一種高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)的制作方法
【專利摘要】一種高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，包括如下步驟：把合成金剛石的原料按照質(zhì)量百分比計(jì)量、混料、造粒、壓制成合成棒；合成棒放入合成塊中，放在真空干燥箱中恒溫干燥備用；的合成塊采用六面頂壓機(jī)通過超高壓高溫合成；合成棒取出，經(jīng)后處理得到自銳性多晶金剛石，再通過溶膠凝膠法原位聚合，在金剛石表面包覆一層氧化鋯涂層，即形成高品級(jí)自銳性多晶金剛石。本發(fā)明產(chǎn)品的抗沖擊韌性和熱穩(wěn)定性綜合性能優(yōu)良，能明顯提高自銳性多晶金剛石在磨具中的把持力，磨削時(shí)能保持鋒利自銳性，最終有利于提高磨具的壽命和加工效率。
【專利說明】一種高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超硬材料的合成【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種具有自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]金剛石是硬度很高的超硬材料，主要用于制作各種金剛石工具，如磨削工具、拉絲模、切削刀具以及鉆進(jìn)工具等。世界上生產(chǎn)的金剛石主要以單晶為產(chǎn)品，獲得了廣泛的應(yīng)用。人造和天然金剛石以單晶居多，晶體本身就是一個(gè)完整的大晶粒。單晶是具有完整晶體外形的單個(gè)顆粒，顆粒內(nèi)部的晶格是周期排列，具有各向異性；多晶是一個(gè)顆粒里面有多個(gè)晶粒，每個(gè)晶粒的晶格都是周期性排列的，具有各向同性。多晶是眾多取向晶粒的單晶的集合，晶體是由許許多多的小晶粒組成。
[0003]單晶金剛石的應(yīng)用有一定的缺點(diǎn):由于有解理面，在磨削過程中一段時(shí)間后刃面磨損后容易鈍化；單晶容易整體從基體中拔出失去磨削效果，不能充分發(fā)揮金剛石的效用，導(dǎo)致加工成本升高。為了克服單晶金剛石的不足，人們開始主要通過電鍍的方法在金剛石表面鍍鎳、鍍銅或鍍鈦等。如中國專利CN85100286B，及公開專利申請CN102286742.A，公開了金剛石表面金屬化的方法。金剛石表面經(jīng)過金屬化以后，能解決金剛石不能與一般低熔點(diǎn)合金粘結(jié)和浸潤的困難，這對制備金屬基體的金剛石工具是有利的。中國專利200410096957.7還公開了一種金剛石表面涂覆玻璃涂覆金剛石鍍鈦復(fù)合結(jié)構(gòu)及其方法，經(jīng)過復(fù)合涂覆和金屬鍍處理的金剛石，體積增大，使得金剛石與基體的結(jié)合強(qiáng)度和把持力提高。但是這些方法制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，經(jīng)過表面金屬化的金剛石表面讓然缺少活性基團(tuán)，與陶瓷和樹脂基體仍不能形成牢固的化學(xué)鍵結(jié)合，對提高金剛石工具的壽命和效果是有限的。
[0004]合成自銳性多晶金剛石是一項(xiàng)新技術(shù)，多晶金剛石磨粒由多個(gè)亞穩(wěn)態(tài)金剛石微晶聚結(jié)而成團(tuán)粒狀顆粒，形狀不如金剛石單晶規(guī)則，呈各種凸凹粗糙表面，磨削時(shí)在應(yīng)力作用下，外部微晶粒逐層脫落的同時(shí)，露出新的鋒利切削刃，而且磨削力小，被加工工件表面粗糙度低，多晶金剛石磨?？梢园l(fā)揮充分效用，能解決單晶金剛石整體從基體中拔出、過早脫落的問題。中國專利CN101884933B，及公開專利申請CN102698758.A，公開了自銳性多晶金剛石合成用的觸媒及其制備方法。中國公開專利申請CN102941038.A公開了一種高自銳性金剛石的合成工藝。
