一種寶石級金剛石合成用人造石墨發(fā)熱管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種寶石級金剛石合成用人造石墨發(fā)熱管，芯柱表面內(nèi)嵌金剛石種晶，在芯柱外套有金屬杯，金屬杯外面套有絕緣杯，絕緣杯外面套有人造石墨材質(zhì)的石墨發(fā)熱管，石墨發(fā)熱熱管高度與絕緣杯高度一致，石墨發(fā)熱管與絕緣杯上端連接加熱片，加熱片連接石墨發(fā)熱管，堵頭、葉臘石塊、加熱片、石墨發(fā)熱管、絕緣杯、金屬杯、芯柱、晶床連接外部套有白云石管，白云石管外套有兩端連接帶有白云石的堵頭。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，高溫時有較高抗壓強(qiáng)度，能長時間穩(wěn)定工作，且導(dǎo)熱性能良好。
【專利說明】
一種寶石級金剛石合成用人造石墨發(fā)熱管
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及超硬材料合成設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種寶石級金剛石合成用石墨發(fā)熱管，適用于寶石級金剛石的合成。
【背景技術(shù)】
[0002]超硬材料行業(yè)中，常見的用于鋸切的粗顆粒人造金剛石的合成(如35/40、40/45)主要是通過靜壓觸媒法，即用約60wt.%石墨和40wt.%的催化劑(人造金剛石行業(yè)稱之為觸媒)混合后壓制成型的粉柱高溫高壓下作用形成的，其條件一般為1300?1400°C，壓力為5-
5.5GPa，時間為40-60分鐘，對發(fā)熱元件質(zhì)量要求較高，稍有不慎就有可能產(chǎn)生“放炮”現(xiàn)象，損壞頂錘。目前，其發(fā)熱元件材質(zhì)一般為金屬合金，如申請?zhí)枮?01420518521.1 “一種金剛石合成用加熱裝置”、申請?zhí)?01410458540.4“超細(xì)金剛石合成用發(fā)熱元件及其制備方法”、申請?zhí)枮?01420518467.0 “超細(xì)金剛石合成用發(fā)熱元件及其合成塊”。
[0003]與此同時，工業(yè)上Imm以上寶石級金剛石的合成主要還是在傳統(tǒng)的靜壓觸媒法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)得到的，其要求能提供穩(wěn)定的溫度場和壓力場，并能保持長時間的正常工作。如GE公司生長I克拉的優(yōu)質(zhì)寶石級金剛石需要100個小時，而Debeers生長的25克拉的寶石級金剛石用了 1000多個小時。在寶石級金剛石合成上，隨著時間大大的延長，傳統(tǒng)的合金發(fā)熱元器件無法保證正常工作，有必要進(jìn)行改進(jìn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型解決的問題是:在寶石級金剛石合成過程中，克服現(xiàn)有金屬合金發(fā)熱管性能無法保證長期高溫高壓下正常工作的問題，本實(shí)用新型的目的是在于提供了一種寶石級金剛石合成用人造石墨發(fā)熱管，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，高溫時有較高抗壓強(qiáng)度，能長時間穩(wěn)定工作，且導(dǎo)熱性能良好。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種應(yīng)用了石墨發(fā)熱管的寶石級金剛石合成塊，它由帶白云石堵頭，葉臘石塊，加熱片(材質(zhì)為普通鱗片石墨)，石墨發(fā)熱管，絕緣杯(材質(zhì)為氧化鎂)，金屬杯，芯柱，晶床組成。其連接關(guān)系是:芯柱表面內(nèi)嵌金剛石種晶，在芯柱外套有金屬杯，金屬杯外面套有絕緣杯，絕緣杯外面套有人造石墨材質(zhì)的石墨發(fā)熱管，石墨發(fā)熱管高度與絕緣杯高度一致，然后在石墨發(fā)熱管和絕緣杯上端連接普通鱗片石墨材質(zhì)的加熱片。加熱片連接石墨發(fā)熱管，整個(帶白云石的堵頭、葉臘石塊、加熱片、石墨發(fā)熱管、絕緣杯、金屬杯、芯柱、晶床)連接外部套有白云石管，白云石管外套有兩端連接帶有白云石的堵頭，同時堵頭還與加熱片連接。最后白云石管外部再套葉臘石塊。所述的芯柱表面內(nèi)嵌金剛石種晶(臧傳義等，在Fe-Al-C系統(tǒng)中合成優(yōu)質(zhì)IIa型寶石級金剛石單晶，金剛石與磨料磨具工程，2005(5): 10-17)，芯柱外套有金屬杯，金屬杯隔離外部白云石杯中雜質(zhì)進(jìn)去芯柱內(nèi)；金屬杯外部套有絕緣杯起到保溫和傳壓作用;絕緣杯外套有人造石墨材質(zhì)的發(fā)熱管，兩端覆蓋有普通石墨材質(zhì)的加熱片，起到加熱作用；石墨發(fā)熱管外套有內(nèi)嵌的葉臘石塊，石墨發(fā)熱管兩端與內(nèi)嵌葉臘石塊的堵頭相連，堵頭起密封傳壓作用。
