一種利用快冷薄帶法制備片狀形貌觸媒粉末的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用快冷薄帶法制備片狀形貌觸媒粉末的方法，屬于人工合成金剛石用觸媒制備和粉末材料加工技術(shù)領(lǐng)域。該方法按照觸媒粉末的成分進(jìn)行原料配比；利用熔煉甩帶爐制取合金薄帶；采用機(jī)械粉碎機(jī)對(duì)合金薄帶進(jìn)行破碎；將破碎后的粉末采用篩網(wǎng)進(jìn)行篩分。該制備方法操作簡(jiǎn)單，成本低，特別適宜制備快速凝固金屬或合金的片狀粉末。該方法制備的粉末形貌為片狀，徑厚比為3:1～20:1，可用于合成超細(xì)顆粒金剛石、中粗顆粒金剛石和自銳性脆性金剛石。
【專利說明】
一種利用快冷薄帶法制備片狀形貌觸媒粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種片狀形貌的人造金剛石合成用觸媒粉末的制備方法，具體涉及一種利用快冷薄帶法制備片狀形貌觸媒粉末的方法，屬于人工合成金剛石用觸媒制備和粉末材料加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]人工合成金剛石所用觸媒材料的形態(tài)主要有片狀和粉末狀兩種。片狀工藝合成金剛石，石墨的轉(zhuǎn)化率低，金剛石單產(chǎn)低，觸媒消耗量多，目前已經(jīng)很少使用；粉狀工藝條件下，觸媒粉末成分均勻、粒度易調(diào)節(jié)，可以大大提高石墨與觸媒之間的反應(yīng)面積，改善工藝重復(fù)性，提高金剛石的單次產(chǎn)量，同時(shí)，也大大減少了觸媒材料的用量，粉末狀觸媒是目前合成金剛石工藝的主流材料。
[0003]關(guān)于粉末觸媒的制備，根據(jù)金剛石的使用用途和合成工藝目的不同，觸媒的成分組成以及制備技術(shù)稍有差別。不同配方的粉末觸媒制備技術(shù)已有大量文獻(xiàn)和專利介紹，工業(yè)化生產(chǎn)主要是利用霧化法，包括氣霧化和水霧化方法制備。觸媒粉末的形貌大多是近球狀、水滴狀或其它類球狀顆粒。
[0004]觸媒材料的形態(tài)對(duì)合成人造金剛石的結(jié)果有較大影響，觸媒與石墨的接觸狀況決定了人造金剛石的生長(zhǎng)環(huán)境。人造金剛石合成所選擇的碳源，微觀形貌上是鱗片狀的石墨粉，與之混合的觸媒粉末形狀大多是近球形或水滴狀，在混合制備合成柱過程中，近球形的顆粒和鱗片狀的石墨并不能完全接觸，壓制過程中微觀的致密性并不高，混好的物料運(yùn)輸過程中容易分層，制備合成柱時(shí)必須進(jìn)行多次的混合和冷等徑壓造粒、破碎、再壓制成型等工序。從粉末冶金技術(shù)考慮，選擇片狀形貌的觸媒粉末與鱗片狀結(jié)構(gòu)的石墨粉混合，二者可以良好地接觸且不易分層，一方面增加合成柱的致密度，另一方面還可以降低制備合成柱的難度。最主要的是利用片狀形貌的觸媒粉末合成金剛石，高溫高壓條件下，溫度場(chǎng)更穩(wěn)定，工藝重復(fù)性更高，更有利于優(yōu)質(zhì)金剛石的生長(zhǎng)，且石墨轉(zhuǎn)化成金剛石的轉(zhuǎn)化率大幅提尚，綜合效益明顯改善。
[0005]目前制備片狀金屬粉末的方法大多為球磨法和研磨法，是以近球形或水滴狀粉末為原料進(jìn)行再加工制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出了一種利用快冷薄帶法制備片狀形貌粉末的方法，利用快冷方法制備出合金薄帶，然后利用薄帶破碎制備片狀粉末的工藝，以提供一種可制備人造金剛石合成用片狀形貌觸媒粉末的方法。旨在進(jìn)一步降低制造成本，發(fā)揮片狀粉末觸媒的特點(diǎn)，合成出質(zhì)量和使用效果更好的人造金剛石。
[0007]本發(fā)明方法具有如下特點(diǎn):(I)利用快冷薄帶法；(2)制備片狀形貌粉末；(3)合成人造金剛石的觸媒原料。