[0005]可是，目前自銳性多晶金剛石產(chǎn)品產(chǎn)量低、品質(zhì)低、強(qiáng)度過低、抗沖擊韌性低，熱穩(wěn)定性差。本發(fā)明研究人員通過研究發(fā)現(xiàn)，多晶金剛石沒有得到推廣應(yīng)用的主要原因是多晶金剛石品級(jí)低，綜合性能差。開發(fā)高品級(jí)自銳性多晶金剛石，需要提高其抗沖擊韌性、單產(chǎn)率、熱穩(wěn)定性等綜合性能。本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn)，自銳性多晶金剛石具有特定的多晶粒結(jié)晶構(gòu)造，它的生長需要特定的合成條件與工藝技術(shù)，特別對一次升壓保壓，再二次增壓的工藝曲線進(jìn)行了優(yōu)化程序設(shè)計(jì)。通過控制觸媒的高效選擇性和多晶體快速生長機(jī)制，以及自銳性多晶金剛石晶體生長的條件及壓力溫度匹配適應(yīng)性；對觸媒進(jìn)行優(yōu)選，確定觸媒的主要化學(xué)成分是鐵錳鎳鈷金屬合金，輔加以微量稀土元素增加反應(yīng)活性，觸媒經(jīng)真空熔煉，化學(xué)還原，降低觸媒含氧量，氣霧化成形。采用溶膠凝膠法原位聚合在多晶金剛石表面涂覆設(shè)定涂層厚度的莫來石氧化物包膜，進(jìn)一步提高金剛石的高溫?zé)岱€(wěn)定性。經(jīng)過合成工藝及原輔材料體系優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高生產(chǎn)產(chǎn)品的品級(jí)和質(zhì)量，特別是能有效提高自銳性金剛石產(chǎn)品的抗沖擊韌性和熱穩(wěn)定性，以達(dá)到提高自銳性多晶金剛石磨具的壽命和加工效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決技術(shù)問題是提供一種能夠提高自銳性多晶金剛石品級(jí)的合成工藝技術(shù)，通過觸媒優(yōu)選、原輔材料設(shè)計(jì)、合成塊組裝技術(shù)改進(jìn)、控制特定的超高壓高溫合成條件與工藝曲線，采用觸媒法在六面頂壓機(jī)設(shè)備上合成高品級(jí)自銳性多晶金剛石。
[0007]為了解決上述問題采用以下技術(shù)方案:一種高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，包括如下步驟:
(1)把合成金剛石的原料碳源石墨、觸媒、活性稀土元素、納米金剛石，按照質(zhì)量百分比計(jì)量、混料、造粒、壓制成合成棒；所述原料的質(zhì)量百分比為:碳源石墨25?30%、活性稀土元素0.008?0.02%、納米金剛石0.5?0.8%、余量為觸媒；
(2)由步驟(I)中壓制成的合成棒放入合成塊中，組裝好的合成塊放在真空干燥箱中恒溫干燥備用；
(3)把步驟(2)組裝好的合成塊采用六面頂壓機(jī)通過超高壓高溫合成；
(4)把步驟(3)合成后的合成棒取出，經(jīng)后處理得到自銳性多晶金剛石，再通過溶膠凝膠法原位聚合，在金剛石表面包覆一層氧化鋯涂層，即形成高品級(jí)自銳性多晶金剛石。
[0008]所述的步驟(I)中，碳源石墨是99%鱗片狀天然石墨與1%碳納米管的混合物，其中鱗片狀天然石墨的粒度為200目；觸媒作為催化劑，觸媒采用氣霧化鐵錳鎳鈷金屬合金粉粉末:納米金剛石作為助成核劑，是由爆轟法生產(chǎn)的，粒度分布在20?100納米之間。
[0009]所述的觸媒輔加以微量稀土元素作活化劑，各組分的質(zhì)量百分比為:Mn 20?25%、Ni 10 ?15%、Co I ?3%、稀土元素 0.3 ?0.8%、余量為 Fe。
[0010]所述的步驟(2 )中，合成塊由合成棒、葉臘石、導(dǎo)電鋼圈、導(dǎo)電片、保溫片、保溫管和導(dǎo)電碳管組裝而成；水平方向上從外到內(nèi)依次由葉臘石、保溫管、導(dǎo)電碳管組成筒體，筒體中從上到下依次包括導(dǎo)電鋼圈、填料、雙層導(dǎo)電片、合成棒、雙層導(dǎo)電片、填料、導(dǎo)電鋼圈；雙層導(dǎo)電片的兩層導(dǎo)電片之間設(shè)有保溫片。
[0011]所述的導(dǎo)電碳管采用石墨短纖維增強(qiáng)、提高導(dǎo)電性。
[0012]所述的步驟(3)中，控制合成壓力過程為:起始控制壓力84MPa，保壓100s，在30s內(nèi)升壓到90MPa，繼續(xù)在60s內(nèi)將控制壓力升到95MPa，保壓130?200s后開始卸壓；合成溫度通過控制加熱功率來實(shí)現(xiàn)，開始加熱功率是llkW，保持200s后把加熱功率降至88kW，繼續(xù)保溫100?200s后停止。
[0013]所述的步驟(4)中，溶膠凝膠法原位聚合，在金剛石表面包覆一層氧化鋯涂層的具體方法是:以氯氧化鋯和氨水為原料，控制氯氧化鋯與氨水的初始摩爾比為1:0.5?2.0,在60?99 °C，連續(xù)進(jìn)行磁力攪拌加熱，逐漸形成透明的溶膠；隨后加入自銳性多晶金剛石，充分?jǐn)嚢杌旌?，再用水洗漆至用硝酸銀試劑檢驗(yàn)無氯離子，在750?850°C干燥3min,最終得到自銳性多晶金剛石。[0014]8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，其特征在于:干燥溫度為800°C。
