齊 飛，于廣華

(廣西柳州華地探礦機(jī)械廠，廣西 柳州　545005)

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空氣相對濕度對微米級金剛石選形質(zhì)量的影響*

齊 飛，于廣華

(廣西柳州華地探礦機(jī)械廠，廣西 柳州545005)

微米級金剛石在選別形狀時(shí)，選形質(zhì)量會(huì)受到多種外部因素影響，如溫度、濕度、空氣流速等，文章分析研究空氣相對濕度對微米級金剛石選形質(zhì)量的影響，設(shè)計(jì)了一種利用硅膠加熱膜的加熱裝置，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：使用該加熱裝置能夠有效解決空氣相對濕度對選形質(zhì)量造成的不良影響，有利于微米級金剛石選形設(shè)備性能的進(jìn)一步改進(jìn)提升。

微米級金剛石；選形質(zhì)量；相對濕度；加熱裝置

1　引言

隨著微米級金剛石在精密和超精密加工應(yīng)用領(lǐng)域用量的快速增加，國內(nèi)許多金剛石生產(chǎn)企業(yè)都在努力地研發(fā)和生產(chǎn)微米級(即400～800目)的金剛石，而經(jīng)過篩分的微米級金剛石其晶形差別較大，無法滿足精密和超精密加工的要求，必須通過選形進(jìn)行質(zhì)量控制，但國內(nèi)尚無對其進(jìn)行有效選形的相應(yīng)技術(shù)和專用設(shè)備，使用原有的選形設(shè)備進(jìn)行選形卻無法達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，無法滿足用戶使用需求，導(dǎo)致國外精細(xì)分選的微米級金剛石以比國內(nèi)微米級金剛石高5倍以上的價(jià)格大量進(jìn)入國內(nèi)市場，嚴(yán)重制約了國內(nèi)金剛石企業(yè)的生產(chǎn)、行業(yè)技術(shù)的發(fā)展和國產(chǎn)微米級金剛石在精密和超精密加工領(lǐng)域的應(yīng)用。微米級金剛石具有質(zhì)量輕、體積小、易聚團(tuán)等物理特性，在選形過程中，這些特性易使微米級金剛石出現(xiàn)如給料器料斗堵料、給料斷續(xù)和金剛石黏接分選盤面[1]等問題，對微米級金剛石的選形質(zhì)量及其后的準(zhǔn)確選用造成極大影響。本文擬通過分析現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)普遍使用的金剛石選形機(jī)對微米級金剛石選形時(shí)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)，分析研究空氣相對濕度對微米級金剛石選形質(zhì)量的影響，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)、研發(fā)一種能夠有效解決微米級金剛石顆粒間易產(chǎn)生聚團(tuán)現(xiàn)象的加熱裝置，實(shí)現(xiàn)金剛石選形機(jī)對微米級金剛石選形質(zhì)量的控制以及提高。

2　實(shí)驗(yàn)

為了排除實(shí)驗(yàn)過程中空氣濕度變化給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來的影響，實(shí)驗(yàn)在密封較好的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)儀器包括：微米級金剛石選形機(jī)、加濕器、溫度濕度計(jì)、顯微鏡、電子天平、白熾燈等，實(shí)驗(yàn)用微米級金剛石選用800目人造金剛石。

實(shí)驗(yàn)條件一：室內(nèi)溫度恒定為25℃，實(shí)驗(yàn)室空氣進(jìn)行干燥處理30min。

調(diào)試微米級金剛石選形機(jī)工作狀態(tài)良好，加入微米級金剛石20g至給料器料斗，選形機(jī)開始正常工作，加濕器在選形機(jī)工作同時(shí)開啟。在溫度濕度計(jì)讀數(shù)為20%RH時(shí)開始用載玻片接取少量選形后的微米級金剛石樣品；在溫度濕度計(jì)讀數(shù)增高過程中分別選取幾個(gè)讀數(shù)點(diǎn)接取多份微米級金剛石樣品，在顯微鏡下觀察對比所取幾份樣品的選形質(zhì)量，記錄觀察結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)條件二：初始相對濕度設(shè)定為60%RH，初始溫度設(shè)定為25℃。

調(diào)試微米級金剛石選形機(jī)工作狀態(tài)良好，重新選取未使用過的微米級金剛石20g至給料器料斗，選形機(jī)開始正常工作，用100W白熾燈對選形機(jī)分選盤面和給料器料斗進(jìn)行加熱，使物料溫度緩慢提升。在溫度計(jì)顯示為25℃時(shí)開始接取第一份選形后的微米級金剛石樣品，隨著分選盤面和給料器料斗溫度提升，分別選取幾個(gè)讀數(shù)點(diǎn)接取多份選形后微米級金剛石樣品，在顯微鏡下觀察對比所取幾份樣品的選形質(zhì)量，記錄觀察結(jié)果。

