純凈的天然金剛石為非磁性物質(zhì)，高壓法合成人造金剛石時(shí)，常用Fe、Co、Ni、Mn等金屬合金作觸媒，促進(jìn)金剛石的成核及生長(zhǎng)。少量觸媒作為雜質(zhì)在金剛石的生長(zhǎng)過(guò)程中被包裹在金剛石顆粒中,造成金剛石的內(nèi)部缺陷，并使金剛石具有一定的磁性。同時(shí)，在制造和使用的高溫條件下，金剛石磨粒易產(chǎn)生裂紋，從而強(qiáng)度急劇下降。所以在金剛石生產(chǎn)過(guò)程中，必須把不同雜質(zhì)含量的金剛石磨粒分選開(kāi)來(lái)，并對(duì)不同牌號(hào)的金剛石產(chǎn)品進(jìn)行雜質(zhì)含量的檢測(cè)，使之符合標(biāo)準(zhǔn)。近年來(lái),隨著我國(guó)金剛石科研生產(chǎn)的日益發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到，對(duì)金剛石成品做磁性分選，可以得出具有不同質(zhì)量的、適于不同場(chǎng)合的金剛石，這樣分類后使金剛石的應(yīng)用更加合理化。

一、磁選的基本原理

       磁選是借助磁力和機(jī)械力對(duì)金剛石的作用來(lái)分選金剛石的方法。由于磁性顆粒與非磁性顆粒感磁能力的不同，產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)軌跡亦不同，磁性較強(qiáng)的顆粒受到的磁力大于機(jī)械力，因而被吸在磁輥上并隨著輥?zhàn)有D(zhuǎn)。當(dāng)磁輥旋轉(zhuǎn)至磁場(chǎng)作用以外的區(qū)域時(shí)，磁性顆粒即從輥?zhàn)由厦撀浠虮凰⒆訏呦拢M(jìn)入磁性產(chǎn)品料斗；非磁性顆粒由于受到的磁力小于機(jī)械力而被料槽帶出磁場(chǎng)進(jìn)入非磁性產(chǎn)品料斗中。這樣可以通過(guò)改變磁場(chǎng)強(qiáng)度把不同磁性的金剛石分為磁性、中等磁性、非磁性或弱磁性不同品級(jí)的產(chǎn)品。磁選過(guò)程如下圖所示。

磁選過(guò)程示意圖

 二、人造金剛石磨料的磁化率

       1、電磁學(xué)中磁化率的定義

       物質(zhì)按其磁性可分為抗磁性、順磁性、鐵磁性等。當(dāng)某一物質(zhì)置于磁場(chǎng)強(qiáng)度為H的磁場(chǎng)中將被磁化，其被磁化的程度用磁化強(qiáng)度M表示。對(duì)于除鐵磁物質(zhì)以外的物質(zhì),實(shí)驗(yàn)指出,M與H之間存在正比關(guān)系，即:

M=XmH

       Xm稱為磁化率，是一個(gè)無(wú)量綱的常數(shù)。抗磁性材料的Xm為負(fù)數(shù),順磁性材料的Xm為正數(shù)，真空的Xm為零。

       磁化率是物質(zhì)的固有屬性，與其形狀、大小無(wú)關(guān)。

       2、金剛石磨料的磁化率

       人造金剛石磁性的大小不僅與其內(nèi)部雜質(zhì)和包裹體含量、成份具有直接的關(guān)系，而且也與其它的理化性質(zhì)和質(zhì)量指標(biāo)（例如：韌性、強(qiáng)度、比重、熱穩(wěn)定性、色澤、透明度等）以及用途和分類等具有密切的關(guān)系。比如體現(xiàn)在金剛石的另一個(gè)重要的測(cè)試指標(biāo)熱沖擊韌性(TTI)上，也就是說(shuō)磁化率越高的金剛石，熱沖擊韌性越低，高溫下越容易破裂，從而強(qiáng)度越低，所以，金剛石的磁選對(duì)分選出質(zhì)量不同的金剛石具有很重要的意義。生產(chǎn)中金剛石磨料樣品是大量的互不關(guān)聯(lián)的顆粒，因此其測(cè)量結(jié)果是所有被測(cè)顆粒的平均磁化率。分選產(chǎn)品必須經(jīng)過(guò)磁化率檢驗(yàn)，達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)要求，保證產(chǎn)品性能的可靠性和一致性，使生產(chǎn)的產(chǎn)品性能保持長(zhǎng)年不變。對(duì)生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，是必不可少的檢測(cè)手段。每種金屬的磁化率是不同的，所以各廠家由于所采用的觸媒體系不同，故磁化率并沒(méi)有可比性，但對(duì)于相同觸媒合成的金剛石，通過(guò)磁化率分類還是有效的。

       3、磁化率的檢測(cè)方法

       人造金剛石的物理化學(xué)性質(zhì)在很大程度上取決于其雜質(zhì)的含量，特別是存在于晶體內(nèi)部的不同形態(tài)的包裹體，對(duì)金剛石質(zhì)量的影響很大。確定雜質(zhì)含量常用的檢測(cè)技術(shù)是灰化技術(shù),即用燒灼法使金剛石的C元素氧化揮發(fā)，再對(duì)殘留物作定量的理化分析,確定其元素和重量。這些方法不僅消耗大量金剛石，而且檢測(cè)費(fèi)用很高，檢測(cè)效率很低，不能滿足生產(chǎn)的需要。這些有害的雜質(zhì)基本上都是鐵磁性物質(zhì)，因此可以用磁性檢驗(yàn)的方法間接地確定其中雜質(zhì)的多少，這是一種無(wú)損檢測(cè)方法。國(guó)外采用磁化率表征雜質(zhì)的含量多少，測(cè)定方法有多種，常用的磁力天平法、等磁力天平法、磁導(dǎo)計(jì)沖擊法等,使用的檢測(cè)儀器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，體積大，操作不夠方便；此外由于檢測(cè)時(shí)所規(guī)定的取樣量少,樣品的代表性差。參考國(guó)外最新的檢測(cè)儀器的原理，我國(guó)自主開(kāi)發(fā)了金剛石磁化率測(cè)定儀。具有強(qiáng)的抗干擾能力，體積小、重量輕、精度高，穩(wěn)定性能好,可適應(yīng)各種金剛石磁化率的檢測(cè)，已在行業(yè)推廣使用。下圖是鄭州三磨所研發(fā)的JCC-B金剛石磁化率分析儀，將規(guī)定量的金剛石顆粒放進(jìn)磁化率分析儀的進(jìn)料口中，數(shù)顯表就會(huì)自動(dòng)顯示出讀數(shù)。

參考文獻(xiàn)

1.人造金剛石磁化率檢測(cè)方法的研究 耿直 彭振宇

2.GB31025-93《電學(xué)和磁學(xué)的量和單位》

3.《超硬材料》王光祖