[0015]本發(fā)明根據(jù)觸媒的高效選擇性通過對觸媒進(jìn)行優(yōu)選，確定觸媒的主要化學(xué)成分是鐵錳鎳鈷金屬合金，觸媒經(jīng)真空熔煉，氣霧化成形，輔加以微量稀土元素增加化學(xué)還原反應(yīng)活性，有效降低觸媒含氧量。根據(jù)多晶體快速生長機(jī)制在合成棒中加入納米金剛石，有效提高自銳性多晶金剛石的成核和生長速率。確定的自銳性多晶金剛石晶體生長的條件及壓力溫度匹配適應(yīng)性，保證了自銳性多晶金剛石的合成單產(chǎn)和抗沖擊韌性。采用溶膠凝膠法原位聚合在多晶金剛石表面涂覆設(shè)定涂層厚度的莫來石氧化物包膜，進(jìn)一步提高金剛石的高溫?zé)岱€(wěn)定性。經(jīng)過合成工藝及原輔材料體系優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高生產(chǎn)產(chǎn)品的品級(jí)和質(zhì)量，合成單次產(chǎn)量達(dá)90?136克拉/次。金剛石呈多晶核團(tuán)聚顆粒、晶形不規(guī)則、以針片狀形狀居多，采用標(biāo)準(zhǔn)JB/T10987-2010測試沖擊韌性(TI值)為20?40%，強(qiáng)度適中，特別是自銳性金剛石產(chǎn)品的抗沖擊韌性和熱穩(wěn)定性綜合性能優(yōu)良，能明顯提高自銳性多晶金剛石在磨具中的把持力，磨削時(shí)能保持鋒利自銳性，最終有利于提聞磨具的壽命和加工效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明高品級(jí)自銳性多晶金剛石的掃描電鏡照片。
[0017]圖2是本發(fā)明中合成塊組裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中標(biāo)號(hào)說明:1 一導(dǎo)電鋼圈，2—導(dǎo)電片，3—保溫片，4一導(dǎo)電片，5—葉臘石，6—保溫管，7—合成棒，8—導(dǎo)電碳管，9一填料，101—石墨柱中的完形石墨顆粒雜質(zhì)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1:一種高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，包括如下步驟:
(I)把合成金剛石的原料碳源石墨、觸媒、活性稀土元素、納米金剛石，按照質(zhì)量百分比計(jì)量、混料、造粒、壓制成合成棒；所述原料的質(zhì)量百分比為:碳源石墨25?30%、活性稀土元素0.008?0.02%、納米金剛石0.5?0.8%、余量為觸媒。
[0020](2)由步驟(I)中壓制成的合成棒放入合成塊中，組裝好的合成塊放在真空干燥箱中恒溫干燥備用。
[0021](3)把步驟(2)組裝好的合成塊采用六面頂壓機(jī)通過超高壓高溫合成。
[0022](4)把步驟(3)合成后的合成棒取出，經(jīng)后處理得到自銳性多晶金剛石，再通過溶膠凝膠法原位聚合，在金剛石表面包覆一層氧化鋯涂層，即形成高品級(jí)自銳性多晶金剛石。
[0023]實(shí)施例2:—種高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，其特征在于包括如下步驟:
(I)把合成金剛石的原料碳源石墨、觸媒、活性稀土元素、納米金剛石，按照質(zhì)量百分比計(jì)量、混料、造粒、壓制成合成棒；所述原料的質(zhì)量百分比為:碳源石墨25?30%、活性稀土元素0.008?0.02%、納米金剛石0.5?0.8%、余量為觸媒。
[0024]其中，碳源石墨是99%鱗片狀天然石墨與1%碳納米管的混合物，％均為質(zhì)量百分t匕，其中鱗片狀天然石墨的粒度為200目；觸媒作為催化劑，觸媒采用氣霧化鐵錳鎳鈷金屬合金粉粉末:納米金剛石作為助成核劑，是由爆轟法生產(chǎn)的，粒度分布在20?100納米之間。[0025](2)由步驟(I)中壓制成的合成棒放入合成塊中，組裝好的合成塊放在真空干燥箱中恒溫干燥備用。
[0026]合成塊由合成棒、葉臘石、導(dǎo)電鋼圈、導(dǎo)電片、保溫片、保溫管和導(dǎo)電碳管組裝而成。水平方向上從外到內(nèi)依次由葉臘石、保溫管、導(dǎo)電碳管組成筒體，筒體中從上到下依次包括導(dǎo)電鋼圈、填料、雙層導(dǎo)電片、合成棒、雙層導(dǎo)電片、填料、導(dǎo)電鋼圈。雙層導(dǎo)電片的兩層導(dǎo)電片之間設(shè)有保溫片。填料為葉臘石和白云石，填料設(shè)置在導(dǎo)電鋼圈中。