3　結(jié)果與討論

3.1空氣相對濕度對微米級金剛石選形效果的影響

圖1為實(shí)驗(yàn)一的測試結(jié)果，即選形微米級金剛石聚團(tuán)量隨空氣相對濕度變化而變化的趨勢曲線圖，從圖中可以看出：當(dāng)環(huán)境溫度恒定為25℃時(shí)，隨著空氣相對濕度的不斷增加，選形后的微米級金剛石聚團(tuán)量百分比也隨著增加。當(dāng)空氣相對濕度達(dá)到50%RH時(shí)，金剛石聚團(tuán)量曲線達(dá)到K1點(diǎn)，K1點(diǎn)之后“聚團(tuán)”開始加速生成，相對濕度在50%RH～80%RH之間時(shí)變化最為顯著[2]，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)空氣相對濕度達(dá)到50%RH后，在選形機(jī)分選盤面上微米級金剛石開始出現(xiàn)聚團(tuán)、黏接現(xiàn)象，給料器也出現(xiàn)了斷續(xù)給料、堵料問題，選形質(zhì)量急劇下降。這是因?yàn)殡S著空氣相對濕度的不斷增加，微米級金剛石顆粒表面水分子吸附量越多，顆粒之間的黏連越嚴(yán)重，其流動(dòng)性越差，導(dǎo)致其在給料器上的流動(dòng)及在分選盤面上分散和按軌跡滾動(dòng)的能力減弱，進(jìn)而出現(xiàn)斷續(xù)給料、堵料問題和聚團(tuán)、黏接現(xiàn)象。因此，應(yīng)盡可能在較干燥的環(huán)境下進(jìn)行微米級金剛石選形，以提高選形質(zhì)量。

圖1　相對濕度對金剛石團(tuán)聚的影響Fig.1　The influence of relative air humidity(RH)on diamond agglomeration

3.2環(huán)境溫度對微米級金剛石選形效果的影響

圖2為實(shí)驗(yàn)二的測試結(jié)果，即初始空氣濕度為60%RH時(shí)選形微米級金剛石聚團(tuán)量隨物料溫度變化而變化的趨勢曲線圖，從圖中可以看出：隨著白熾燈對分選盤面和給料器料斗的加熱，選形后的微米級金剛石聚團(tuán)量百分比隨著減少，在分選盤面和給料器料斗溫度增加到33℃左右時(shí)，金剛石聚團(tuán)量曲線達(dá)到K2點(diǎn)，此時(shí)曲線達(dá)到平緩變化的臨界點(diǎn)，此后，隨著溫度的增加，曲線進(jìn)入快速變化階段，選形后的微米級金剛石聚團(tuán)量開始迅速降低，即隨著分選盤面和給料器料斗的溫度繼續(xù)升高，分選盤面上的黏料和給料器料斗堵料、斷續(xù)給料問題得到解決，選形質(zhì)量快速提高。這是因?yàn)楫?dāng)分選盤面和給料器料斗溫度增加時(shí)，間接造成了物料周圍空氣相對濕度的降低，微米級金剛石顆粒表面水分子吸附量逐漸減少，顆粒之間的黏連變?nèi)?，其流?dòng)性變好，使其在給料器上的流動(dòng)及在分選盤面上分散和按軌跡滾動(dòng)的能力加強(qiáng)，微米級金剛石在選形時(shí)聚團(tuán)量也隨之減少。因此，應(yīng)盡可能在較高環(huán)境溫度下進(jìn)行微米級金剛石選形，以提高選形質(zhì)量。

圖2　溫度對金剛石團(tuán)聚的影響Fig.2　The influence of temperature on diamond agglomeration

4　加熱裝置的設(shè)計(jì)及使用效果

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在不改變選形機(jī)結(jié)構(gòu)的前提下，本研究設(shè)計(jì)了一種利用硅膠加熱膜的加熱裝置，由于選取的硅膠加熱膜具有的優(yōu)良性能，能夠在溫度范圍-40℃～+200℃正常工作，且在空氣相對濕度5%～100%RH環(huán)境下工作可靠，無漏電危險(xiǎn)。經(jīng)對多次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，選取的硅膠加熱膜厚度為1.5mm，具自動(dòng)控溫(溫控范圍限制在50℃)功能，將硅膠加熱膜分別固定在給料器料斗外部(圖3)和分選盤體的底部(圖4)，完全不會(huì)對選形機(jī)的正常工作造成不良影響。在加熱裝置安裝完成后，進(jìn)行了使用效果的測試。