[0008]—種利用快冷薄帶法制備片狀形貌觸媒粉末的方法，適用于制備片狀形貌的人造金剛石合成用觸媒粉末，包括如下步驟:
[0009](I)按照觸媒粉末的成分進(jìn)行原料配比；
[0010](2)利用熔煉甩帶爐制取合金薄帶；
[0011 ] (3)采用機(jī)械粉碎機(jī)對(duì)合金薄帶進(jìn)行破碎；
[0012](4)將破碎后的粉末采用篩網(wǎng)進(jìn)行篩分。
[0013]步驟(I)中，所述的原料包括?6、祖、<30或1]1等金屬，所選用的原料?6、祖、(]0、]\111等的純度均彡99.9wt%，原料表面要處理干凈。
[0014]觸媒粉末的成分為FeNi30、FeNi29Col、Ni70Mn30、FeNi25Mn5、FeMn25Ni5、FeMn30、FeNi25、NiMn25等，不限于所列舉的合金組成，還可包括其它可作為觸媒元素組成的合金配比。
[0015]步驟(2)中，可采用非真空或真空熔煉甩帶爐制取合金薄帶。當(dāng)采用非真空熔煉甩帶爐時(shí)，將合金放入熔煉坩禍中，利用中頻感應(yīng)進(jìn)行合金熔化，熔體合金熔化后進(jìn)行精煉，然后離心用帶制取合金薄帶，合金薄帶的厚度為10?30μηι。
[0016]合金熔化時(shí)，熔化溫度設(shè)定為合金熔點(diǎn)M以上100?200°C，即熔煉溫度控制為合金熔點(diǎn)M+100?200°C范圍，精煉時(shí)間為5-15分鐘，優(yōu)選為10分鐘;先對(duì)甩帶爐的銅輥表面進(jìn)行拋光處理，制備合金薄帶時(shí)，調(diào)節(jié)漏料口下端與銅棍的距離為0.5?5mm，調(diào)整銅棍的轉(zhuǎn)速，使外沿線速度為20?150m/s。
[0017]當(dāng)采用真空熔煉甩帶爐時(shí)，先將合金放入熔煉坩禍中，密閉后抽真空至2X10—3Pa以下，然后通入氮?dú)獠⒈３謮毫?.05MPa，然后進(jìn)行合金熔煉、精煉以及離心甩帶，以制取合金薄帶。其中的合金熔煉、精煉以及熔煉溫度選擇和制備薄帶工藝要求同非真空熔煉制備薄帶法相同。
[0018]步驟(3)中，所述的機(jī)械粉碎機(jī)為機(jī)械球磨機(jī)或研磨機(jī)。
[0019]步驟(4)中，對(duì)破碎好的粉末利用200目的篩網(wǎng)進(jìn)行超聲振動(dòng)篩分，得到-200目的片狀觸媒粉末。并不只限于使用200目篩網(wǎng)，也可根據(jù)要求使用其它目數(shù)的篩網(wǎng)篩分。
[0020]制備的片狀形貌觸媒粉末徑厚比介于3:1?20:1之間，但不僅限定于該范圍。本方法制備的片狀形貌觸媒粉末，根據(jù)合金成分組成不同，既可用于合成超細(xì)顆粒金剛石也可以合成中、粗顆粒金剛石，同時(shí)也可以應(yīng)用于合成自銳性的脆性金剛石。
[0021]本發(fā)明為制備片狀形貌觸媒粉末提供了一種操作簡(jiǎn)單、成本低、效率高的制備方法，利用片狀形貌觸媒可以提高觸媒粉末與鱗片狀石墨顆粒的接觸面積，利于合成出兼?zhèn)淦瑺罟に嚭头蹱罟に囂攸c(diǎn)，具有晶型良好、棱角分明、切磨效率高的金剛石。
[0022]本發(fā)明制備片狀粉末的方法還具有以下特點(diǎn):適用范圍廣，合金成分不限，?6祖0)、？6附111、？6祖、？6111以及附111等成分組成均可以；工藝簡(jiǎn)單，可實(shí)施性強(qiáng)，適合規(guī)?；a(chǎn)；片狀粉末粒度可控，選擇合適的破碎時(shí)間及分級(jí)方法即可得到所要求粒度和徑厚比的產(chǎn)品，粉末制備效率高。該制備方法操作簡(jiǎn)單，成本低，特別適宜制備快速凝固的脆性金屬或合金的片狀粉末。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明制備的具有片狀形貌FeNi30觸媒粉末的電鏡照片；