[0027](3)把步驟(2)組裝好的合成塊采用六面頂壓機(jī)通過超高壓高溫合成。
[0028]實(shí)際合成壓力和合成溫度分別通過計(jì)算機(jī)采用智能化模塊程序設(shè)計(jì)控制。控制合成壓力過程為:起始控制壓力84MPa，保壓100s，在30s內(nèi)升壓到90MPa，繼續(xù)在60s內(nèi)將控制壓力升到95MPa，保壓130?200s后開始卸壓；合成溫度通過控制加熱功率來實(shí)現(xiàn)，開始加熱功率是llkW，保持200s后把加熱功率降至88kW，繼續(xù)保溫100?200s后停止。
[0029](4)把步驟(3)合成后的合成棒取出，經(jīng)后處理得到自銳性多晶金剛石，再通過溶膠凝膠法原位聚合，在金剛石表面包覆一層氧化鋯涂層，即形成高品級(jí)自銳性多晶金剛石。
[0030]溶膠凝膠法原位聚合，在金剛石表面包覆一層氧化鋯涂層的具體方法是:以氯氧化鋯和氨水為原料，控制氯氧化鋯與氨水的初始摩爾比為1:0.5?2.0，在60?99 °C，連續(xù)進(jìn)行磁力攪拌加熱，逐漸形成透明的溶膠；隨后加入自銳性多晶金剛石，充分?jǐn)嚢杌旌?，再用水洗滌至用硝酸銀試劑檢驗(yàn)無氯離子，在750?850°C干燥3min，最終得到自銳性多晶金剛石。
[0031]實(shí)施例3:—種高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，步驟(4)中的干燥溫度優(yōu)選為800°C。其他步驟同實(shí)施例2。
[0032]實(shí)施例4:一種高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，步驟(I)中的觸媒輔加以微量稀土元素作活化劑，各組分的質(zhì)量百分比為:Mn 20?25%、Ni 10?15%、Co I?3%、稀土元素0.3?0.8%、余量為Fe。
[0033]其他步驟同實(shí)施例2。
[0034]實(shí)施例5:—種高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，原料:碳源石墨是99%鱗片狀天然石墨與1%碳納米管的混合物，其中天然石墨的粒度為200目。觸媒是采用氣霧化鐵錳鎳鈷金屬合金粉粉末觸媒，輔加以微量稀土元素作活化劑。觸媒加上活化劑后，組成各組分的質(zhì)量百分比控制為:Fe,61.4% ;Mn，25% ；Ni, 12% ；Co, 1% ;稀土元素，0.6%。助成核劑納米金剛石是有爆轟法生產(chǎn)的，粒度分布在20?100納米。
[0035]把上述原輔材料按照以下質(zhì)量百分比計(jì)量:碳源石墨28%，觸媒和活性稀土元素71.3%，納米金剛石0.7%，經(jīng)充分混料、造粒、壓制成合成棒。
[0036]依照一定的順序把合成棒放入合成塊中，組裝好的合成塊放在真空干燥箱中恒溫干燥備用。合成塊組裝后包括:合成塊組裝后包括:合成棒、葉臘石、導(dǎo)電鋼圈、導(dǎo)電片、保溫片、保溫管和導(dǎo)電碳管。導(dǎo)電碳管采用石墨短纖維增強(qiáng)。組裝好的合成塊采用六面頂壓機(jī)通過超高壓高溫合成，實(shí)際合成壓力和合成溫度分別通過計(jì)算機(jī)采用智能化模塊程序設(shè)計(jì)控制?？刂坪铣蓧毫^程是:起始控制壓力84MPa，保壓100s，在30s內(nèi)升壓到90MPa，繼續(xù)在60s內(nèi)將控制壓力升到95MPa，保壓170s后開始卸壓。合成溫度通過控制加熱功率來實(shí)現(xiàn)，開始加熱功率是llkW，保持200s后把加熱功率降至88kW，繼續(xù)保溫180s后停止。
[0037]合成后的合成棒經(jīng)后處理得到自銳性多晶金剛石，金剛石單產(chǎn)達(dá)到126.6克拉。再通過溶膠凝膠法原位聚合，在金剛石表面包覆一層氧化鋯涂層。以氯氧化鋯和氨水為原料，控制氯氧化鋯與氨水的初始摩爾比為1:1，在75 V,連續(xù)進(jìn)行磁力攪拌加熱，逐漸形成透明的溶膠。隨后加入自銳性多晶金剛石，充分?jǐn)嚢杌旌?，再用水洗滌至用硝酸銀試劑檢驗(yàn)無氯離子，在800°C干燥3min，得到最終自銳性多晶金剛石產(chǎn)品。
[0038]上述合成工藝制備得到涂層包覆后的金剛石，采用標(biāo)準(zhǔn)JB/T10987-2010測試沖擊韌性(TI值)為40.0%。
