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金刚石的磁选和磁化率

关键词 金刚石 , 磁选 , 磁化率|2022-09-14 09:58:07|技术信息|来源 中国超硬材料网
摘要 纯净的天然金刚石为非磁性物质,高压法合成人造金刚石时,常用Fe、Co、Ni、Mn等金属合金作触媒,促进金刚石的成核及生长。少量触媒作为杂质在金刚石的生长过程中被包裹在金刚石颗粒中,...

       纯净的天然金刚石为非磁性物质,高压法合成人造金刚石时,常用Fe、Co、Ni、Mn等金属合金作触媒,促进金刚石的成核及生长。少量触媒作为杂质在金刚石的生长过程中被包裹在金刚石颗粒中,造成金刚石的内部缺陷,并使金刚石具有一定的磁性。同时,在制造和使用的高温条件下,金刚石磨粒易产生裂纹,从而强度急剧下降。所以在金刚石生产过程中,必须把不同杂质含量的金刚石磨粒分选开来,并对不同牌号的金刚石产品进行杂质含量的检测,使之符合标准。近年来,随着我国金刚石科研生产的日益发展,人们越来越认识到,对金刚石成品做磁性分选,可以得出具有不同质量的、适于不同场合的金刚石,这样分类后使金刚石的应用更加合理化。

一、磁选的基本原理

       磁选是借助磁力和机械力对金刚石的作用来分选金刚石的方法。由于磁性颗粒与非磁性颗粒感磁能力的不同,产生的运动轨迹亦不同,磁性较强的颗粒受到的磁力大于机械力,因而被吸在磁辊上并随着辊子旋转。当磁辊旋转至磁场作用以外的区域时,磁性颗粒即从辊子上脱落或被刷子扫下,进入磁性产品料斗;非磁性颗粒由于受到的磁力小于机械力而被料槽带出磁场进入非磁性产品料斗中。这样可以通过改变磁场强度把不同磁性的金刚石分为磁性、中等磁性、非磁性或弱磁性不同品级的产品。磁选过程如下图所示。

磁选过程示意图

微信截图_20220914095507.png

 二、人造金刚石磨料的磁化率

       1、电磁学中磁化率的定义

       物质按其磁性可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性等。当某一物质置于磁场强度为H的磁场中将被磁化,其被磁化的程度用磁化强度M表示。对于除铁磁物质以外的物质,实验指出,M与H之间存在正比关系,即:

M=XmH

       Xm称为磁化率,是一个无量纲的常数。抗磁性材料的Xm为负数,顺磁性材料的Xm为正数,真空的Xm为零。

       磁化率是物质的固有属性,与其形状、大小无关。

       2、金刚石磨料的磁化率

       人造金刚石磁性的大小不仅与其内部杂质和包裹体含量、成份具有直接的关系,而且也与其它的理化性质和质量指标(例如:韧性、强度、比重、热稳定性、色泽、透明度等)以及用途和分类等具有密切的关系。比如体现在金刚石的另一个重要的测试指标热冲击韧性(TTI)上,也就是说磁化率越高的金刚石,热冲击韧性越低,高温下越容易破裂,从而强度越低,所以,金刚石的磁选对分选出质量不同的金刚石具有很重要的意义。生产中金刚石磨料样品是大量的互不关联的颗粒,因此其测量结果是所有被测颗粒的平均磁化率。分选产品必须经过磁化率检验,达到控制标准要求,保证产品性能的可靠性和一致性,使生产的产品性能保持长年不变。对生产厂家来说,是必不可少的检测手段。每种金属的磁化率是不同的,所以各厂家由于所采用的触媒体系不同,故磁化率并没有可比性,但对于相同触媒合成的金刚石,通过磁化率分类还是有效的。

       3、磁化率的检测方法

       人造金刚石的物理化学性质在很大程度上取决于其杂质的含量,特别是存在于晶体内部的不同形态的包裹体,对金刚石质量的影响很大。确定杂质含量常用的检测技术是灰化技术,即用烧灼法使金刚石的C元素氧化挥发,再对残留物作定量的理化分析,确定其元素和重量。这些方法不仅消耗大量金刚石,而且检测费用很高,检测效率很低,不能满足生产的需要。这些有害的杂质基本上都是铁磁性物质,因此可以用磁性检验的方法间接地确定其中杂质的多少,这是一种无损检测方法。国外采用磁化率表征杂质的含量多少,测定方法有多种,常用的磁力天平法、等磁力天平法、磁导计冲击法等,使用的检测仪器结构比较复杂,体积大,操作不够方便;此外由于检测时所规定的取样量少,样品的代表性差。参考国外最新的检测仪器的原理,我国自主开发了金刚石磁化率测定仪。具有强的抗干扰能力,体积小、重量轻、精度高,稳定性能好,可适应各种金刚石磁化率的检测,已在行业推广使用。下图是郑州三磨所研发的JCC-B金刚石磁化率分析仪,将规定量的金刚石颗粒放进磁化率分析仪的进料口中,数显表就会自动显示出读数。


微信截图_20220914095518.png 

参考文献

1.人造金刚石磁化率检测方法的研究 耿直 彭振宇

2.GB31025-93《电学和磁学的量和单位》

3.《超硬材料》王光祖

 

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