一種各部位受力均勻的合成塊的製作方法

2023-12-01 11:22:06

專利名稱：一種各部位受力均勻的合成塊的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於超硬材料合成技術領域，特別涉及一種各部位受力均勻的合成 塊。
背景技術：
在超硬材料合成領域，超高溫高壓條件下的合成塊是由石墨與觸媒混合粉製成的 石墨柱、石墨柱外圍的絕緣元件和加熱元件、石墨柱兩端的導電鋼圈、傳壓密封介質按照一 定方式組裝而成的塊狀體。具體組裝方式為從外到內依次組裝，外圍採用葉蠟石與白雲石 複合介質作為傳壓密封材料，兩端採用導電鋼圈進行通電加熱，導電鋼圈與內側的加熱元 件緊密接觸，通電時通過導電鋼圈使加熱元件本身發熱，然後經過加熱元件內側緊密接觸 的絕緣元件將熱量傳至與絕緣元件內側緊密接觸的石墨柱，使石墨與觸媒在超高溫高壓條 件下轉化為金剛石。在金剛石合成過程中，雖然作為傳壓介質的葉蠟石具有優良的傳壓性能，但在超 高溫高壓條件下其會發生相變，即葉蠟石中的結晶水會促使葉蠟石相變成藍晶石和柯石 英，體積收縮，使得葉蠟石的傳壓性能大大降低。可是，合成金剛石的後期是金剛石顆粒生 長、長大的過程，此時正需要傳遞充足的壓力來補充營養，促使金剛石顆粒生長、長大，而葉 蠟石傳壓性能的大幅度降低將導致合成壓力傳遞不足；另外，再加上近幾年來超硬材料行 業隨著技術水平的不斷進步，合成金剛石的合成腔體迅速擴大，從合成塊的組裝方式來看， 石墨柱從外到內呈現為越來越小的壓力分布情況，即壓力分布不均，從而造成合成塊內虛， 使生成的金剛石顆粒內部氣泡、雜質等缺陷多，且顆粒小，嚴重影響金剛石的產量和質量。如若一味的提高合成壓力，以克服合成壓力傳遞不足、石墨柱上壓力分布不均、合 成塊內虛等缺陷，金剛石產品的產量和質量並不會得到明顯的改善和提高，且會直接影響 到六面頂壓機合成設備及其配件的使用壽命，嚴重者直接導致設備在高溫高壓條件下斷裂 爆炸損壞。此舉不但大大提高了生產成本，而且還存在較大的安全隱患。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種可獲得充足合成壓力、石墨柱受力均勻、能消減石 墨柱內虛、提高優質產品比例的各部位受力均勻的合成塊。為實現上述目的，本實用新型的技術方案是一種各部位受力均勻的合成塊，包括 石墨柱、石墨柱兩端的導電鋼圈和石墨柱與導電鋼圈外圍的葉蠟石與白雲石複合介質，所 述石墨柱芯部設有空腔，空腔內緊配合設有填充塊，且填充塊密度高於石墨柱密度，填充塊 外表面套設有內絕緣元件。所述空腔的體積為石墨柱體積的10% -50%。所述導電鋼圈和石墨柱兩端面之間、葉蠟石與白雲石複合介質和石墨柱外周面之 間均設有外加熱元件。所述外加熱元件和石墨柱外表面之間設有絕緣元件。[0010]與現有技術相比，本實用新型的優點是1、石墨柱芯部的空腔內設有密度高於石墨柱密度的填充塊，由於石墨柱內部密度 明顯提高，可有效降低合成設備的合成壓力，以延長六面頂壓機合成設備的使用壽命，使石 墨柱各部位均獲得充足的合成壓力，石墨柱各個方位受力均勻，有效消減了石墨柱內虛，大 大提高了優質產品的比例。另外，由於填充塊外表面套設有內絕緣元件，內絕緣元件的介入 能夠將填充塊與石墨柱隔離開，阻止填充塊對石墨柱起催化作用，以保證填充塊均衡壓力 的作用。2、導電鋼圈和石墨柱兩端面之間、葉蠟石與白雲石複合介質和石墨柱外周面之間 均設有外加熱元件，外加熱元件與內絕緣元件及填充塊配合使石墨柱導熱效率大大提高， 能夠均衡、穩定合成腔體內的溫度場，給金剛石創造穩定的生長環境，從而提高金剛石的產 量禾口質量。3、從表面上看，提高石墨柱內部密度的填充塊佔據了石墨柱的一定體積，影響了 金剛石的產量，但石墨柱中心位置的內虛情況使此處轉化金剛石的量很小，而填充塊的介 入可以使其餘各處轉化成的金剛石顆粒均勻、粒度增粗、品質得到提高，綜合上述因素考慮 是利大於弊，具有較好的經濟效益。4、近年來，超硬材料合成腔體的迅速擴大、合成壓力大大提高，直接威脅到六面頂 壓機合成設備及其輔助配件的使用壽命，提高石墨柱內部密度可有效地降低合成所需的壓 力，既能彌補超高壓高溫下石墨柱受力不均勻現象(或內虛現象)，穩定金剛石的生長環 境，提高金剛石產量和質量，又使擴大超硬材料合成腔體不再成為難題，具有較好的推廣前景ο

