Устройство для сортировки алмазных порошков

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОРТИРОВКИ АЛМАЗНЫХ ПОРОШКОВ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) 1. Устройство для сортировки алмазного порошка, содержащее взаимосвязанные питатель, магнитный сепаратор, приемник продуктов разделения, блок питания, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит блок активации алмазного порошка и блок синхронизации, причем блок синхронизации связан с блоками активации алмазного порошка и питания, а блок активации алмазного порошка соединен с питателем, магнитным сепаратором, приемником продуктов разделения и блоком питания. 2. Устройство для сортировки алмазного порошка по п. 1., отличающееся тем, что блок активации алмазного порошка выполнен в виде взаимосвязанных источника высокого напряжения и электропроводящей пластины. 3. Устройство для сортировки алмазного порошка по п. 1., отличающееся тем, что блок активации алмазного порошка выполнен в виде обмотки электромагнита, подключенной к источнику переменного тока. Фиг. 1 4. Устройство для сортировки алмазного порошка по пп. 1-3., отличающееся по любому из пунктов тем,что блок активации алмазного порошка выполнен в виде взаимосвязанных источника высокого напряжения и электропроводящей пластины, совмещенных с обмоткой электромагнита, подключенной к источнику переменного тока. 3325. Устройство для сортировки алмазного порошка по пп. 1-4., отличающееся по любому из пунктов тем,что питатель выполнен в виде пластин конденсатора, соединенных с источником высокого напряжения и расположенных внутри обмотки электромагнита. 6. Устройство для сортировки алмазного порошка по п. 5., отличающееся тем, что магнитный сепаратор выполнен в виде цилиндрического полюсного наконечника электромагнита, причем ось цилиндра направлена перпендикулярно к оси полюса электромагнита, наконечник имеет возможность вращения вокруг своей оси, а питатель расположен над поверхностью цилиндра.(56) 1. А.с. СССР 94356, 1947. 2. Терехов В. П., Ширяев А. П. Обезжелезнение алмазных порошков в линейном бегущем магнитном поле // Сверхтвердые материалы. - 1991. -6. - С. 38-40. 3. А.с. СССР 1660747 А 1, 1989 (прототип). Полезная модель относится к технике метрологии и сертификации материалов и может быть использована в технологии синтеза, обработки и применения алмазных порошков и промышленности при производстве сортировочно-метрологических комплексов. Известно устройство для разделения алмазных и шлифпорошков на основе вибростола, обеспечивающее эффективное разделение синтетических порошков различных марок и зернистости по форме зерен 1. Однако устройство 1 не решает задачу сортировки порошков по их другим физико-технологическим параметрам, например по магнитным свойствам и по прочности. Известен также сепаратор и способ обезжелезнения алмазных порошков в линейном бегущем магнитном поле 2. Сепаратор 2 обеспечивает очистку алмазных порошков от железных примесей, образующихся в процессе дробления алмазного борта. Данное устройство не пригодно для решения задачи сортировки слабонамагничивающегося синтетического алмазного сырья 2. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство 3, содержащее взаимосвязанные питатель, магнитный сепаратор барабанного типа, приемник продуктов разделения и блок питания. Устройство позволяет разделять только на две (магнитную и немагнитную) фракции порошковые материалы с высокой производительностью, однако непригодно для тонкой сортировки алмазных порошков с различной степенью намагниченности на несколько фракций 3. Задачей заявляемого технического решения является тонкая сортировка алмазных порошков в широком диапазоне размеров частиц на несколько фракций различной степени намагниченности, что необходимо для сертификации алмазных порошков по прочности. Поставленная задача решается тем, что устройство, содержащее взаимосвязанные питатель, магнитный сепаратор барабанного типа, приемник продуктов разделения, блок питания, дополнительно содержит блок активации алмазного порошка и блок синхронизации, причем блок синхронизации связан с блоками активации и питания, а блок активации соединен с питателем, магнитным сепаратором, приемником продуктов разделения и блоком питания. В вариантах устройства блок активации алмазного порошка может выполняться в виде взаимосвязанных источника высокого напряжения и электропроводящей пластины, а также в виде обмотки электромагнита,подключенной к источнику переменного тока, либо в виде взаимосвязанных источника высокого напряжения и электропроводящей пластины, совмещенных с обмоткой электромагнита, подключенной к источнику переменного тока. Кроме того, предлагается вариант выполнения питателя в виде пластин конденсатора, соединенных с источником высокого напряжения и расположенных внутри обмотки электромагнита. Магнитный сепаратор может выполняться в виде цилиндрического полюсного наконечника электромагнита, причем ось цилиндра направлена перпендикулярно к оси полюса электромагнита и имеет возможность вращения вокруг своей оси, а питатель расположен над поверхностью цилиндра. