一种金刚石制备用大尺寸自加热石墨芯柱及制备方法技术

本申请属于超硬材料生产制备技术领域，具体涉及一种金刚石制备用大尺寸自加热石墨芯柱及制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石制备用大尺寸自加热石墨芯柱及制备方法


[0001]本申请属于超硬材料生产制备
，具体涉及一种金刚石制备用大尺寸自加热石墨芯柱及制备方法
。

技术介绍

[0002]金刚石是超硬材料产品主要代表性产品，由于人造金刚石具有极大的生产成本优势，且工业用途广泛，因此，人造金刚石的工业需求十分强烈
。
[0003]人造金刚石的制备原理是将石墨（碳）芯柱在特定的设备（顶压机）内，在高温高压条件下发生相变从而转化为金刚石
。
因此，石墨芯柱的结构对于人造金刚石的质量具有重要影响
。
[0004]现有石墨芯柱结构中，多对其采用间接加热方式，即：利用导热体（加热体）包裹石墨柱体后，制造金刚石过程中热量再由柱体外围向内辐射传导
。
但基于合成产量等原因，目前基于大腔体生长制备金刚石是主要的技术发展趋势
。
因此，常规的石墨芯柱结构在用于大腔体设备时，面临着温度场不平衡（不均匀）
、
热传导慢等技术问题，同时，相关结构组装也存在不够便捷等缺陷，对于生产效率也构成了较多影响
。
因此，针对大腔体生产人造金刚石制备需要，相关石墨芯柱结构的改进探索是具有十分重要的技术意义的
。