圖1為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示的各部位受力均勻的合成塊，其包括石墨柱5、導電鋼圈2和葉蠟石與 白雲石複合介質1，石墨柱5由石墨和觸媒粉壓制而成，導電鋼圈2設置在石墨柱5的兩端， 葉蠟石與白雲石複合介質1設置在石墨柱5與導電鋼圈2的外圍，導電鋼圈2內也填充有葉 蠟石與白雲石複合介質1。石墨柱5芯部設有空腔8，在空腔8內緊配合設有填充塊6，且填 充塊6的密度高於石墨柱5的密度，可使石墨柱5獲得充足的合成壓力、受力均勻、能消減 石墨柱5的內虛、提高優質產品比例。為防止填充塊6參與催化石墨柱5中石墨向金剛石 的轉化中，在填充塊6外表面套設有內絕緣元件，內絕緣元件為杯狀絕緣套7，兩個絕緣套7 從填充塊6的兩端套裝。兩個套裝的絕緣套7可以上下相接，將填充塊6完全包圍；另外， 兩個絕緣套7之間也可以預留一定空隙，防止受熱膨脹損壞。由於空腔8的體積過小，石墨 柱5受力均勻狀況差，空腔8的體積過大，會大大降低金剛石的產量。為了保證石墨柱5受 力均勻和確保金剛石產量，空腔8的體積為石墨柱5體積的10% -50%,即填充塊6與絕緣 套7的總體積為石墨柱5體積的10% -50%。在導電鋼圈2和石墨柱5兩端面之間、葉蠟 石與白雲石複合介質1和石墨柱5外周面之間均設有外加熱元件，外加熱元件包括石墨柱 5外周面處的加熱管3和石墨柱5兩端面處的加熱片31，加熱管3與加熱片31密封包圍在石墨柱5外部。外加熱元件的加熱管3與加熱片31和石墨柱5外表面之間設有絕緣元件 4。絕緣套7的作用是由於石墨柱5由石墨和觸媒粉製成，石墨粉主要是轉化為金剛 石，觸媒粉(或者金屬粉)主要是起催化作用，以促使石墨粉轉化為金剛石；若填充塊6直 接與石墨柱5相接觸，便會起到觸媒粉的作用，參與催化，從而降低填充塊6均衡壓力的作 用；而絕緣套7的介入能夠將填充塊6與石墨柱5隔離開，阻止填充塊6對石墨柱5起催化 作用，以保證填充塊6均衡壓力的作用。本實施方式中，在保證填充塊6密度高於石墨柱5密度的前提下，填充塊6可以選 用單元素鐵、多元合金或者複合介質等材料。由於單元素鐵的密度(7. 86克每立方釐米)為 石墨柱5成型密度(2-3克每立方釐米)的2倍多，其密度大小較為合適，所以填充塊6的 材料優選單元素鐵。空腔8的體積優選為石墨柱5體積的20%。加熱管3的材料可以是石 墨帶或者石墨管，加熱片31的材料可以是石墨片。在石墨柱5的壓製成型過程中，將石墨柱5壓製成一個中心部位為空腔8的空心 體，在石墨柱5的空腔8內緊配合裝入一個密度大於石墨柱5密度的填充塊6，填充塊6上 預先套設有絕緣套7，為便於組裝，可將石墨柱5製成等大的兩半，兩半石墨柱5扣合圍成 中部的空腔8 ；石墨柱5在超高溫高壓下合成金剛石時，不僅受到六個頂錘從外部施加的壓 力，同時內部的填充塊6也變相向石墨柱5施加壓力，石墨柱5各個方位都受到內、外雙向 壓力作用，此作用不但可以降低六個頂錘所施加的力，從而延長六面頂壓機合成設備的使 用壽命；而且可以使石墨柱5各個方位受力均勻，消減了石墨柱5的內虛狀況，提高了優質 產品的比例。
權利要求一種各部位受力均勻的合成塊，包括石墨柱、石墨柱兩端的導電鋼圈和石墨柱與導電鋼圈外圍的葉蠟石與白雲石複合介質，其特徵在於所述石墨柱芯部設有空腔，空腔內緊配合設有填充塊，且填充塊密度高於石墨柱密度，填充塊外表面套設有內絕緣元件。
2.如權利要求1所述的各部位受力均勻的合成塊，其特徵在於所述空腔的體積為石 墨柱體積的10% -50%。
3.如權利要求1或2所述的各部位受力均勻的合成塊，其特徵在於所述導電鋼圈和 石墨柱兩端面之間、葉蠟石與白雲石複合介質和石墨柱外周面之間均設有外加熱元件。
4.如權利要求3所述的各部位受力均勻的合成塊，其特徵在於所述外加熱元件和石 墨柱外表面之間設有絕緣元件。
專利摘要本實用新型公開了一種各部位受力均勻的合成塊，包括石墨柱、石墨柱兩端的導電鋼圈和石墨柱與導電鋼圈外圍的葉蠟石與白雲石複合介質，所述石墨柱芯部設有空腔，空腔內緊配合設有填充塊，且填充塊密度高於石墨柱密度，填充塊外表面套設有內絕緣元件。由於石墨柱內部密度明顯提高，可有效降低合成設備的合成壓力，以延長六面頂壓機合成設備的使用壽命，使石墨柱各部位均獲得充足的合成壓力，石墨柱各個方位受力均勻，有效消減了石墨柱內虛，大大提高了優質產品的比例。另外，內絕緣元件將填充塊與石墨柱隔離開，阻止填充塊對石墨柱起催化作用，以保證填充塊均衡壓力的作用。
文檔編號B01J3/06GK201768542SQ20102027689
公開日2011年3月23日 申請日期2010年7月30日 優先權日2010年7月30日
發明者劉廣利, 彭獻偉, 楊晉中, 林玉, 薛勝輝 申請人:鄭州人造金剛石及製品工程技術研究中心有限公司