[0007]一種應(yīng)用了石墨加熱管的寶石級金剛石合成塊其特征在于使用人造石墨材質(zhì)石墨發(fā)熱管取代了原來的金屬材質(zhì)的發(fā)熱管。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0009]—種寶石級金剛石合成用人造石墨發(fā)熱管，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，其主要優(yōu)點(diǎn)在于高溫時，有較高抗壓強(qiáng)度，能長時間穩(wěn)定工作，且導(dǎo)熱性能良好。
【附圖說明】
[0010]圖1為一種寶石級金剛石合成用人造石墨發(fā)熱管的示意圖。
[0011](圖1a為主視圖，圖1b為俯視圖)。
[0012]圖2為一種人造金剛石合成組裝塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]其中:1_帶白云石的堵頭，2-葉臘石塊，3-加熱片(材質(zhì)為普通鱗片石墨)，4_石墨發(fā)熱管，5-絕緣杯，6-金屬杯，7-芯柱，8-晶床，9-白云石管。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1:
[0015]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。這些附圖均為簡化的示意圖僅以示意方式說明本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實(shí)用新型有關(guān)的構(gòu)成。
[0016]根據(jù)圖1、圖2所示，一種寶石級金剛石合成用合成塊，它由帶白云石的堵頭I，葉臘石塊2，加熱片3(材質(zhì)為普通鱗片石墨)，石墨發(fā)熱管4，絕緣杯5，金屬杯6，芯柱7，晶床8組成，其特征在于:芯柱7表面內(nèi)嵌金剛石種晶，在芯柱7外套有金屬杯6，金屬杯6外面套有絕緣杯5，絕緣杯5外面套有人造石墨材質(zhì)的石墨發(fā)熱管4，石墨發(fā)熱熱管4高度與絕緣杯5高度一致，石墨發(fā)熱管4與絕緣杯5上端連接普通鱗片石墨材質(zhì)的加熱片3。加熱片3連接石墨發(fā)熱管4，加熱片上3端連接帶白云石的堵頭I，整個(帶白云石的堵頭I，加熱片3、石墨發(fā)熱管
4、絕緣杯5、金屬杯6、芯柱7、晶床8)連接外部套有葉臘石塊2。所述的芯柱7表面內(nèi)嵌金剛石種晶(臧傳義等，在Fe-Al-C系統(tǒng)中合成優(yōu)質(zhì)IIa型寶石級金剛石單晶，金剛石與磨料磨具工程，2005(5): 10-17)，芯柱7外套有金屬杯6，金屬杯6隔離外部白云石杯中雜質(zhì)進(jìn)去芯柱7內(nèi)；金屬杯6外部套有絕緣杯5起到保溫和傳壓作用;絕緣杯5外套有人造石墨材質(zhì)的石墨發(fā)熱管4，石墨發(fā)熱管4兩端覆蓋有普通石墨材質(zhì)的加熱片3，起到加熱作用;石墨發(fā)熱管4外套有葉臘石塊2，石墨發(fā)熱管4兩端與內(nèi)嵌葉臘石塊2的堵頭I相連，堵頭I起密封傳壓作用。
[0017]石墨發(fā)熱管4其材質(zhì)為人造石墨，密度在1.80g/cm3以上。該人造石墨發(fā)熱管是采用優(yōu)質(zhì)超細(xì)石油焦顆粒、瀝青焦顆粒和瀝青(以100份質(zhì)量原料計，其中石油焦顆粒80wt.%?90wt%，瀝青焦顆粒1wt.%~20wt.%，瀝青用量為原料總質(zhì)量的25wt.%~30wt.%)為原料，經(jīng)過混捏、壓輥、“三浸四焙”、石墨化后得到人造石墨磚再經(jīng)機(jī)械加工得到。其中，石油焦顆粒和瀝青焦顆粒的平均粒徑約為10微米，石油焦、瀝青焦及瀝青的灰分質(zhì)量百分含量不大于
0.05wt.%。超細(xì)的原料顆粒保證了在相同體積和體積密度下，石墨化后的顆粒與顆粒之間有更大的接觸電阻，提高了石墨的電阻率，克服了傳統(tǒng)以粗顆粒石墨或鱗片石墨為原料時石墨發(fā)熱管發(fā)熱效率低的缺點(diǎn)，能有效提高石墨發(fā)熱管的發(fā)熱效率，節(jié)省電能;高純的原料保證了在高溫高壓的合成條件下，雜質(zhì)不會帶入到金剛石中，影響金剛石的品質(zhì);高強(qiáng)指的是該人造石墨磚具有較高的強(qiáng)度(常溫下抗折強(qiáng)度不小于35MPa，抗壓強(qiáng)度不小于72MPa)，這樣一方面便于后期的機(jī)械加工，另一方面由于石墨特有的性質(zhì)，即2600°C以下時，石墨的強(qiáng)度還會隨著溫度的升高而增大，因此保證了在寶石級金剛石合成過程中能長期有較大的機(jī)械強(qiáng)度，人造石墨發(fā)熱管能保持長期正常工作。此外，該人造石墨發(fā)熱管還具有石墨本身的熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)小的特點(diǎn)，這些均有利于寶石級金剛石的合成。因此，基于上述分析和實(shí)際使用情況，人造石墨發(fā)熱管能滿足寶石級金剛石高溫高壓環(huán)境長期穩(wěn)定的工作這一要求，是一種理想的寶石級金剛石合成用發(fā)熱元件。