[0039]實(shí)施例6:—種高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，原料:碳源石墨是99%鱗片狀天然石墨與1%碳納米管的混合物，其中天然石墨的粒度為200目。觸媒是采用氣霧化鐵錳鎳鈷金屬合金粉粉末觸媒，輔加以微量稀土元素作活化劑。觸媒加上活化劑后，組成各組分的質(zhì)量百分比控制為:Fe,63.5% ;Mn，22% ；Ni, 12% ;Co，2% ;稀土元素，0.5%。助成核劑納米金剛石是有爆轟法生產(chǎn)的，粒度分布在20?100納米。
[0040]把上述原輔材料按照以下質(zhì)量百分比計(jì)量:碳源石墨30%，觸媒和活性稀土元素69.4%,納米金剛石0.6%,經(jīng)充分混料、造粒、壓制成合成棒。
[0041]依照一定的順序把合成棒放入合成塊中，組裝好的合成塊放在真空干燥箱中恒溫干燥備用。合成塊組裝后包括:合成塊組裝后包括:合成棒、葉臘石、導(dǎo)電鋼圈、導(dǎo)電片、保溫片、保溫管和導(dǎo)電碳管。導(dǎo)電碳管采用石墨短纖維增強(qiáng)。組裝好的合成塊采用六面頂壓機(jī)通過超高壓高溫合成，實(shí)際合成壓力和合成溫度分別通過計(jì)算機(jī)采用智能化模塊程序設(shè)計(jì)控制?？刂坪铣蓧毫^程是:起始控制壓力84MPa，保壓100s，在30s內(nèi)升壓到90MPa，繼續(xù)在60s內(nèi)將控制壓力升到95MPa，保壓170s后開始卸壓。合成溫度通過控制加熱功率來實(shí)現(xiàn)，開始加熱功率是llkW，保持200s后把加熱功率降至88kW，繼續(xù)保溫180s后停止。
[0042]合成后的合成棒經(jīng)后處理得到自銳性多晶金剛石，金剛石單產(chǎn)達(dá)到118.9克拉。再通過溶膠凝膠法原位聚合，在金剛石表面包覆一層氧化鋯涂層。以氯氧化鋯和氨水為原料，控制氯氧化鋯與氨水的初始摩爾比為1:1.2，在75 V,連續(xù)進(jìn)行磁力攪拌加熱，逐漸形成透明的溶膠。隨后加入自銳性多晶金剛石，充分?jǐn)嚢杌旌希儆盟礈熘劣孟跛徙y試劑檢驗(yàn)無氯離子，在800°C干燥3min,得到最終自銳性多晶金剛石產(chǎn)品。
[0043]上述合成工藝制備得到氧化鋯涂層包覆后的金剛石，采用標(biāo)準(zhǔn)JB/T10987-2010測試沖擊韌性(TI值)為38.2%。
[0044]實(shí)施例7:—種高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，原料:碳源石墨是99%鱗片狀天然石墨與1%碳納米管的混合物，其中天然石墨的粒度為200目。觸媒是采用氣霧化鐵錳鎳鈷金屬合金粉粉末觸媒，輔加以微量稀土元素作活化劑。觸媒加上活化劑后，組成各組分的質(zhì)量百分比控制為:Fe,63.4% ;Mn，20% ；Ni, 15% ；Co, 1% ;稀土元素，0.6%。助成核劑納米金剛石是有爆轟法生產(chǎn)的，粒度分布在20?100納米。
[0045]把上述原輔材料按照以下質(zhì)量百分比計(jì)量:碳源石墨25%，觸媒和活性稀土元素74.5%，納米金剛石0.5%，經(jīng)充分混料、造粒、壓制成合成棒。
[0046]依照一定的順序把合成棒放入合成塊中，組裝好的合成塊放在真空干燥箱中恒溫干燥備用。合成塊組裝后包括:合成塊組裝后包括:合成棒、葉臘石、導(dǎo)電鋼圈、導(dǎo)電片、保溫片、保溫管和導(dǎo)電碳管。導(dǎo)電碳管采用石墨短纖維增強(qiáng)。組裝好的合成塊采用六面頂壓機(jī)通過超高壓高溫合成，實(shí)際合成壓力和合成溫度分別通過計(jì)算機(jī)采用智能化模塊程序設(shè)計(jì)控制。控制合成壓力過程是:起始控制壓力84MPa，保壓100s，在30s內(nèi)升壓到90MPa，繼續(xù)在60s內(nèi)將控制壓力升到95MPa，保壓170s后開始卸壓。合成溫度通過控制加熱功率來實(shí)現(xiàn)，開始加熱功率是llkW，保持200s后把加熱功率降至88kW，繼續(xù)保溫180s后停止。
[0047]合成后的合成棒經(jīng)后處理得到自銳性多晶金剛石，金剛石單產(chǎn)達(dá)到121.2克拉。再通過溶膠凝膠法原位聚合，在金剛石表面包覆一層氧化鋯涂層。以氯氧化鋯和氨水為原料，控制氯氧化鋯與氨水的初始摩爾比為1:1.1，在75 °C，連續(xù)進(jìn)行磁力攪拌加熱，逐漸形成透明的溶膠。隨后加入自銳性多晶金剛石，充分?jǐn)嚢杌旌?，再用水洗滌至用硝酸銀試劑檢驗(yàn)無氯離子，在780°C干燥3min,得到最終自銳性多晶金剛石產(chǎn)品。
