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(duì)濕度對(duì)微米級(jí)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(jí)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(duì)濕度對(duì)微米級(jí)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(duì)濕度對(duì)選形質(zhì)量造成的不良影響，有利于微米級(jí)金剛石選形設(shè)備性能的進(jìn)一步改進(jìn)提升。

微米級(jí)金剛石；選形質(zhì)量；相對(duì)濕度；加熱裝置

1　引言

隨著微米級(jí)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(guó)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(jí)(即400～800目)的金剛石，而經(jīng)過(guò)篩分的微米級(jí)金剛石其晶形差別較大，無(wú)法滿足精密和超精密加工的要求，必須通過(guò)選形進(jìn)行質(zhì)量控制，但國(guó)內(nèi)尚無(wú)對(duì)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(wú)法達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，無(wú)法滿足用戶使用需求，導(dǎo)致國(guó)外精細(xì)分選的微米級(jí)金剛石以比國(guó)內(nèi)微米級(jí)金剛石高5倍以上的價(jià)格大量進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，嚴(yán)重制約了國(guó)內(nèi)金剛石企業(yè)的生產(chǎn)、行業(yè)技術(shù)的發(fā)展和國(guó)產(chǎn)微米級(jí)金剛石在精密和超精密加工領(lǐng)域的應(yīng)用。微米級(jí)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(guò)程中，這些特性易使微米級(jí)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(pán)面[1]等問(wèn)題，對(duì)微米級(jí)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(guò)分析現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)普遍使用的金剛石選形機(jī)對(duì)微米級(jí)金剛石選形時(shí)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分析研究空氣相對(duì)濕度對(duì)微米級(jí)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(jí)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(duì)微米級(jí)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(guò)程中空氣濕度變化給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)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(jí)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(jí)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(jí)金剛石選形機(jī)工作狀態(tài)良好，加入微米級(jí)金剛石20g至給料器料斗，選形機(jī)開(kāi)始正常工作，加濕器在選形機(jī)工作同時(shí)開(kāi)啟。在溫度濕度計(jì)讀數(shù)為20%RH時(shí)開(kāi)始用載玻片接取少量選形后的微米級(jí)金剛石樣品；在溫度濕度計(jì)讀數(shù)增高過(guò)程中分別選取幾個(gè)讀數(shù)點(diǎn)接取多份微米級(jí)金剛石樣品，在顯微鏡下觀察對(duì)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(duì)濕度設(shè)定為60%RH，初始溫度設(shè)定為25℃。

調(diào)試微米級(jí)金剛石選形機(jī)工作狀態(tài)良好，重新選取未使用過(guò)的微米級(jí)金剛石20g至給料器料斗，選形機(jī)開(kāi)始正常工作，用100W白熾燈對(duì)選形機(jī)分選盤(pán)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(kāi)始接取第一份選形后的微米級(jí)金剛石樣品，隨著分選盤(pán)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(jí)金剛石樣品，在顯微鏡下觀察對(duì)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(duì)濕度對(duì)微米級(jí)金剛石選形效果的影響

圖1為實(shí)驗(yàn)一的測(cè)試結(jié)果，即選形微米級(jí)金剛石聚團(tuán)量隨空氣相對(duì)濕度變化而變化的趨勢(shì)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(duì)濕度的不斷增加，選形后的微米級(jí)金剛石聚團(tuán)量百分比也隨著增加。當(dāng)空氣相對(duì)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(kāi)始加速生成，相對(duì)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(duì)濕度達(dá)到50%RH后，在選形機(jī)分選盤(pán)面上微米級(jí)金剛石開(kāi)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(wèn)題，選形質(zhì)量急劇下降。這是因?yàn)殡S著空氣相對(duì)濕度的不斷增加，微米級(jí)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(pán)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(wèn)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(jí)金剛石選形，以提高選形質(zhì)量。

圖1　相對(duì)濕度對(duì)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(duì)微米級(jí)金剛石選形效果的影響

圖2為實(shí)驗(yàn)二的測(cè)試結(jié)果，即初始空氣濕度為60%RH時(shí)選形微米級(jí)金剛石聚團(tuán)量隨物料溫度變化而變化的趨勢(shì)曲線圖，從圖中可以看出：隨著白熾燈對(duì)分選盤(pán)面和給料器料斗的加熱，選形后的微米級(jí)金剛石聚團(tuán)量百分比隨著減少，在分選盤(pán)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(jí)金剛石聚團(tuán)量開(kāi)始迅速降低，即隨著分選盤(pán)面和給料器料斗的溫度繼續(xù)升高，分選盤(pán)面上的黏料和給料器料斗堵料、斷續(xù)給料問(wèn)題得到解決，選形質(zhì)量快速提高。這是因?yàn)楫?dāng)分選盤(pán)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(duì)濕度的降低，微米級(jí)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(pán)面上分散和按軌跡滾動(dòng)的能力加強(qiáng)，微米級(jí)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(jí)金剛石選形，以提高選形質(zhì)量。

圖2　溫度對(duì)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(duì)濕度5%～100%RH環(huán)境下工作可靠，無(wú)漏電危險(xiǎn)。經(jīng)對(duì)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(pán)體的底部(圖4)，完全不會(huì)對(duì)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(cè)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(duì)濕度設(shè)定為60%RH，溫度設(shè)定為25℃。調(diào)試微米級(jí)金剛石選形機(jī)工作狀態(tài)良好，首先打開(kāi)加熱裝置開(kāi)關(guān)，待溫度計(jì)檢測(cè)分選盤(pán)面和給料器料斗溫度達(dá)到40℃時(shí)，選取未使用過(guò)的微米級(jí)金剛石20g至給料器料斗，當(dāng)料斗中所有微米級(jí)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(pán)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(guò)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(duì)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(duì)濕度對(duì)微米級(jí)金剛石顆粒之間聚團(tuán)量產(chǎn)生較大的影響：空氣相對(duì)濕度升高會(huì)造成微米級(jí)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(duì)濕度達(dá)到50%RH時(shí)，若無(wú)外界因素介入，此時(shí)的外部環(huán)境已不適合微米級(jí)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(duì)濕度，從而降低其對(duì)選形質(zhì)量的影響。針對(duì)相對(duì)濕度造成的不良影響設(shè)計(jì)的分選盤(pán)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(jí)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(duì)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(duì)微米級(jí)金剛石選形質(zhì)量的提高，有利于微米級(jí)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(jí)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(shī)鑄.相對(duì)濕度對(duì)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(hào)：ZL201420470641.9.

[4]齊飛,于廣華,樊帆，等.金剛石選形機(jī)防粘料分選盤(pán)[P] .專利號(hào)：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(kāi)始從事選礦設(shè)備的開(kāi)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(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2014H020402)“微米級(jí)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(duì)濕度對(duì)微米級(jí)金剛石選形質(zhì)量的影響[J].超硬材料工程，2016，28(4)：24-27.