專利名稱：模擬天然結(jié)晶法制寶石級金剛石的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于人造金剛石的生產(chǎn)方法。
金剛石具有很多特殊的優(yōu)異的物理性能，它的硬度高，是目前已知的最硬物質(zhì)，其顯微硬度達(dá)到10000-11000公斤/毫米2，而高硬度的硬質(zhì)合金，顯微硬度只有1000-2000公斤/毫米2，淬火鋼只有700-800公斤/毫米2。金剛石的抗壓強(qiáng)度也很高，耐磨性好，有的金剛石還具有良好的熱敏、熱傳導(dǎo)和半導(dǎo)體性能。金剛石還是一種很好的透遠(yuǎn)紅外光的材料，因此它是發(fā)展現(xiàn)代國防、現(xiàn)代工業(yè)和新科學(xué)技術(shù)所不可缺少的重要材料，常被人們稱為是一種重要的戰(zhàn)略物資，在冶金、機(jī)械、石油、煤炭、光學(xué)儀器、玻璃、陶瓷、電子、軍工等工業(yè)部門及空間技術(shù)中有著廣泛的用途。
金剛石的來源有兩種一種是天然的，另一種是人造的。由于天然金剛石很稀少，開采困難，因此世界上一些國家都很重視發(fā)展并廣泛使用人造金剛石。人造金剛石一般是在高壓高溫條件下，在合金觸媒的作用下，由石墨轉(zhuǎn)化而成的，自從了解到金剛石與石墨是碳的同素異構(gòu)體以后，人們就試圖用人工方法制得金剛石，這已有九十余年的歷史，但比較有實(shí)際意義的利用高溫高壓技術(shù)來研究人造金剛石，約開始于1940年左右。
目前國內(nèi)外有實(shí)用價(jià)值的人工合成方法主要有二種1、靜壓觸媒法，2、爆炸法。
1、靜壓觸媒法石墨轉(zhuǎn)化成金剛石必須在高壓高溫下進(jìn)行，這只有在創(chuàng)造了能保持5-10萬大氣壓的壓力和1000-2000℃的高溫裝置，并在金屬觸媒的作用下，才能獲得成功。靜壓觸媒法就是用液壓機(jī)加壓產(chǎn)生高壓，以交流或直流電通過石墨試樣加熱產(chǎn)生高溫，加金屬或合金作為觸媒的方法，這個(gè)方法就是傳統(tǒng)的高溫高壓合成法，迄今已有三十多年的歷史，但是它還在繼續(xù)發(fā)展和完善中，國內(nèi)外除了致力于高壓設(shè)備的研究外，還進(jìn)行加熱方式及炭素和金屬觸媒的研究。
2、爆炸法利用TNT和黑索金等炸藥引爆后產(chǎn)生強(qiáng)的沖擊波作用于石墨，產(chǎn)生高溫高壓，在幾微秒的瞬間內(nèi)可得到幾十萬大氣壓，使石墨直接轉(zhuǎn)變成金剛石，此種方法國內(nèi)外這幾年來一直在研究發(fā)展中，并已投入生產(chǎn)。
這種方法得到的金剛石是比較小的微細(xì)粉末，平均粒度不到10微米，最大粒度約40微米，雜質(zhì)含量高達(dá)20％，適宜于制造研磨膏，亦可作為聚晶金剛石的原料。
爆炸法的最大優(yōu)點(diǎn)是便宜，投資少，單次產(chǎn)量高，目前已知單次產(chǎn)量可達(dá)500克拉左右，在最佳情況下相當(dāng)于每公斤炸藥能生產(chǎn)60克拉金剛石。
人造金剛石的現(xiàn)有工藝方法存在著或者設(shè)備復(fù)雜，成本昂貴，或者粒度小，品質(zhì)低的缺點(diǎn)。到目前為止還沒有工業(yè)化生產(chǎn)的大粒度(1克拉以上)的人造金剛石面市。
本發(fā)明的目的在于提供一種模擬天然結(jié)晶法制寶石級金剛石的工藝方法，它具有設(shè)備簡單，成本低、粒度大的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的工藝方法是將炭素物、Al、Mg、SiO2、Cr2O3、Fe2O3、TiO2粉狀物混合，裝于一個(gè)內(nèi)襯石墨耐熱層的鋼制的密閉容器內(nèi)，密閉容器的一端設(shè)置發(fā)熱體，將容器置于地下，點(diǎn)燃發(fā)熱體，使密閉容器內(nèi)的混合物因加熱而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，發(fā)熱、降溫、冷卻、晶出。