[0048]上述合成工藝制備得到氧化鋯涂層包覆后的金剛石，采用標(biāo)準(zhǔn)JB/T10987-2010測試沖擊韌性(TI值)為35.7%。
[0049]實(shí)施例8:一種聞品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，原料:碳源石墨是99%鱗片狀天然石墨與1%碳納米管的混合物，其中天然石墨的粒度為200目。觸媒是采用氣霧化鐵錳鎳鈷金屬合金粉粉末觸媒，輔加以微量稀土元素作活化劑。觸媒加上活化劑后，組成各組分的質(zhì)量百分比控制為:Fe,58.5% ;Mn，24% ；Ni, 15% ;Co，2% ;稀土元素，0.5%。助成核劑納米金剛石是有爆轟法生產(chǎn)的，粒度分布在20?100納米。
[0050]把上述原輔材料按照以下質(zhì)量百分比計(jì)量:碳源石墨30%，觸媒和活性稀土元素69.2%，納米金剛石0.8%，經(jīng)充分混料、造粒、壓制成合成棒。
[0051]依照一定的順序把合成棒放入合成塊中，組裝好的合成塊放在真空干燥箱中恒溫干燥備用。合成塊組裝后包括:合成塊組裝后包括:合成棒、葉臘石、導(dǎo)電鋼圈、導(dǎo)電片、保溫片、保溫管和導(dǎo)電碳管。導(dǎo)電碳管采用石墨短纖維增強(qiáng)。組裝好的合成塊采用六面頂壓機(jī)通過超高壓高溫合成，實(shí)際合成壓力和合成溫度分別通過計(jì)算機(jī)采用智能化模塊程序設(shè)計(jì)控制?？刂坪铣蓧毫^程是:起始控制壓力84MPa，保壓100s，在30s內(nèi)升壓到90MPa，繼續(xù)在60s內(nèi)將控制壓力升到95MPa，保壓200s后開始卸壓。合成溫度通過控制加熱功率來實(shí)現(xiàn)，開始加熱功率是llkW，保持200s后把加熱功率降至88kW，繼續(xù)保溫200s后停止。
[0052]合成后的合成棒經(jīng)后處理得到自銳性多晶金剛石，金剛石單產(chǎn)達(dá)到131.8克拉。再通過溶膠凝膠法原位聚合，在金剛石表面包覆一層氧化鋯涂層。以氯氧化鋯和氨水為原料，控制氯氧化鋯與氨水的初始摩爾比為1:1，在80 V,連續(xù)進(jìn)行磁力攪拌加熱，逐漸形成透明的溶膠。隨后加入自銳性多晶金剛石，充分?jǐn)嚢杌旌希儆盟礈熘劣孟跛徙y試劑檢驗(yàn)無氯離子，在800°C干燥3min，得到最終自銳性多晶金剛石產(chǎn)品。
[0053]上述合成工藝制備得到涂層包覆后的金剛石，采用標(biāo)準(zhǔn)JB/T10987-2010測試沖擊韌性(TI值)為35.2%。
[0054]實(shí)施例9:一種高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，原料:碳源石墨是99%鱗片狀天然石墨與1%碳納米管的混合物，其中天然石墨的粒度為200目。觸媒是采用氣霧化鐵錳鎳鈷金屬合金粉粉末觸媒，輔加以微量稀土元素作活化劑。觸媒加上活化劑后，組成各組分的質(zhì)量百分比控制為:Fe,63.4% ;Mn，20% ；Ni, 15% ；Co, 1% ;稀土元素，0.6%。助成核劑納米金剛石是有爆轟法生產(chǎn)的，粒度分布在20?100納米。
[0055]把上述原輔材料按照以下質(zhì)量百分比計(jì)量:碳源石墨25%，觸媒和活性稀土元素74.5%，納米金剛石0.5%，經(jīng)充分混料、造粒、壓制成合成棒。
[0056]依照一定的順序把合成棒放入合成塊中，組裝好的合成塊放在真空干燥箱中恒溫干燥備用。合成塊組裝后包括:合成塊組裝后包括:合成棒、葉臘石、導(dǎo)電鋼圈、導(dǎo)電片、保溫片、保溫管和導(dǎo)電碳管。導(dǎo)電碳管采用石墨短纖維增強(qiáng)。組裝好的合成塊采用六面頂壓機(jī)通過超高壓高溫合成，實(shí)際合成壓力和合成溫度分別通過計(jì)算機(jī)采用智能化模塊程序設(shè)計(jì)控制。控制合成壓力過程是:起始控制壓力84MPa，保壓100s，在30s內(nèi)升壓到90MPa，繼續(xù)在60s內(nèi)將控制壓力升到95MPa，保壓170s后開始卸壓。合成溫度通過控制加熱功率來實(shí)現(xiàn)，開始加熱功率是llkW，保持200s后把加熱功率降至88kW，繼續(xù)保溫180s后停止。
[0057]合成后的合成棒經(jīng)后處理得到自銳性多晶金剛石，金剛石單產(chǎn)達(dá)到121.2克拉。
