[发明专利]一种人工合成金刚石用含稀土添加剂的FeMn基粉末触媒

说明书

技术领域

本发明属于人工合成金刚石用触媒材料技术领域，特指一种含稀土添加剂的FeMn 基粉末触媒。

背景技术

人工合成金刚石是用石墨作为碳源，利用高温高压设备，在触媒(由Fe、Ni.、Co、 Mn等元素组成的合金)的催化作用下由石墨转化而成。通常的触媒材料包括片状和粉末 状。粉末状触媒由于具有比表面积大，石墨转化率高，合成单产高，化学成分均匀，金刚 石生产成本低，合成的金刚石晶形完整率高、晶体内较为纯净、包裹体含量低、颜色佳， 金刚石冷、热冲击韧性高，热稳定性好，高强金刚石产出率高等优点，现已被企业普遍采 用。金刚石的合成质量和产量主要由石墨、粉末触媒的合金成分和粒度以及合成工艺等因 素决定，现在一般采用FeNi基粉末触媒进行高强金刚石的合成。为了进一步改进金刚石 的质量，降低生产制造成本，有关人员进行了不同目的的研究。

相关的专利如：专利CN1428194A提出一种合成粗颗粒、高强度金刚石用粉末触媒， 其合金成分为24-26％Mn(质量分数，下同)，4.5-5.5％Co，0.02-0.5％富Ce混合稀 土，0.05-0.5％Mo，50-100ppmN，余量为Ni，利用该粉末触媒合成的金刚石单产高， 晶形好，强度高；专利CN1428195A开发出一种合成细粒度金刚石用粉末触媒，其合金 成分为24-26％Mn，4.5-5.5％Co，0.6-2.0％C，0.02-0.2％Al，50-150ppm N，余 量为Ni，该粉末触媒出粉率高，适合合成细粒度金刚石；专利CN1903429A提出一种低 成本合成高强优质金刚石用粉末触媒，其合金成分为20-45％Ni，0-5％Mn，0.1-0.5％ C，50-100ppm N，80-300ppm O，余量为Fe，利用该触媒合成金刚石粒度粗、单产高、 晶形完整率高、热稳定性好。

以上几个粉末触媒专利的化学成分组成均为NiMn基或FeNi基，含有较高比例的Ni， 因此触媒材料成本较高。本专利采用Fe、Mn作为主要元素制备的FeMn基粉末触媒将会 进一步降低触媒的材料成本。

发明内容

本发明的FeMn基粉末触媒采用Fe、Mn作为主要成分，不用或少用金属Co、Ni， 将会进一步降低触媒的材料成本，适用于产量高、应用范围广、售价更低的磨料级金刚石 的合成。

为实现以上目的，本发明采取了以下技术方案：

本发明的一种人工合成金刚石用含稀土添加剂的FeMn基粉末触媒，按质量百分比 计，其合金成分为28-50％Mn，0-10％Ni，0-5％Co，0.1-0.5％C，0.01-1％稀土添 加剂，余量为Fe。

本发明的一种含稀土添加剂的FeMn基粉末触媒还含有其它微量元素，该配方触媒合 金成分按质量百分比计算为：28-50％Mn，0-10％Ni，0-5％Co，0.1-0.5％C，0.01-1 ％稀土添加剂，50-800ppm O，50-500ppm N，余量为Fe。

在含有稀土添加剂的FeMn基粉末触媒中，优选的技术方案为：按质量百分数计，其 合金成分为28-40％Mn，0-10％Ni，0-5％Co，0.1-0.3％C，0.1-0.6％稀土添加剂， 100-300ppm O，80-200ppm N，余量为Fe。

其中，稀土添加剂优选Ce、La和Er中的一种。

本发明的金刚石合成用粉末触媒，采用惰性气体气雾化工艺制备，所得粉末颗粒形状 为球形或类球形。

根据人造金刚石合成理论，触媒基体中的Mn是金刚石和石墨的相间活化元素，可以 提高触媒粉末浸润石墨的能力，增加形核率，有利于金刚石的合成；另一方面，触媒中的 氧对于金刚石合成而言是有害元素，触媒中的氧包括结合氧和吸附氧，也叫内氧和外氧， 内氧主要是以金属氧化物形式存在，外氧主要是吸附的空气和水分；外氧在触媒粉末与石 墨粉混合后的真空处理过程中会挥发或还原掉，而内氧在成型后的后续还原处理过程中只 能部分去除。在制粉过程中加入一定的C可以降低合金中的氧含量，另外，加入一定量 的稀土元素可以进一步减少触媒中金属氧化物的形成，起到脱除触媒中氧的作用，另外稀 土氧化物本身也是一种很好的催化剂。

本发明的优点如下：