également, il est possible de sélectionner, au sein d’un batch, les diamants les plus pures par tri magnétique.  

  • Mesure du taux de graphitisation

Le diamant est une forme allotropique du carbone, où chaque atome de carbone est relié dans les trois directions à 4 autres atomes de carbone. Cette forme allotropique est dite métastable et à tendance à se transformer dans la forme stable du carbone : le graphite. Le graphite est une autre forme allotropique du carbone, où chaque atome de carbone n’est relié qu’à trois autre atome de carbone dans le plan, formant ainsi une structure en feuillet aux propriétés mécaniques très modeste.

Afin de distinguer l’une et l’autre forme allotropique, différentes techniques d’analyse moléculaire et/ou structurale. La technique choisie par Diarotech est la spectroscopie Raman, cette technique étant particulièrement efficace pour caractériser les différentes formes allotropiques du carbone.

Nous caractérisons notamment la hauteur, la largeur et le décalage du pic du diamant à 1334cm-1. Dans l’exemple ci-contre, le diamant du fournisseur B ne sera pas retenu, le pic de son diamant étant plus large, moins haut et décalé vers la gauche.

Nous vérifions également l’absence de pic à 1580cm-1 correspondant au graphite.

Contrôle de la ténacité du diamant

Parmi les propriétés mécaniques demandées au diamant, il y a bien entendu la dureté, nécessaire pour un bon pouvoir de coupe. Mais il est également demandé au diamant d’être tenace ! C’est-à-dire résistant à la rupture.

En effet, Dans tous les procédés de coupe employant du diamant, des phénomènes vibratoires apparaissent. Les diamants les moins tenaces risquent de se briser sous l’effet de ces sollicitations mécaniques.

Afin d’évaluer la ténacité des diamants, Diarotech réalise des « Friatest ». Ces tests consistent à placer 2 carats de diamant dans une jarre vibrant à 2400 tr/min avec une bille en acier. A intervalle régulier, on évalue par tamisage la quantité de diamant ayant été broyés pendant le processus. Par interpolation, on estime le nombre de vibrations nécessaire pour broyer 50% des diamants présent (1 carat).

Ce test peut être réalisé avant traitement thermique (TI) et après traitement thermique (TTI) et sur différentes tailles de diamant.

Ainsi, dans le graphique ci-dessus montrant les résultats de 8 « Friatest », On met en évidence que les diamants du fournisseur B sont plus tenaces que ceux du fournisseur A et ce que ce quel que soit la taille de diamant testée et que ce soit avant ou après traitement thermique.