[0018]人造石墨材質(zhì)的發(fā)熱管是通過對經(jīng)過混捏、壓輥、“三浸四焙”、石墨化后得到人造石墨磚進(jìn)行機(jī)械加工得到。其尺寸大小為人造石墨發(fā)熱管的外徑等于加熱片的直徑，人造發(fā)熱管的內(nèi)徑等于絕緣杯的外徑，高度與芯柱一致。
[0019]以直徑50腔體裝配為例，需要用1-堵頭組件，尺寸直徑Φ50πιπιΧ 13mm，導(dǎo)電碗直徑Φ 22mm; 2-葉臘石塊，尺寸長70mm X寬70mm，中間孔柱直徑Φ 54mm; 3-加熱片(普通膨脹石墨)，直徑Φ 54mmX厚度1.2mm;4-人造石墨發(fā)熱管:外徑Φ 54mm，內(nèi)徑Φ52mm，高度43mm，厚度Imm;5-絕緣杯:外徑Φ52mm，內(nèi)徑Φ 50mm，厚度Imm;6-金屬杯:外徑50mm，內(nèi)徑49.4mm，厚度0.3mm; 7-芯柱(高純度的石墨粉末壓制而成):外徑49.4mm; 8-晶床;9-白云石管。
[0020 ]通電加熱時，合成塊兩端的堵頭1、加熱片3、石墨發(fā)熱管4一起組成電流通路，大電流通過人造石墨發(fā)熱管4，熱量透過絕緣杯5、金屬杯6間接給芯柱7和晶床8加熱。
[0021]組裝成合成塊，合成塊放置于六面頂壓機(jī)中，按程序?qū)毫蜏囟壬剿柚挡⒈３种梁铣蓵r間。所得合成棒經(jīng)電解、破碎、篩選即可得產(chǎn)品。合成條件:溫度1350°C;壓力5.2 GPa大氣壓;合成時間24小時。最后所得產(chǎn)品:直徑1.2mm以上寶石級金剛石單晶25克拉，最大顆粒直徑2.6mm。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種寶石級金剛石合成用人造石墨發(fā)熱管，它由堵頭(I)、葉臘石塊(2)、加熱片(3)、石墨發(fā)熱管(4)、絕緣杯(5)、金屬杯(6)、芯柱(7)、晶床(8)組成，其特征在于:芯柱(7)表面內(nèi)嵌金剛石種晶，在芯柱(7)外套有金屬杯(6)，金屬杯(6)外面套有絕緣杯(5)，絕緣杯(5)外面套有人造石墨材質(zhì)的石墨發(fā)熱管(4)，石墨發(fā)熱熱管(4)高度與絕緣杯(5)高度一致，石墨發(fā)熱管(4)與絕緣杯(5 )上端連接加熱片(3 )。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寶石級金剛石合成用人造石墨發(fā)熱管，其特征在于:所述的加熱片(3)連接石墨發(fā)熱管4，堵頭(1)、葉臘石塊(2)、加熱片(3)、石墨發(fā)熱管(4)、絕緣杯(5)、金屬杯(6)、芯柱(7)、晶床(8)連接外部套有白云石管(9)，白云石管(9)外套有兩端連接帶有白云石的堵頭(I)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寶石級金剛石合成用人造石墨發(fā)熱管，其特征在于:所述的堵頭(I)與加熱片(3)連接，白云石管(9)外部再套葉臘石塊(2)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寶石級金剛石合成用人造石墨發(fā)熱管，其特征在于:所述的芯柱(7)表面內(nèi)嵌金剛石種晶，芯柱(7)外套有金屬杯(6)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寶石級金剛石合成用人造石墨發(fā)熱管，其特征在于:所述的石墨發(fā)熱管(4)外套有內(nèi)嵌的葉臘石塊(2)，石墨發(fā)熱管(4)兩端與內(nèi)嵌葉臘石塊(2)的堵頭(I)相連。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種寶石級金剛石合成用人造石墨發(fā)熱管，其特征在于:所述的石墨發(fā)熱管(4)為人造石墨。
【文檔編號】B01J3/06GK205517637SQ201620309936
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】向后奎, 何南兵, 王騰吉, 趙亞良
【申請人】湖北鄂信鉆石科技股份有限公司