[0024]圖2為本發(fā)明制備出的具有片狀形貌的FeNi29Col觸媒粉末的電鏡照片；[0025 ]圖3為利用本發(fā)明制備的片狀形貌FeNi 29Col觸媒粉末合成的人造金剛石形貌。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了更好地理解本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明的說明而不是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步限定，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本
【發(fā)明內(nèi)容】
進(jìn)行的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，均屬于本發(fā)明方法的保護(hù)范圍。
[0027]本發(fā)明的利用快冷薄帶法制備片狀形貌的人造金剛石合成用觸媒粉末的方法，所采用工藝方法如下:
[0028](I)材料準(zhǔn)備:根據(jù)熔煉爐的容量，按合金配比要求的重量百分比稱取Fe、N1、Co、Mn等金屬原料，原料表面要處理干凈；同時(shí)對(duì)甩帶爐的銅輥表面進(jìn)行拋光處理。
[0029](2)利用真空或非真空熔煉甩帶爐制取薄帶:當(dāng)使用真空熔煉爐時(shí)，先將合金放入熔煉坩禍中，密閉后抽真空至2X10—3Pa以上，然后通入氮?dú)獠⒈３謮毫?.05MPa，利用中頻感應(yīng)進(jìn)行合金熔化，熔化溫度設(shè)定為合金熔點(diǎn)M以上100?200 °C，熔體合金熔化后，精煉10分鐘，調(diào)節(jié)漏料口下端與甩帶銅輥的距離為0.5?5_，調(diào)整銅輥的轉(zhuǎn)速，使外沿線速度為20?150m/s，離心用帶制取合金薄帶，控制合金薄帶的厚度約為10?30μηι;當(dāng)選用非真空恪煉時(shí)，不需要抽真空，其它如合金熔煉、精煉以及熔煉溫度選擇和制備薄帶工藝要求同真空恪煉制備薄帶法相同。
[0030](3)破碎:利用機(jī)械球磨或研磨進(jìn)行薄帶細(xì)碎，制備出所要求粒度的粉末。
[0031](4)篩分:對(duì)破碎好的粉末利用200目的篩網(wǎng)進(jìn)行超聲振動(dòng)篩分，得到-200目的片狀觸媒粉末。粉末形貌為片狀，徑厚比為3:1?20:1。
[0032]熔煉甩帶爐主要由熔煉室(真空或非真空)、澆注系統(tǒng)、快冷甩帶系統(tǒng)以及收集系統(tǒng)組成，是一種較為成熟的設(shè)備。目前的技術(shù)比較適于制備50μπι以上的厚帶，本發(fā)明通過對(duì)甩帶系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造用來制備20μπι以下的薄帶并利用薄帶進(jìn)行破碎制備片狀形貌的觸媒粉末則是一種新的應(yīng)用。
[0033]實(shí)施例1
[0034]合金成分為FeNi30，按照成分要求，根據(jù)熔煉爐的容積，稱取相應(yīng)重量百分比的高純鐵(純度大于99.9wt % )350公斤，高純Ni (純度大于99.9wt % ) 150公斤，放入中頻熔煉爐的坩禍中；實(shí)驗(yàn)前對(duì)甩帶爐的銅輥表面進(jìn)行拋光處理。
[0035]利用非真空熔煉甩帶爐制取薄帶:將原料放入坩禍中，密閉后，中頻爐熔煉爐溫度設(shè)定為1460°C + 100?200°C，進(jìn)行熔煉，待原料全部熔化后精煉10分鐘，調(diào)整好漏液口和銅輥的間距為2mm，然后使液流由導(dǎo)流澆口均勻流在轉(zhuǎn)速為100m/S的銅輥上離心甩出，制備薄帶，薄帶的厚度控制為ΙΟμπι左右。
[0036]破碎:將制備的薄帶收集后，利用機(jī)械粉碎機(jī)進(jìn)行研磨細(xì)碎至-200目以下，測(cè)得徑厚比最大可達(dá)到20:1，最小達(dá)到3:1，整體的徑厚比介于3:1?20:1，篩分包裝待用。
