生產人造金剛石的動—靜態法的製作方法
2023-06-03 01:43:51
專利名稱：生產人造金剛石的動—靜態法的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種高品位、大顆粒人造金剛石的生產方法。
金剛石是由具有飽合性和方向性的共價鍵結合起來的晶體，它具有極高的硬度和耐磨性，是目前所知自然界中最硬的物質。因此金剛石可製造金剛石磨具、金剛石鋸片、金剛石刀具和金剛石鑽頭等，實現對硬脆非金金屬材料的光學玻璃、陶瓷等的外圓的平面加工；對硬質合金製品的電解磨削，光學鏡片的球面，以及平面的精磨加工和巖心的平面精磨加工；對硬質合金或難磨鋼材製作的模具進行修磨，對硬質合金刃口進行修磨，以除去刃口的缺口、不平直等缺陷，改善刀具的切削性能；對半導體矽片的套料加工；提高機械加工的加工效率等。而近年來，CVD金剛石多晶薄膜材料的製備，在沉積面積、結晶質量、組份純度、透光性、表面平整度、結構密緻性等都取得了令人矚目的進展。金剛石應用對促進高科技的發展起到重要作用。我國天然金剛石貯量少，開採難度大。因此，研製人造金剛石生產是十分重要的。目前人造金剛石的生產方法有二種，其一是靜態法生產金剛石，其二是動態法生產金剛石。所謂動態法生產金剛石，是指採用爆炸法，使石墨在高壓高溫下發生金剛石相變。由於石墨晶體C軸被壓縮的同時，基面原子略作適當的調整，就可以以固態無擴散相變的形式轉變為金剛石。常用的動態爆轟合成裝置，有圓柱形爆轟合成裝置(見
圖1)、飛片定向爆炸裝置(見圖2)、爆炸容器(見圖3)等。炸藥目前多用梯恩梯(TNT)，通常需要引爆藥來激發爆燃。此外，還有採用HMX或HMX加TNT的混合炸藥。在合成金剛石時，通常選用爆速大於17000m/s的混合黑梯炸藥，能量大、較安全。目前採用動態法生產的是小顆粒金剛石，一般在40mm以下，但品位較高。
靜態法生產金剛石的方法，是指採用高壓模具在超高壓高溫條件下用石墨製取金剛石的方法。目前最高靜壓已達到200——300Gpa，最高動態壓力達1000Gpa。靜態高壓高溫設備主要有活塞缸式裝置、對頂砧裝置、對頂砧——缸式裝置和多壓鑽式裝置。六面頂高壓設備和兩面頂高壓設備是二種有效的設備。產生超高壓採用液壓系統。採用靜態生產的金剛石顆粒較大，但品位較低，如果要達到品位高，設備投資大、工藝複雜、轉換率低，成本高。
本發明的目的，是提供一種生產高品位金剛石的動——靜態法。
本發明的目的，是採用下述技術方案來實現的，即碳源，採用鑄鐵中的碳為碳源。即將鑄鐵片，採用動態法對其爆轟，生產出金剛石微粉。然後將上述用動態法生產的金剛石微粉及沒相變的剩餘石墨，裝入靜態超高壓高溫設備中，採用靜態法使上述的金剛石微粉和石墨產生金剛石相變，生成高品位、大顆粒金剛石，轉換率可達到60——95％。本發明也可將以鑄鐵為碳源，採用動態法生成的金剛石微粉及石墨混合物和一定量的純石墨混合後，作為靜態法生產大顆粒金剛石的物料源，以靜態法生成大顆粒金剛石；也可以用動態法生成小顆粒金剛石微粉和剩餘石墨的混合物與純石墨的混合物作為靜態法生產大顆粒金剛石的物料源；也可以將重液法提純金剛石所剩的石墨與純石墨按一定比例混合構成物料源，再用靜態法生成大顆粒金剛石；也可以是用重液法部分提純金剛石微晶後的金剛石和石墨的混合物為物料源。
圖1、圖2、圖3是三種動態爆轟合成裝置結構示意圖。
附圖標號說明1為雷管、2為炸藥、3為飛片、4為空隙、5為樣品、6為雷管、7為引爆平波器、8為炸藥、9為飛片、10為樣品、11為樣品碎片收集器、12為容器壁、13為圓孔、14為樣品、15為支架、16為導線、17為雷管。
本發明具有如下優點1、提高金剛石的轉化率，最高可達60——95％，且轉化率較穩定。
2、省略了晶核生成期，縮短了加工周期，提高工效。
3、為特殊用途的金剛石的生成提供了有效途徑。如G-S型PCD及鋸片級金剛石的生成等。
4、變動態法的廢料為靜態法的原材料。即把用鑄鐵作為動態法的原料爆炸後產生的微粉和石墨的混合物提取微晶後剩餘的石墨廢料作為靜態法的原材料，這時所提取的微晶可以作為商品出售，收回成本，提高了經濟效益。
5、使靜態法的普通石墨增值。把爆炸金剛石後產生的石墨與靜態法的普通石墨混合在一起，作為靜態法的原料，可提高轉化率，並縮短工期，提高經濟效益。
6、用本發明的動態法生產大顆粒金剛石的方法，大幅度降低了金剛石的生產成本10倍以上，經濟效益顯著。
7、不用改變原生產設備。
8、減小了環境汙染。
權利要求
1.生產人造金剛石的動——靜態法，其特徵在於A、將鑄鐵片採用動態爆轟產生出金剛石微粉和石墨混合物，做為靜態法生產人造金剛石的物料；B、將上述生產金剛石的物料放入靜態高壓高溫設備中，採用靜態法生產出高品位、大顆粒人造金剛石。
2.根據權利要求1所述的生產人造金剛石的動——靜態法，其特徵在於所述的生產人造金剛石的物料可為以鑄鐵為碳源，採用動態法生成的金剛石微粉、與石墨的混合物和純石墨的混合物。
3.根據權利要求1所述的生產人造金剛石的動——靜態法，其特徵在於所述的生產人造金剛石的物料可為以鑄鐵為碳源，採用動態法生產的人造金剛石與石墨的混合物與用重液法提純金剛石後剩的石墨、微量金剛石的混合物。
4.根據權利要求1所述的生產人造金剛石的動——靜態法，其特徵在於所述的生產人造金剛石的物料，可以是用石墨作碳源，用動態法生產的金剛石和剩餘石墨再按一定比例摻入純石墨的混合物。
全文摘要
生產人造金剛石的動—靜態法,是將鑄鐵片採用動態爆轟產生出的金剛石微粉和石墨混合物,作為靜態法生產人造金剛石的物料。再將該物料放入靜態高壓高溫設備中,採用靜態法生產出高品位,大顆粒人造金剛石。本發明可提高金剛石的轉化率,最高可達60—95%;省略了晶核生成期,縮短了加工周期,提高了工效,生產的金剛石顆粒大、品位高,且減少了對環境的汙染,可大幅度提高企業經濟效益。
文檔編號B01J3/06GK1264615SQ0011020
公開日2000年8月30日 申請日期2000年3月15日 優先權日2000年3月15日
發明者楊樹桐 申請人:楊樹桐