技术实现思路

[0005]基于顶压机内大腔体（腔体内直径不小于
60mm
）人造金刚石制备生产技术方案趋势，本申请目的在于提供一种新的自加热石墨芯柱结构，从而为人造金刚石的制备生产奠定一定技术基础<br/>。
[0006]本申请所采取的技术方案详述如下
。
[0007]一种金刚石制备用大尺寸自加热石墨芯柱，其通过将现有石墨芯柱分为内柱体和外柱体两个组成部分，并通过在两部分之间增加导热材料，从而解决温度场不平衡等技术问题；具体而言，所述大尺寸自加热石墨芯柱，其整体结构为一由外至内可分为三层结构的圆柱体；所述由外至内三层结构分别为：外柱体
、
导热层和内柱体；所述导热层，为均匀涂覆有三氧化二铝粉料的锡箔；所述三氧化二铝粉料的粒度为
100
目，锡箔厚度一般不超过
0.2mm
，涂覆三氧化二铝粉料后锡箔厚度不应超过
1mm
；所述外柱体
、
内柱体，均为参考现有技术制备的石墨触媒芯柱；所述大尺寸自加热石墨芯柱，具体通过如下步骤制备而成：（一）备料分别制备导热层用锡箔
、
内柱体和外柱体；所述导热层用锡箔，制备时：在片状锡箔表面均匀涂覆粒径
100
目的三氧化二铝粉料（单面涂覆，涂覆时，可将三氧化二铝粉料加入氨酯类水性胶黏剂混合均匀后直接喷涂到锡箔表面），涂覆三氧化二铝镀层后的铝箔厚度不大于
1mm
；所述锡箔，厚度一般不超过
0.2mm
；所述内柱体，按照现有技术，制备实心的圆柱形石墨触媒芯柱；所述外柱体，按照现有技术，制备空心的圆环形的石墨触媒芯柱（环柱体），其内环的直径与内柱体的外直径相当（即，空心内环的直径等于或仅略大于内柱体的外直径，也即，需要确保内柱体能够较好嵌套进入外柱体的内环中）；优选设计中，外柱体的高度略低于内柱体（例如略低
0.5mm
），从而便于后续组装加工制成成品后保持高度一致；所述石墨触媒芯柱，以质量比计，具体配方组成参考为，石墨：金属触媒
=7.5
‑
8.5
：
2.5
‑
1.5
；所述石墨，纯度不小于
99.9%、
粒度
≥300
目；所述金属触媒，为铁
、
镍
、
钴锰粉料混合物，以质量比计，铁：镍：钴锰粉料
=6:3:1
；各类型金属均为粉料，纯度不小于
99.9%
，粒度
≥300
目；所述内柱体，直径规格参考为：
35~40mm
；所述外柱体，外直径规格参考为：
70~85mm
，内直径规格参考为
35.5~40.8mm
；（二）组装石墨芯柱成品首先，分别利用导热层用锡箔对内柱体和外柱体表面进行密封包裹（未涂覆三氧化二铝的锡箔表面直接接触柱体表面）；包裹完成后，在外柱体两端均匀黏附碳粉发热材料，在内柱体侧表面均匀黏附碳粉发热材料；随后，将包裹完成的内柱体嵌入外柱体的内部圆环中，嵌套完成后，内柱体与外柱体高度平齐，且外柱体两端所黏附碳粉发热材料与内柱体侧面所黏附的碳粉发热材料充分贴合接触为一个整体；组合完成后，在嵌合完成的复合柱体两端均匀黏附圆形的导热层用锡箔；所述圆形，其直径规格略小于嵌合完成后复合柱体的内直径（圆形直径具体例如比复合柱体内直径小
1mm
）；黏附导热层用锡箔后，最后在嵌合完成后复合柱体两端黏附碳粉发热材料；所述碳粉发热材料，具体为石墨粉（粒度
≤800
目，纯度不低于
90%
），黏附厚度不超过
0.5mm
（黏附时，可在对应表面喷涂水玻璃后直接黏附）；（三）制备成品将步骤（二）中组装完成后的石墨芯柱进行压制成型（例如采用四柱两面顶压力机进行压制，具体规格参考为：高度
40~50mm
，外直径
60~75mm
），成型后在还原性气氛（具体例如氢气气氛）条件下，
550~650℃
保温煅烧
1.5~3h
（优选
600℃
保温
2h
）；需要解释的是，本申请中所述“自加热”是指：由于内柱体与外柱体之间设有涂覆有三氧化二铝的铝箔层
、
及碳粉发热材料层，在制备人造金刚石过程中，在电流通路情况下，相关材料可构成一个电连接的通路回路，但由于相关材料电阻较高，从而实现利用导热层对石墨芯柱的内外双向加热的效果
。
[0008]本申请中，在将常规的石墨芯柱分割形成为一个圆环和一个圆柱结构部分基础上，通过在其中部嵌入一个导热层，从而实现合成加工制备金刚石过程中内外双向辐射加热，以弥补现有间接对石墨芯柱加热时热传导不够快速均匀的技术缺陷
。
初步实验结果表明，这一结构设计可以较好克服解决现有人造金刚石生产制备中大腔体趋势背景下腔体内温度场不平衡的技术问题，能够较好克服解决石墨芯柱内部热传导的技术难题，从而提高
加热效率和改善加热效果，而且能够较好克服现有石墨芯柱组装使用不便等缺陷，因此，对于确保和稳定提升人造金刚石制造质量，具有较好的实用价值
。
附图说明
[0009]图1为本申请所提供石墨芯柱结构示意图；图2为本申请所提供石墨芯柱中内柱体（左图）和外柱体（右图）结构示意图；图3为本申请所提供石墨芯柱加工过程中“自发热”原理示意图
。
具体实施方式
[0010]下面结合实施例对本申请做进一步的解释说明
。
实施例
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种金刚石制备用大尺寸自加热石墨芯柱，其特征在于，所述大尺寸自加热石墨芯柱，其整体结构为一由外至内可分为三层结构的圆柱体；所述由外至内三层结构分别为：外柱体
、
导热层和内柱体；所述导热层，为均匀涂覆有三氧化二铝粉料的锡箔；所述外柱体
、
内柱体，为可以相互嵌合配套的石墨触媒芯柱；所述大尺寸自加热石墨芯柱，具体通过如下步骤制备而成：（一）备料分别制备导热层用锡箔
、
内柱体和外柱体；所述导热层用锡箔，制备时：在片状锡箔表面均匀涂覆三氧化二铝粉料；所述内柱体，为实心的圆柱形石墨触媒芯柱；所述外柱体，为空心的圆环形的石墨触媒芯柱，其内环的直径与内柱体的外直径相当；（二）组装石墨芯柱成品首先，分别利用导热层用锡箔对内柱体和外柱体表面进行密封包裹；包裹完成后，在外柱体两端均匀黏附碳粉发热材料，在内柱体侧表面均匀黏附碳粉发热材料；随后，将包裹完成的内柱体嵌入外柱体的内部圆环中，嵌套完成后，内柱体与外柱体高度平齐，且外柱体两端所黏附碳粉发热材料与内柱体侧面所黏附的碳粉发热材料充分贴合接触为一个整体；组合完成后，在嵌合完成的复合柱体两端均匀黏附圆形的导热层用锡箔；黏附导热层用锡箔后，最后在嵌合完成后复合柱体两端黏附碳粉发热材料；（三）制备成品将步骤（二）中组装完成后的石墨芯柱进行压制成型，成型后在还原性气氛条件下，保温煅烧处理
。2.
如权利要求1所述金刚石制备用大尺寸自加热石墨芯柱，其特征在于，所述三氧化二铝粉料的粒度为
100
目，锡箔厚度不超过
0.2mm
，涂覆三氧化二铝粉料后锡箔厚度不超过
1mm。3.
如权利要求2所述金刚石制备用大尺寸自加热石墨芯柱，其特征在于，涂覆锡箔时，单面涂覆
。4.
如权利要求1所述金刚石制备用大尺寸自加热石墨芯柱，其特征在于，步骤（一）中，所述内柱体，直径规格为：
35~40mm
；所述外柱体，外直径规格为：
70~85mm
，内直径规格为
35.5~40.8mm。5.
如权利要求1所述金刚石制备用大尺寸自加热石墨芯柱，其特征在于，组合完成后，圆形的导热层用锡箔小于嵌合完成...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚东，申幸卫，栗波，吴定雨，周岩章，刘高智，
申请(专利权)人：中南钻石有限公司，
类型：发明
国别省市：