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一、概述
金剛石是由碳原子構(gòu)成的,純凈的金剛石應(yīng)該是不感磁的。人造金剛石由于合成時(shí)使用金屬作觸媒,使得含有不同質(zhì)量的金屬雜質(zhì),尤其是晶體內(nèi)部的包裹體,致使金剛石具有了磁性。也正因?yàn)橛诖?,金剛石?nèi)部雜質(zhì)和包裹體含量、成份與人造金剛石的磁性(磁化率)的大小具有直接的關(guān)系。人造金剛石的理化性質(zhì)在很大程度上取決于其雜質(zhì)的含量,尤其是存在于晶體內(nèi)部的包裹體,對(duì)其性能、質(zhì)量影響甚大。金剛石雜質(zhì)的檢驗(yàn)方法,傳統(tǒng)上是灰分法,屬消耗性的,既消耗人力,又浪費(fèi)金剛石。因此,采用磁化率進(jìn)行磁性物含量的檢測(cè),并對(duì)雜質(zhì)含量進(jìn)行表征,是一種快速、無損、科學(xué)有效的方法。
二、磁化率與金剛石理化性能的關(guān)系
磁化率是人造金剛石的一項(xiàng)重要質(zhì)量指標(biāo),反映金剛石內(nèi)部雜質(zhì)和包裹體的含量情況,也與金剛石的熱沖擊強(qiáng)度及其它技術(shù)指標(biāo)(韌性、密度、熱穩(wěn)定性、色澤、透明度等)有關(guān)密切的關(guān)系。通過測(cè)定磁化率這種簡(jiǎn)便的無損檢測(cè)方式,表征人造金剛石的雜質(zhì)含量、韌性、強(qiáng)度、比重、熱穩(wěn)定性等性質(zhì),具有重要的實(shí)用價(jià)值。
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與雜質(zhì)含量、比重、色澤的關(guān)系
從表1可見,人造金剛石的磁性(磁化率)與其雜質(zhì)含量、比重、色澤、透明度等有著密切的內(nèi)在聯(lián)系。即(金屬)雜質(zhì)含量越少,磁化率越小,比重越小,色澤越淺(由灰黑到黃綠),透明度越好。
與沖擊韌性、抗壓強(qiáng)度的關(guān)系
從表2可見,人造金剛石的磁化率與其沖擊韌性也有著密切的內(nèi)在聯(lián)系。即磁化率越小,沖擊韌性越高,脆性越小。筆者認(rèn)為,其中原因主要是金屬雜質(zhì)在起作用:金屬雜質(zhì)含量越高,磁化率越高,金剛石的脆性越高,沖擊韌性越低;反之亦然。這里需要說明的是,金剛石的沖擊韌性受粒度影響較大(粒度越細(xì),沖擊韌性測(cè)定值越高)。如果排除了粒度影響因素(同粒度號(hào)的金剛石比較),磁化率與韌性(脆性)之間的聯(lián)系就越發(fā)明顯(見表2)。
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從表2所列實(shí)驗(yàn)結(jié)果,看不出人造金剛石磁化率與單顆粒靜壓強(qiáng)度之間有什么必然的聯(lián)系。筆者認(rèn)為金剛石的靜壓強(qiáng)度,主要取決于金剛石顆粒的晶形(是否完整,有無缺陷等),而沖擊韌性(脆性)則主要受其內(nèi)部雜質(zhì)含量的影響。這是金剛石靜壓強(qiáng)度與沖擊韌性二者存在差異的主要原因所在。金剛石靜壓強(qiáng)度測(cè)定值也受粒度影響:粒度越細(xì),靜壓強(qiáng)度測(cè)定值偏低,與沖擊韌性相反。這是金剛石靜壓強(qiáng)度與沖擊韌性測(cè)定值二者存在差異的另一個(gè)原因。
與熱穩(wěn)定性的關(guān)系
從、所示結(jié)果可見,人造金剛石的磁化率與熱穩(wěn)定性之間也存在著一定的關(guān)系,即磁化率越小,熱穩(wěn)定性越好。
三、討論
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從上文我們知道,金剛石內(nèi)部雜質(zhì)含量多少與磁化率的大小正相關(guān),而金剛石內(nèi)部雜質(zhì)含量與金剛石晶型發(fā)育完整程度有關(guān),所以通過測(cè)定磁化率對(duì)金剛石強(qiáng)度、韌性等重要性能進(jìn)行表征,對(duì)金剛石質(zhì)量進(jìn)行品控,具有非常重要的意義。
通過磁化率對(duì)金剛石質(zhì)量進(jìn)行品控,對(duì)品級(jí)比較低的金剛石尤為適用,比如業(yè)內(nèi)常說的“1型”、“2型”料,因?yàn)樗鼈儍?nèi)部雜質(zhì)含量對(duì)比更加明顯,磁化率數(shù)值差異大。
現(xiàn)在有一些金剛石線鋸生產(chǎn)企業(yè)使用金剛石磁化率分析儀對(duì)鍍覆金剛石進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè),希望以此監(jiān)控鍍覆的磁性。這就存在以下問題:
1)金剛石中的磁性雜質(zhì)含量相對(duì)很少,將其作為順磁性物質(zhì)對(duì)待,可以進(jìn)行磁化率測(cè)定。但金剛石線鋸用鍍覆微粉,表面鍍鎳,磁性物質(zhì)很多,這與裸金剛石有“質(zhì)”的區(qū)別,磁化率數(shù)值相差非常大。
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2)金剛石線鋸生產(chǎn)企業(yè)所用的磁化率檢測(cè)儀器,大多是鄭州磨料磨具磨削研究所的JCC—B型金剛石磁化率分析儀,其針對(duì)金剛石裸料設(shè)計(jì),測(cè)量范圍:0~999.9×10-5 ,有效量程是200×10-5,鍍覆微粉檢測(cè)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出有效量程。
綜上,使用JCC—B型金剛石磁化率分析儀對(duì)線鋸鍍覆微粉進(jìn)行品控,由于超過有效量程,其對(duì)鍍覆微粉的磁性波動(dòng)不是十分敏感,難以有效對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行把控。
參考文獻(xiàn):人造金剛石磁化率測(cè)定及磁化率測(cè)定儀》傅鳳理,彭振宇
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