如上述工藝方法，其特征在于粉狀混合物的重量份數(shù)配比為炭素物1-4，Al5-10，Mg10-15，SiO230-40，Cr2O32-10，F(xiàn)e2O340-50，TiO20.1-2。
如上述工藝方法，其特征在于發(fā)熱溫度在3000℃以上，降溫時(shí)從最高溫降至800℃的時(shí)間不少于8分鐘。


圖1，本發(fā)明的反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1上蓋，2法蘭，3筒體，4石墨耐熱層，5電熱絲引出線，6螺栓，7石墨粉，8坩堝耐火塊，9二氧化硅，10電熱絲，11粉狀混合反應(yīng)物，12下蓋。
圖2，是降溫曲線。
實(shí)施例。
按炭素物1，Al 8，Mg 10，SiO230，Cr2O33，F(xiàn)e2O350，TiO20.5，CaCO38(單位kg)的重量配比，將上述物質(zhì)的粉狀物混合均勻，裝入與混合體積相當(dāng)?shù)耐搀w3內(nèi)，筒體3的底部和筒壁襯有石墨耐熱層4，混合反應(yīng)物11上依次蓋有發(fā)熱元件電熱絲10、二氧化硅9、坩堝耐火塊8、石墨粉耐熱層7，筒體3下端與上端分別用螺栓6將下蓋12、上蓋1與筒體3的法蘭2壓緊，使筒體3成為密閉的容器。將密閉的容器置于地下，利用地層起保溫作用。電熱絲的功率在600瓦左右，給電熱絲通電，在電熱絲的電熱作用下，容器內(nèi)的Al，Mg與Fe2O3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成Al2O3、MgO、Fe，同時(shí)產(chǎn)生3500℃的高溫，使反應(yīng)物溶成巖漿狀態(tài)，炭元素在溶體中結(jié)晶、冷卻，反應(yīng)物從最高溫降溫至800℃的時(shí)間不應(yīng)少于8分鐘，其后降溫至室溫的時(shí)間在48小時(shí)左右為宜，長于或短于48小時(shí)對生成物影響成不太大。
產(chǎn)出物中的金剛石含量約占投入炭素的1-10％，顆粒大小直徑約為5-25mm，顆粒重量約為1-55克拉。
權(quán)利要求
1.一種模擬天然結(jié)晶法制寶石級金剛石的工藝方法，其特征在于將炭素物、Al、Mg、SiO2、Cr2O3、Fe2O3、TiO2粉狀物混合，裝于一個(gè)內(nèi)襯石墨耐熱層的鋼制的密閉容器內(nèi)，密閉容器的一端設(shè)置發(fā)熱體，將容器置于地下，點(diǎn)燃發(fā)熱體，使密閉容器內(nèi)的混合物因加熱而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，發(fā)熱、降溫、冷卻、晶出。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于粉狀混合物的重量份數(shù)配比為炭素物 1-4Al 5-10Mg 10-15SiO230-40Cr2O32-10Fe2O340-50TiO20.1-2
3.如權(quán)利要求1、2所述的工藝方法，其特征在于發(fā)熱溫度在3000℃以上，降溫時(shí)從最高溫降至800℃的時(shí)間不少于8分鐘。
全文摘要
一種模擬天然結(jié)晶法制寶石級金剛石的工藝方法,其特征在于將炭素物、Al、Mg、SiO
文檔編號C01B31/00GK1172767SQ9611827
公開日1998年2月11日 申請日期1996年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月5日
發(fā)明者易榮啟 申請人:易榮啟