[0037]如圖1所示，為制備的具有片狀形貌FeNi30觸媒粉末的SEM電鏡照片，從圖中可以看到，得到的觸媒粉末為片狀，形貌為不規(guī)則形狀。
[0038]實(shí)施例2
[0039]合金成分為FeNi29Col，按照成分要求，根據(jù)熔煉爐的容積，稱取相應(yīng)重量百分比的高純鐵(純度大于99.9wt%) 350公斤，高純Ni (純度大于99.9wt%) 145公斤，高純Co (純度大于99.9wt% )5公斤，放入中頻熔煉爐的坩禍中；實(shí)驗(yàn)前對(duì)甩帶爐的銅輥表面進(jìn)行拋光處理。
[0040]利用非真空熔煉甩帶爐制取薄帶:將原料放入坩禍中，密閉后，中頻爐熔煉溫度設(shè)定為1450°C+100?200°C進(jìn)行熔煉，原料全部熔化后精煉10分鐘，調(diào)整漏液口和銅輥的間距為2.5mm，然后使液流由導(dǎo)流饒口均勾流在轉(zhuǎn)速為90m/s的銅棍上離心用出，制備薄帶，薄帶的厚度控制為ΙΟμπι左右。
[0041 ]破碎:將制備的薄帶收集后，利用機(jī)械粉碎機(jī)進(jìn)行細(xì)碎和球磨至-200目以下，測(cè)得徑厚比最大可達(dá)到20:1，最小達(dá)到3:1，整體的徑厚比介于3:1?20:1，篩分包裝待用。
[0042 ]如圖2所示，為制備的具有片狀形貌FeNi 29Co I觸媒粉末的SEM電鏡照片，從圖中可以看到，得到的觸媒粉末為片狀，形貌為不規(guī)則形狀。
[0043]實(shí)施例3
[0044]合金成分選定為Ni70Mn30，按照成分要求，根據(jù)熔煉爐的容積，稱取相應(yīng)重量百分比的高純Ni(純度大于99.9wt%)350公斤，高純Mn(純度大于99.9wt%)150公斤，放入中頻熔煉爐內(nèi)的坩禍;使用前對(duì)甩帶爐的銅輥表面進(jìn)行拋光處理。
[0045]利用真空熔煉甩帶爐制取薄帶:原料放入熔煉坩禍中，密閉后抽真空至2X10—3Pa后充入氮?dú)庵?.05MPa左右進(jìn)行熔煉，熔煉溫度達(dá)到1300°C+100?200°C后，精煉10分鐘，然后調(diào)整導(dǎo)流口至銅輥的間距為3mm，使液流由導(dǎo)流澆口均勻流在轉(zhuǎn)速為80m/s的銅輥上離心甩出，制備薄帶，薄帶的厚度控制為20μπι左右。
[0046]破碎:將制備的薄帶利用機(jī)械粉碎機(jī)進(jìn)行細(xì)碎或球磨至-200目以下，測(cè)得徑厚比最大可達(dá)到20:1，最小達(dá)到3:1，整體的徑厚比介于3:1?20:1，篩分包裝待用。
[0047]本發(fā)明也可在真空或非真空條件下用來制備其它配比合金為原料的片狀形貌觸媒粉末，例如，F(xiàn)eNi25Mn5、FeMn25Ni5、FeMn30、FeNi25、NiMn25等。該方法操作簡(jiǎn)單，特別適宜制備快速凝固金屬或合金的片狀形貌粉末。
[0048]本發(fā)明制備的觸媒粉末顆粒的片狀形貌，使觸媒粉末更好地與鱗片狀石墨顆粒相接觸，有效提高了觸媒粉末與鱗片狀石墨顆粒的接觸面積，利用片狀形貌粉末觸媒合成金剛石的工藝具有以下優(yōu)點(diǎn):①石墨轉(zhuǎn)化率高，金剛石單產(chǎn)高;②金剛石透明度好，高強(qiáng)比例高;③金剛石晶型好、晶棱明顯、切磨性能優(yōu)異;④金剛石粒度集中度高，工藝穩(wěn)定性好。