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, а на фиг. 2 и 3 - варианты его конкретного исполнения. Устройство (фиг. 1) содержит взаимосвязанные питатель 1, магнитный сепаратор 2 барабанного типа, приемник продуктов разделения 3, блок питания 4, дополнительные блок синхронизации 5 и блок активации алмазного порошка 6. Вход 7 служит для загрузки сырья в питатель 1, который соединен с магнитным сепаратором 2 барабанного типа связью 8, а связью 9 магнитный сепаратор 2 соединен с приемником продуктов разделения 3. Вывод продуктов разделения осуществляется через выход 10. Блок активации алмазного порошка 6 соединен с питателем 1 связью 11. Магнитный сепаратор 2 соединен с блоком активации алмазного порошка 6 и блоком питания 4 связями 12 и 13 соответственно. Блок синхронизации 5 соединен с блоком активации ал 2 332 мазного порошка 6 и блоком питания 4 связями 14 и 15, а блок активации алмазного порошка 6 соединен с блоком питания 4 и приемником продуктов разделения 3 связями 16 и 17. Заявляемое устройство отличается от прототипа наличием новых блоков блока активации алмазного порошка 6, блока синхронизации 5 и их связями с остальными элементами. Устройство сортировки работает следующим образом (фиг. 1). Сортируемый алмазный порошок через вход 7 поступает в питатель 1, обеспечивающий равномерную подачу заданного количества порошка на внешнюю поверхность цилиндра магнитного сепаратора 2, который разделяет порошок на фракции, различающиеся степенью намагничения. Приемник продуктов разделения 3 распределяет их на требуемое количество сортов. С помощью блока питания 4 осуществляется питание магнитного сепаратора 2 и вращение его барабана. Существенным элементом устройства сортировки является блок активации алмазного порошка 6, выполняющий функцию предварительной подготовки каждой частицы алмазного порошка к операции сепарирования, и прежде всего гомогенизации их магнитных и электрических свойств. Кроме того, на последующих стадиях сортировки (в процессе сепарирования и вывода разделенных фракций) блок активации алмазного порошка 6 обеспечивает подавление явлений физической сорбции, характерной для мелкодисперсных частиц алмазных порошков, к поверхностям элементов магнитного сепаратора 2 и приемника продуктов разделения 3. Основной функцией второго существенного элемента устройства сортировки (блока синхронизации 5) является согласованное включение и изменение режимов всех блоков устройства в процессе выполнения операций подготовки исходных материалов, их сепарации и вывода, что необходимо для решения задачи тонкой сортировки порошков с различной дисперсностью. Фиг. 2 и 3 показывают варианты конкретного исполнения устройства, на которых обозначены полюсной наконечник 18 цилиндрической формы магнитного сепаратора 2 устройство вращения 19 полюсного наконечника 18 на основе электродвигателя с источником питания 20 полюс электромагнита 21 с обмоткой 22 совмещенный с питателем 1 блок активации алмазного порошка на основе электропроводящих пластин 23,соединенных с источником высокого напряжения 24 и размещенных внутри обмотки электромагнита 25,подключенной к источнику переменного тока 26. Блок активации алмазного порошка 6 связан с магнитным сепаратором 2 и выполнен в виде электропроводящей пластины 27, соединенной с источником высокого напряжения 28. Вариант блока активации алмазного порошка 29 выполнен аналогично и совмещен с приемником продуктов разделения 3, имеющего, например, четыре выводных канала 10, которые соответствуют четырем сортам порошков. На фиг. 2 и 3 показано, что ось цилиндрического полюсного наконечника 18 направлена перпендикулярно к оси полюса электромагнита 21 и наконечник имеет возможность вращения вокруг своей оси, а питатель 1 расположен над поверхностью цилиндрического полюсного наконечника 18. На фиг. 3 пояснены конструктивные особенности исполнения магнитопровода магнитного сепаратора 2. Из фиг. 3 видно, что цилиндрический полюсный наконечник 18 входит в состав магнитной цепи электромагнита, состоящей из элементов основной полюс электромагнита 21 - магнитопровод броневого типа 30 - второй полюс 31 в виде треугольной призмы, расположенной параллельно оси цилиндрического полюсного наконечника 18. Из фиг. 2 и 3 видно, что при поступлении алмазного порошка из питателя 1 на поверхность вращающегося барабана полюсного наконечника 18 магнитного сепаратора 2 алмазные частицы попадают в зоны различного воздействия сил тяжести и магнитного притяжения. В верхней зоне барабана (под питателем 1) обе силы согласованно воздействуют на алмазные частицы и поэтому вся распределенная по его поверхности масса порошка перемещается вращающейся поверхностью. Процесс отделения первой (немагнитной) фракции алмазного порошка начинается в зоне, расположенной напротив второго полюсного наконечника 31(фиг. 3). В этой зоне на