[发明专利]一种高耐磨的人造金刚石片状触媒合成工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种人造金刚石合成工艺，特别是涉及一种高耐磨的人造金刚石片状触媒合成工艺。

背景技术

片状触媒合成金刚石，近年受到粉末法的强烈冲击，尽管如此，国内高端料仍需进口，由于片状料具备粉末料不及之优势，在中粗粒度范围内仍替代部分进口，但是长期以来，行业存在着对片状工艺基础理论认识不足，设备控制精度低等问题，同时片状工艺存在着先天的不足于粉末工艺之处,是受原材料形态限制，不能无限扩大腔体，这决定了片状工艺料存在着粒度细，强度低，工具寿命短的问题，其根源在于单晶内存在较大应力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种金刚石粒度增粗、透明度高、棱角锋利和磁化率低的高耐磨的人造金刚石片状触媒合成工艺。

为了解决上述技术问题，本发明提供的高耐磨的人造金刚石片状触媒合成工艺，包括腔体轴向对应的两个加热锤和径向对应的4个非加热锤，其特征是：两个所述的加热锤的α角均为42°，4个所述的非加热锤的A-A面为40°30′，B-B面为41°30′，即4个所述的非加热锤之间以41°30′相邻，两个所述的加热锤与4个所述的非加热锤之间以42°-40°30′相邻。

作为本发明的进一步改进，改进设备的控制精度，压强精度±0.1MPa，温度精度±30℃。

采用上述技术方案的高耐磨的人造金刚石片状触媒合成工艺，改进之后，随着合成时间延长，金刚石粒度增粗，透明度高，棱角锋利，磁化率低。传统工艺，合成时间20分钟达到最佳，40/45峰值偏向45/50，再延长时间粒度不增粗，质量有所下降，改进之后，25分钟加热，峰值偏向35/40。证明腔体内温度-压力场得到了改善，所延长的时间为有效的合成时间，取得了预期效果。

本发明在可行的最大腔体腔体的压机上，采用本发明提供的传压方式，高精度控制系统，25分钟的合成工艺，成功批量生产出35#到60#优质金刚石，体现出显著高于粉末料的耐磨性。

综上所述，本发明是一种金刚石粒度增粗、透明度高、棱角锋利和磁化率低的高耐磨的人造金刚石片状触媒合成工艺。

附图说明

图1是金属—碳的P-T相图。

图2是六面顶受力示意图。

图3是两面顶受力示意图。

图4是存在压力梯度时生长点这变化示意图。

图5是本发明的加热锤的主视图。

图6是本发明的非加热锤的俯视图。

图7是片状工艺金刚石合成腔体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

在金属—碳的P-T相图中，如图1，I线为金属—C互熔线，II线为石墨—金刚石相平衡线I-II之间的“V“形区中，III区为优晶区，低温低压，适合生长优质金刚石。IV区为富晶区，晶体生长速成度较快，夹杂物较多，粒度变细，V区为磨料级金刚石生成区，成核很多，生长快，结构不完整，形态不规则，粒度细。

由于优晶区位于“V”形区最下端，偏向II极易熔蚀，应力急剧增加，偏向I线，排杂不完全，甚至由于驱动力不足以至停止生长，范围很窄，要求：

1、设备能对P、T精确控制，

2、最大限度降低腔体内的压力梯度和温度梯度。

实施措施2是受国外两面顶压机的启发，图2是六面顶受力示意图，X，Y，Z三个方向的受力均指向几何中心，图3是两面顶受力示意图，轴向指向几何中心，径向辐射远离几何中心，图2的受力方式制约了传压介质的传压性，密实到一定程度时会形成“拱形，不利于径向传压，随着时间延长和补压次数增多，在腔体内产生越来越大的压力梯度，无论粉末工艺还是片状工艺，都要求轴向施压大于径向施压，如果六个顶锤形状都一样，最终的行程是受限的，不利于轴向传压。高压腔内，稳定的压力场是稳定的温度场之前提，当压力场形成较大梯度时，腔体的P-T值会移动，如图4“AB”线所示，不符合优质金刚石生长条件。

两面顶的受力方式，取决于模具在轴向和径向的形态不同，轴向施力径向受力，行程不受限制，可以长时间建立稳定的压力场。

本发明采用的高耐磨的人造金刚石片状触媒合成工艺如下：

1、改进设备的控制精度，压强精度±0.1MP a，温度精度±30℃；

2、改变轴向和径向顶锤的角度α角，α角越小，传压性越差，反之越好，如果轴向和径向同时加大，无疑对传压有好处，但会改变传压介质形成溢流边之形状。急剧降低腔体的密封性能，经过多次试验，改进如下：