本文利用超硬磨料抗压强度测定仪提供准静态载荷,测试了不同品级、晶形的金刚石颗粒的抗压强度,并对热处理前后的金刚石颗粒采取多次逐渐加压的方式模拟了裂纹的形成扩展过程,分别利用光学显微镜和扫描电镜观察并分析了金刚石表面裂纹的演变过程以及破碎后颗粒各种断口形貌的形成机理;利用人造金刚石冲击韧性测定仪提供循环冲击载荷,测试了不同粒度、品级和冲击次数的金刚石颗粒的破碎率,利用颗粒图像分析仪和扫描电镜图像测试了破碎颗粒的粒度分布和形貌,分析了循环载荷作用下金刚石颗粒的破碎方式;利用气流粉碎机提供高速对冲气流对金刚石颗粒进行破碎,测试了破碎产物不同粒度样品的形貌特征。本文得出的主要结论如下。(1)准静态载荷下金刚石颗粒的破碎特性:测得高中低三个品级金刚石颗粒的抗压强度平均值分别为478.25N、223.26N、101.08N,标准偏差分别为195.41、92.43、61.04,高品级颗粒更容易发生粉碎性断裂,中低品级的颗粒主要是颗粒局部发生断裂。在压力作用下金刚石表面裂纹的形核过程为颗粒(111)面上裂纹主要在三棱锥凹坑形核,形核之后的微裂纹联合形成凹坑带,凹坑带发展联合形成大型裂纹向晶棱扩展最终导致金刚石颗粒断裂。热处理过的金刚石颗粒表面出现大量边长为20μm左右的三角形凹坑,原生的表面缺陷不再是裂纹形核的主要来源,其裂纹扩展方式更为多样。金刚石解理面的断口形貌特征为河流花样,即断口表面一系列大致沿裂纹扩展方向排列的台阶逐层合并,形成更大的台阶。比较了由螺旋位错、扭转晶界、裂纹相交形成的台阶花样,并根据花样的细节判断出裂纹的扩展方向。金刚石中的硼元素含量较高的样品,台阶更为密集。(2)冲击载荷下金刚石颗粒的破碎特性:在循环冲击载荷作用下,金刚石颗粒破碎方式以表面破碎为主。粒度越大、品级越低的金刚石颗粒越倾向于发生表面破碎;高速气流冲击作用下金刚石颗粒主要发生体积破碎,破碎分级之后各个粒级的金刚石颗粒形貌具有相似性。冲击载荷下金刚石颗粒由于多次加载或者多角度加载内部产生较多裂纹,形成了多个断裂面;而准静态载荷下金刚石颗粒主要是裂纹沿解理面扩展形成大型裂纹导致断裂,断裂面较少。循环冲击作用后金刚石颗粒表面的残余裂纹比高速气流冲击作用后金刚石颗粒表面的残余裂纹多。本文的创新点:(1)研究方法的创新:一方面对单一颗粒进行逐渐加压并观察受力面的表面形貌变化,另一方面对抗压强度测试后没有发生明显破碎和轻微破碎的颗粒进行观察,结合两种实验结果推导模拟了裂纹在金刚石表面的形核及扩展过程。(2)研究内容的创新:详细观察分析了金刚石颗粒断口的河流花样图像,并分析了各种台阶的形成机理;对比了准静态载荷、循环冲击载荷和高速气流冲击载荷下颗粒的形貌特征。研究结果为鉴别金刚石颗粒断裂的类型、了解其失效时的应力情况、指导其应用提供了理论依据。