[0058]上述合成工藝制備得到的自銳性多晶金剛石，采用標(biāo)準(zhǔn)JB/T10987-2010測試沖擊韌性(TI值)為22.5%。
[0059]實(shí)施例10:—種高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，原料:碳源石墨是99%鱗片狀天然石墨與1%碳納米管的混合物，其中天然石墨的粒度為200目。觸媒是采用氣霧化鐵錳鎳鈷金屬合金粉粉末觸媒，輔加以微量稀土元素作活化劑。觸媒加上活化劑后，組成各組分的質(zhì)量百分比控制為:Fe，63.4% ；Mn,20% ；Ni, 15% ；Co, 1% ;本對比實(shí)施例沒有加入稀土元素。助成核劑納米金剛石是有爆轟法生產(chǎn)的，粒度分布在20?100納米。
[0060]把上述原輔材料按照以下質(zhì)量百分比計(jì)量:碳源石墨25%，觸媒和活性稀土元素74.5%，納米金剛石0.5%，經(jīng)充分混料、造粒、壓制成合成棒。
[0061]依照一定的順序把合成棒放入合成塊中，組裝好的合成塊放在真空干燥箱中恒溫干燥備用。合成塊組裝后包括:合成塊組裝后包括:合成棒、葉臘石、導(dǎo)電鋼圈、導(dǎo)電片、保溫片、保溫管和導(dǎo)電碳管。導(dǎo)電碳管采用石墨短纖維增強(qiáng)。組裝好的合成塊采用六面頂壓機(jī)通過超高壓高溫合成，實(shí)際合成壓力和合成溫度分別通過計(jì)算機(jī)采用智能化模塊程序設(shè)計(jì)控制?？刂坪铣蓧毫^程是:起始控制壓力84MPa，保壓100s，在30s內(nèi)升壓到90MPa，繼續(xù)在60s內(nèi)將控制壓力升到95MPa，保壓170s后開始卸壓。合成溫度通過控制加熱功率來實(shí)現(xiàn)，開始加熱功率是llkW，保持200s后把加熱功率降至88kW，繼續(xù)保溫180s后停止。
[0062]合成后的合成棒經(jīng)后處理得到自銳性多晶金剛石，金剛石單產(chǎn)達(dá)到101.7克拉。再通過溶膠凝膠法原位聚合，在金剛石表面包覆一層氧化鋯涂層。以氯氧化鋯和氨水為原料，控制氯氧化鋯與氨水的初始摩爾比為1:1.1，在75 °C，連續(xù)進(jìn)行磁力攪拌加熱，逐漸形成透明的溶膠。隨后加入自銳性多晶金剛石，充分?jǐn)嚢杌旌?，再用水洗滌至用硝酸銀試劑檢驗(yàn)無氯離子，在780°C干燥3min,得到最終自銳性多晶金剛石產(chǎn)品。
[0063]上述合成工藝制備得到氧化鋯涂層包覆后的金剛石，采用標(biāo)準(zhǔn)JB/T10987-2010測試沖擊韌性(TI值)為31.9%。
[0064]實(shí)施例11:一種高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，原料:碳源石墨是99%鱗片狀天然石墨與1%碳納米管的混合物，其中天然石墨的粒度為200目。觸媒是采用氣霧化鐵錳鎳鈷金屬合金粉粉末觸媒，輔加以微量稀土元素作活化劑。觸媒加上活化劑后，組成各組分的質(zhì)量百分比控制為:Fe,61.4% ;Mn，25% ；Ni, 12% ；Co, 1% ;稀土元素，0.6%。本對比實(shí)施例沒有加入助成核劑納米金剛石。
[0065]把上述原輔材料按照以下質(zhì)量百分比計(jì)量:碳源石墨28%，觸媒和活性稀土元素72%，經(jīng)充分混料、造粒、壓制成合成棒。
[0066]依照一定的順序把合成棒放入合成塊中，組裝好的合成塊放在真空干燥箱中恒溫干燥備用。合成塊組裝后包括:合成塊組裝后包括:合成棒、葉臘石、導(dǎo)電鋼圈、導(dǎo)電片、保溫片、保溫管和導(dǎo)電碳管。導(dǎo)電碳管采用石墨短纖維增強(qiáng)。組裝好的合成塊采用六面頂壓機(jī)通過超高壓高溫合成，實(shí)際合成壓力和合成溫度分別通過計(jì)算機(jī)采用智能化模塊程序設(shè)計(jì)控制。控制合成壓力過程是:起始控制壓力84MPa，保壓100s，在30s內(nèi)升壓到90MPa，繼續(xù)在60s內(nèi)將控制壓力升到95MPa，保壓170s后開始卸壓。合成溫度通過控制加熱功率來實(shí)現(xiàn)，開始加熱功率是llkW，保持200s后把加熱功率降至88kW，繼續(xù)保溫180s后停止。
[0067]合成后的合成棒經(jīng)后處理得到自銳性多晶金剛石，金剛石單產(chǎn)達(dá)到96.4克拉。再通過溶膠凝膠法原位聚合，在金剛石表面包覆一層氧化鋯涂層。以氯氧化鋯和氨水為原料，控制氯氧化鋯與氨水的初始摩爾比為1:1，在75 °C，連續(xù)進(jìn)行磁力攪拌加熱，逐漸形成透明的溶膠。隨后加入自銳性多晶金剛石，充分?jǐn)嚢杌旌?，再用水洗滌至用硝酸銀試劑檢驗(yàn)無氯離子，在800°C干燥3min，得到最終自銳性多晶金剛石產(chǎn)品。