改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)選用了收集數(shù)據(jù)中實(shí)驗(yàn)二的初始條件，即初始相對濕度設(shè)定為60%RH，溫度設(shè)定為25℃。調(diào)試微米級金剛石選形機(jī)工作狀態(tài)良好，首先打開加熱裝置開關(guān)，待溫度計(jì)檢測分選盤面和給料器料斗溫度達(dá)到40℃時(shí)，選取未使用過的微米級金剛石20g至給料器料斗，當(dāng)料斗中所有微米級金剛石選形完畢后，用小勺分別在選形機(jī)1～9個(gè)料斗中取適量金剛石到載玻片，以備觀察。

圖3　硅膠加熱膜在料斗上的粘帖示意圖 [3]Fig.3　Paste schematic of silicone heating film on hopper[3]

圖4　硅膠加熱膜在分選盤上的粘貼示意圖[4]Fig.4　Paste schematic of silicone heating film on sorting disc[4]

將載玻片放置顯微鏡下進(jìn)行觀察、鏡檢、分析，表1是未使用加熱裝置條件下選形鏡檢結(jié)果，結(jié)果表明：料斗1、2、3、4、5中等積形金剛石百分含量均未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求(JB/T8374—2012)，而料斗7、8、9中等積形金剛石百分含量明顯超過標(biāo)準(zhǔn)含量。表2為使用加熱裝置后選形鏡檢結(jié)果，結(jié)果表明：選形機(jī)各料斗數(shù)據(jù)均接近標(biāo)準(zhǔn)要求，對比表1選形質(zhì)量有較大提高。

表1　正常環(huán)境下選形鏡檢結(jié)果(等積形百分含量)

表2　使用加熱裝置后選形鏡檢結(jié)果(等積形百分含量)

5　結(jié)論

在室溫恒定環(huán)境下，空氣相對濕度對微米級金剛石顆粒之間聚團(tuán)量產(chǎn)生較大的影響：空氣相對濕度升高會(huì)造成微米級金剛石聚團(tuán)量的增加，從而造成選形質(zhì)量的降低；當(dāng)相對濕度達(dá)到50%RH時(shí)，若無外界因素介入，此時(shí)的外部環(huán)境已不適合微米級金剛石選形機(jī)的選形工作。物料溫度的升高，可有效降低物料周圍空氣相對濕度，從而降低其對選形質(zhì)量的影響。針對相對濕度造成的不良影響設(shè)計(jì)的分選盤和給料器料斗的加熱裝置，能夠有效地減少空氣中水分子附著在微米級金剛石顆粒表面的的水膜，降低由水分子的毛細(xì)作用力引起的黏附力。隨著加熱裝置溫度增加到33℃以上或相對濕度降低到40%RH以下時(shí)，可以在不干擾設(shè)備性能和方便操作的條件下實(shí)現(xiàn)對微米級金剛石選形質(zhì)量的提高，有利于微米級金剛石選形機(jī)設(shè)備性能的提升。

[1]于廣華,林峰,齊飛,樊帆,盧笛,韋贊.微米級金剛石選形關(guān)鍵技術(shù)的研究[J] .超硬材料工程.2015,27(4):1-6.

[2]卿濤,邵天敏,溫詩鑄.相對濕度對材料表面粘附力影響的研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào).2006,26(4):295-299.

[3]齊飛,卜宏基,于廣華，等.金剛石選形機(jī)防堵料料斗[P] .專利號：ZL201420470641.9.

[4]齊飛,于廣華,樊帆，等.金剛石選形機(jī)防粘料分選盤[P] .專利號：ZL201520190028.6.

The Influence of Relative Air Humidity(RH)on Shape Sorting Quality of Micron-Sized Diamond

QI Fei, YU Guang-hua

(GuangxiLiuzhouHuadiProspectingEquipmentPlant,Liuzhou,Guangxi,China545005)

The quality of shape sorting can be affected by various of external factors such as temperature, humidity, air velocity etc. during the shape sorting process of micron-sized diamond. In this article, a type of heating apparatus using silicone heating film has been designed through the analytical investigation of the influence of relative air humidity(RH)on shape sorting quality of micron-sized diamond. Result of the experiment shows that the apparatus can effectively avoid the adverse effects of the relative air humidity on shape sorting quality of micron-sized diamond, and helps to further improve the performance of the shape sorting equipment of micron-sized diamond.

micron-sized diamond; shape sorting quality; relative air humidity(RH); heating apparatus

2016-05-21

齊飛(1990-)，本科，助理工程師，機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)，2011年開始從事選礦設(shè)備的開發(fā)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究，全程參與了柳州市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：2014H020402)“微米級金剛石選形關(guān)鍵技術(shù)的研究”課題。

TQ164

A

1673-1433(2016)04-0024-04

引文格式：齊 飛，于廣華.空氣相對濕度對微米級金剛石選形質(zhì)量的影響[J].超硬材料工程，2016，28(4)：24-27.