[0049]利用實(shí)施例2制備的FeNi29Col(-200目)粉末與鱗片狀石墨粉按重量比為35:65的比例混合制備合成柱，進(jìn)行金剛石合成實(shí)驗(yàn)，圖3為利用本發(fā)明制備的片狀形貌FeNi29Col觸媒粉末合成的人造金剛石(80/100)放大100倍形貌，從圖3可以看到，利用所制備的片狀形貌觸媒粉末合成的金剛石，晶形完整，透明度高，晶內(nèi)雜質(zhì)少。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用快冷薄帶法制備片狀形貌觸媒粉末的方法，包括如下步驟: (1)按照觸媒粉末的成分進(jìn)行原料配比； (2)利用熔煉甩帶爐制取合金薄帶； (3)采用機(jī)械粉碎機(jī)對(duì)合金薄帶進(jìn)行破碎； (4)將破碎后的粉末采用篩網(wǎng)進(jìn)行篩分。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用快冷薄帶法制備片狀形貌觸媒粉末的方法，其特征在于:所述的原料包括Fe、N1、Co和/或Mn，F(xiàn)e、N1、Co和Mn的純度均彡99.9wt %。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用快冷薄帶法制備片狀形貌觸媒粉末的方法，其特征在于:所述的觸媒粉末的成分為 FeNi30、FeNi29Col、Ni70Mn30、FeNi25Mn5、FeMn25Ni5、FeMn30、FeNi25或NiMn25。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用快冷薄帶法制備片狀形貌觸媒粉末的方法，其特征在于:采用非真空或真空熔煉甩帶爐制取合金薄帶。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用快冷薄帶法制備片狀形貌觸媒粉末的方法，其特征在于:采用非真空熔煉甩帶爐，將合金放入熔煉坩禍中，利用中頻感應(yīng)進(jìn)行合金熔化，熔體合金熔化后進(jìn)行精煉，然后離心甩帶制取合金薄帶，合金薄帶的厚度為10?30μπι。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用快冷薄帶法制備片狀形貌觸媒粉末的方法，其特征在于:合金熔化溫度為合金熔點(diǎn)以上100?200 °C，精煉時(shí)間為5-15分鐘；制備合金薄帶時(shí)，調(diào)節(jié)漏料口下端與銅棍的距離為0.5?5mm，調(diào)整銅棍的外沿線速度為20?150m/s。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用快冷薄帶法制備片狀形貌觸媒粉末的方法，其特征在于:采用真空熔煉甩帶爐，先將合金放入熔煉坩禍中，密閉后抽真空至2X10—3Pa以下，然后通入氮?dú)獠⒈３謮毫?.05MPa，然后進(jìn)行合金熔煉、精煉以及離心甩帶制取合金薄帶。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用快冷薄帶法制備片狀形貌觸媒粉末的方法，其特征在于:所述的機(jī)械粉碎機(jī)為機(jī)械球磨機(jī)或研磨機(jī)，采用200目的篩網(wǎng)進(jìn)行超聲振動(dòng)篩分。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的利用快冷薄帶法制備片狀形貌觸媒粉末的方法制備得到的片狀形貌觸媒粉末，其特征在于:所述的片狀形貌觸媒粉末的徑厚比在3:1?20:1之間。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的片狀形貌觸媒粉末可以在合成超細(xì)顆粒金剛石、中粗顆粒金剛石和自銳性脆性金剛石工藝中得到應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】B01J23/755GK105880610SQ201610228571
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月13日
【發(fā)明人】賀會(huì)軍, 趙文東, 趙新明, 盛艷偉, 張金輝, 尤林, 朱學(xué)新, 劉英杰, 劉建
【申請(qǐng)人】北京康普錫威科技有限公司