[发明专利]超细金刚石合成用发热元件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超硬材料合成设施技术领域，具体涉及一种用于人造金刚石合成的超细金刚石合成用发热元件及其制备方法。 

背景技术

超硬材料人造金刚石合成的主要方法是高压高温法，其一般合成温度在1200—1300℃，合成压力5.0—5.5Gpa；目前国内普遍采用间接发热方式，发热元件为石墨纸发热管和金属发热管；由于发热方式和结构的固有缺陷，这种发热方式往往存在两端温度低，中心温度高的弊端；其中石墨纸发热管，电阻小升温速率较慢；而金属发热管一般为0.2mm金属带焊接而成，虽然升温速率有所提升，但发热分布均匀性差，合成质量往往较差；超细颗粒金刚石合成具有成核量大、时间短、粒度细的特点，常规发热元件难以满足合成需要。因此，如何提高合成温度的升温速率和温度的均匀性是合成超细颗粒金刚石所需解决的重要问题。 

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供一种能够在快速提升合成温度的同时，进一步改善合成腔体温度分布的均匀性超细金刚石合成用发热元件及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种超细金刚石合成用发热元件，由发热元件基体和固定在发热元件基体外壁上的发热体组成，所述发热元件基体和发热体分别为上、下两端开口的圆柱筒形结构，其中发热体以发热元件基体的轴线的中线为中心对称布置。

上述超细金刚石合成用发热元件中，所述发热元件基体和发热体厚度分别为0.1mm~0.15mm，发热体的外径为42mm~50mm，发热体的高度为发热元件基体高度的4~6%，所述发热元件基体的高度为42mm~50mm。

上述超细金刚石合成用发热元件中，所述的发热元件基体和发热体分别由镍基合金材料制成，镍基合金由以下质量百分比的原料组成：铁含量为0.1%-1%，铬含量为28%-31%，余量为镍，所述镍基合金的耐热温度为1250℃-1380℃。所述发热体通过点焊焊接在发热元件基体外壁上。

上述超细金刚石合成用发热元件的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照权利要求3中所述镍基合金的原料组成称取各种合金成分，将其合金成分加入合金冶炼真空炉，抽真空至8Pa，升温至1450℃~1500℃，熔炼45 min ~50min，熔炼后得到的合金液浇铸冷却成铸锭；

（2）将步骤（1）得到的合金锭加热至1000~1200℃，在此温度条件下保温40~45min，锻造成厚度为15±2mm的锻坯;

(3) 将步骤（2）得到的锻坯加热到900℃±10℃并保温60 min ~65min，热轧成厚度为2.5±1mm的板材，氩弧焊对接打卷成带, 将得到的合金带置入5%-10%氢氧化钠溶液30-60S，取出冲水清洗后，置入15%硝酸水溶液2min，取出后清水冲洗，烘干；

（4）将步骤（3）得到的合金带室温下连续冷轧，达到厚度为0.1 ~0.15mm；

（5）按照上述步骤（1）到步骤（4）同样的方法制成合金条；所得合金条的宽度为步骤（4）所得合金带宽度的4-6%；

（6）将步骤（5）得到的合金条沿长度方向焊接到步骤（4）所得合金带的中线上，焊接时合金条中线与合金带中线重合，焊接后得到复合合金金属带；

（7）将步骤（6）焊接后得到的复合合金金属带剪切，剪切后的复合合金金属带采用无水乙醇进行表面擦洗清理，剪切后的复合合金金属带的长度与制备成型的发热元件基体的周长相等，将合金金属带卷成或焊接成圆筒状，得到发热元件。

上述超细金刚石合成用发热元件的制备方法中，步骤（4）所得的合金带宽度为42mm~50mm，合金带耐热温度为1250℃~1380℃。

上述超细金刚石合成用发热元件的制备方法中，步骤（5）所得的合金条的合金带耐热温度为1250℃-1380℃。

上述超细金刚石合成用发热元件的制备方法中，在步骤（2）中，在步骤（6）中，焊接采用点焊焊接方式，点焊时所用的电压260V，焊接时间为0.05秒，焊点间距为8 mm~10mm。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过将金属发热元件减薄至0.1-0.15mm，并在发热元件基体外壁上复合金属发热体，制作成发热元件，能够在超细颗粒金刚石合成中快速提升合成温度达到金刚石合成条件，并有效解决现有结构两端温度低中心温度高的缺陷，从而提高超细颗粒金刚石合成质量和合成工作效率。