[0068]上述合成工藝制備得到涂層包覆后的金剛石，采用標(biāo)準(zhǔn)JB/T10987-2010測試沖擊韌性(TI值)為36.6%。
【權(quán)利要求】
1.一種高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，其特征在于包括如下步驟: (1)把合成金剛石的原料碳源石墨、觸媒、活性稀土元素、納米金剛石，按照質(zhì)量百分比計(jì)量、混料、造粒、壓制成合成棒；所述原料的質(zhì)量百分比為:碳源石墨25?30%、活性稀土元素0.008?0.02%、納米金剛石0.5?0.8%、余量為觸媒； (2)由步驟(I)中壓制成的合成棒放入合成塊中，組裝好的合成塊放在真空干燥箱中恒溫干燥備用； (3)把步驟(2)組裝好的合成塊采用六面頂壓機(jī)通過超高壓高溫合成； (4)把步驟(3)合成后的合成棒取出，經(jīng)后處理得到自銳性多晶金剛石，再通過溶膠凝膠法原位聚合，在金剛石表面包覆一層氧化鋯涂層，即形成高品級(jí)自銳性多晶金剛石。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，其特征在于:所述的步驟(I)中，碳源石墨是99%鱗片狀天然石墨與1%碳納米管的混合物，其中鱗片狀天然石墨的粒度為200目；觸媒作為催化劑，觸媒采用氣霧化鐵錳鎳鈷金屬合金粉粉末:納米金剛石作為助成核劑，是由爆轟法生產(chǎn)的，粒度分布在20?100納米之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，其特征在于:所述的觸媒輔加以微量稀土元素作活化劑,各組分的質(zhì)量百分比為:Mn 20?25%、Ni 10?15%、Co I?3%、稀土元素0.3?0.8%、余量為Fe。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，其特征在于:所述的步驟(2)中，合成塊由合成棒、葉臘石、導(dǎo)電鋼圈、導(dǎo)電片、保溫片、保溫管和導(dǎo)電碳管組裝而成；水平方向上從外到內(nèi)依次由葉臘石、保溫管、導(dǎo)電碳管組成筒體，筒體中從上到下依次包括導(dǎo)電鋼圈、填料、雙層導(dǎo)電片、合成棒、雙層導(dǎo)電片、填料、導(dǎo)電鋼圈；雙層導(dǎo)電片的兩層導(dǎo)電片之間設(shè)有保溫片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，其特征在于:所述的導(dǎo)電碳管采用石墨短纖維增強(qiáng)、提高導(dǎo)電性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，其特征在于:所述的步驟(3)中，控制合成壓力過程為:起始控制壓力84MPa，保壓100s，在30s內(nèi)升壓到90MPa，繼續(xù)在60s內(nèi)將控制壓力升到95MPa，保壓130?200s后開始卸壓；合成溫度通過控制加熱功率來實(shí)現(xiàn)，開始加熱功率是llkW，保持200s后把加熱功率降至88kW，繼續(xù)保溫100?200s后停止。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，其特征在于:所述的步驟(4)中，溶膠凝膠法原位聚合，在金剛石表面包覆一層氧化鋯涂層的具體方法是:以氯氧化鋯和氨水為原料，控制氯氧化鋯與氨水的初始摩爾比為1:0.5?2.0，在60?99°C，連續(xù)進(jìn)行磁力攪拌加熱，逐漸形成透明的溶膠；隨后加入自銳性多晶金剛石，充分?jǐn)嚢杌旌?，再用水洗滌至用硝酸銀試劑檢驗(yàn)無氯離子，在750?850°C干燥3min，最終得到自銳性多晶金剛石。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高品級(jí)自銳性多晶金剛石的合成工藝技術(shù)，其特征在于:干燥溫度為800°C。
【文檔編號(hào)】B01J3/06GK103521132SQ201310418133
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】張旺璽, 聶建軍, 王占勇, 劉磊, 盧金斌, 王艷芝, 蔡森, 李啟泉, 梁寶巖 申請人:中原工學(xué)院, 禹州市和匯超硬材料有限公司