немагнитные частицы в основном воздействует лишь сила тяжести, они отрываются от поверхности цилиндрического полюсного наконечника 18 магнитного сепаратора 2 и попадают в первую секцию приемника продуктов разделения 3. В свою очередь, магнитные частицы алмазного порошка продолжают перемещаться поверхностью барабана магнитного сепаратора до тех пор, пока составляющая силы тяжести не превысит составляющую силы магнитного притяжения к барабану. Поэтому в этой зоне сортировки магнитные алмазные частицы попадают в различные секции приемника продуктов разделения 3 в зависимости от степени намагниченности частиц. Так, во вторую секцию попадают частицы менее намагниченные, чем в третью, а в четвертой секции выделяются частицы с максимальной намагниченностью. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает тонкую сортировку частиц алмазных порошков в зависимости от степени их намагниченности. При этом цилиндрическая форма вращающегося полюсного наконечника 18 и треугольная форма второго наконечника 31 обеспечивают формирование в зонах магнитного воздействия на сортируемые частицы магнитных полей с повышенным градиентом, что необходимо для оптимального пространственного распределения магнитных сил, повышения разрешающей способности магнитного сепаратора и снижения энергопотребления. 3 332 Повышение разрешающей способности магнитной сепарации (эффективности тонкой сортировки) алмазных порошков обеспечивается благодаря использованию блока активации алмазного порошка 6, например, в виде обмотки электромагнита 25, окружающей питатель 1 (фиг. 2 и 3) и подключенной к источнику переменного тока 26. Такое исполнение варианта блока активации алмазного порошка 6 позволяет с помощью воздействия переменного магнитного поля размагнитить все проходящие через питатель 1 частицы алмазного порошка и привести их в одинаковое исходное состояние перед подачей их в зону сепарации. Введение в устройство дополнительного блока активации в виде взаимосвязанных источника высокого напряжения и электропроводящей пластины, например, в виде пластин конденсатора 23 или пластины 27 и полюсного наконечника 18, соединенных с источником питания 28, обеспечивает возможность сортировки алмазных порошков, состоящих из мелкодисперсных частиц. Благодаря указанному конструктивному исполнению блока активации достигается компенсация электрических зарядов всей совокупности сортируемых частиц при их продвижении через питатель 1, магнитный сепаратор 2 и приемник продуктов разделения 3 как за счет прямого электрического контакта с поверхностью электропроводящих пластин, так и за счет воздействия ионизированных высоковольтным источником молекул атмосферных газов. Это обеспечивает компенсацию паразитных сил физической сорбции сортируемых мелкодисперсных частиц алмазного порошка к поверхности элементов блоков 1, 2, 3. Дополнительный блок синхронизации 5, связанный с блоком активации алмазного порошка 6 и блоком питания 4, осуществляет взаимодействие блоков и адаптивное изменение их режимов в процессе сортировки и обеспечивает, в конечном счете, работоспособность устройства при тонкой сортировке порошков с различной степенью дисперсности. Например, за счет изменения величины магнитного поля в магнитном сепараторе обеспечивается оптимальная сортировка алмазного порошка заданной дисперсности. Оптимизация режимов электрической и магнитной активации порошка в блоках 1-3 сокращает время сортировки и повышает разрешающую способность. Таким образом, благодаря введению в известное устройство дополнительных блоков и новых связей между блоками, решается задача тонкой сортировки алмазных порошков по магнитным свойствам в расширенном диапазоне дисперсности частиц. Новые варианты магнитного сепаратора, модификация питателя, магнитного сепаратора и приемника продуктов разделения являются оптимальными, но не единственными для реализации данного устройства. Важное техническое значение предлагаемого решения имеет и то, что, как установлено авторами, магнитные свойства алмазных порошков коррелируют с их прочностью. Поэтому обеспечение магнитной сортировки решает и технически важную задачу сортировки порошков по прочности. При этом существенно,что сортировка распространяется не только на порошки с крупными частицами, но и мелкодисперсные алмазы. Авторами было установлено, что в процессе синтеза алмазных порошков с использованием металловкатализаторов имеет место проникновение частиц катализаторов в синтезируемые кристаллы, что влияет на совершенство структуры кристаллов и является индикатором и причиной снижения прочности. Однако благодаря проявлению магнитных свойств включений металлов-катализаторов появляется физикотехнологическая возможность сортировки таких кристаллов по прочности, причем, как показали измерения,наименьшей прочностью обладают кристаллы с повышенной намагниченностью, а более совершенные и поэтому более прочные не имеют магнитных включений. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4