專利名稱：優(yōu)質(zhì)金剛石單晶的生長(zhǎng)技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金剛石的生長(zhǎng)，特別是涉及優(yōu)質(zhì)金剛石單晶的生長(zhǎng)技術(shù)，屬于晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域。
優(yōu)質(zhì)單晶金剛石主要用于制造鋸片、滾輪修正器和孕鑲地質(zhì)鉆頭。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)金剛石方法主要缺點(diǎn)是1、所用的傳壓介質(zhì)是用水玻璃作為粘結(jié)劑，由葉蠟石粉構(gòu)成的，這種傳壓介質(zhì)不能經(jīng)高溫處理。因此，葉蠟石中的吸附水，尤其是結(jié)晶水及其它有害成份嚴(yán)重影響金剛石生長(zhǎng);2、生產(chǎn)金剛石時(shí)超高壓高溫腔體的組裝不合理，如圖1所示，作為熔(催化劑)的合金與作為生長(zhǎng)金剛石原料的石墨串聯(lián)組合，這樣的組裝法，通電以后，由于石墨的電阻遠(yuǎn)大于合金的電阻，致使石墨的溫度遠(yuǎn)高于合金的溫度。這種溫度分布極不利于金剛石的生長(zhǎng)，因介面處部份石墨變成金剛石后，電阻變化大，使溫度難以控制，不易延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間等。由于以上原因，腔體中的氣氛、溫度分布及與其有關(guān)的壓力分布極不合理，結(jié)果是生長(zhǎng)的金剛石的數(shù)量少，質(zhì)量差。美國(guó)的G.E公司、南非的De Beer′s公司生產(chǎn)金剛石的水平雖屬國(guó)際領(lǐng)先，但其超高高溫腔體的組裝法也屬圖1類型，傳壓介質(zhì)及控溫控壓技術(shù)屬保密技術(shù)，未見報(bào)導(dǎo)。
本發(fā)明的目的在于提供一種優(yōu)質(zhì)金剛石單晶的生長(zhǎng)技術(shù)，用新型的陶瓷結(jié)構(gòu)半干壓成型的傳壓介質(zhì)替代傳統(tǒng)的傳壓介質(zhì);采用合金-石墨并聯(lián)式的組裝結(jié)構(gòu)，替代現(xiàn)有技術(shù)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，即可克服現(xiàn)有技術(shù)很難生長(zhǎng)優(yōu)質(zhì)金剛石單晶的各種缺點(diǎn)，可以進(jìn)行批量生產(chǎn)，從而滿足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)優(yōu)質(zhì)金剛石單晶的需求。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容包括1、采用陶瓷結(jié)構(gòu)半干壓成型的傳壓介質(zhì)，替代傳統(tǒng)的傳壓介質(zhì)，葉蠟石粉用有機(jī)粘結(jié)劑粘結(jié)成型，經(jīng)800℃以上高溫處理，以排除吸附水、結(jié)晶水及其他有害成份，因此消除了在超高壓高溫條件下，由于相變引起的體積收縮而造成的壓力下降，導(dǎo)熱性能的變化及對(duì)腔體內(nèi)的污染;
2、采用合金石墨相間并聯(lián)式的組裝結(jié)構(gòu)(圖2)。這種組裝法可使通電以后合金的溫度高，石墨的溫度低，部份石墨變成金剛石后，電阻變化小，溫度穩(wěn)定，便于延長(zhǎng)生長(zhǎng)時(shí)間，這給生長(zhǎng)質(zhì)量好，粒度大，數(shù)量多的金剛石提供了好的溫度及與其相關(guān)的壓力條件;
3、生長(zhǎng)金剛石的合金片由原來的園片狀，改為矩形。
本發(fā)明的效果如下1、由于采用了新的傳壓介質(zhì)和合金-石墨相間并聯(lián)的腔體組裝方法，金剛石的單次產(chǎn)量由原來的4-5克拉增加到6-8克拉;
2、生長(zhǎng)的金剛石的質(zhì)量明顯提高，1/3以上的晶體晶形完整，缺陷少，晶形完整者的抗壓強(qiáng)度從原來的15-20kg提高到30-40kg;其中有相當(dāng)部份超過50kg，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。(如美國(guó)GE公司、南非De Beer′s公司的水平);
3、合金的用量減少30%以上，降低了金剛石的生產(chǎn)成本。


如下圖1為傳統(tǒng)技術(shù)串聯(lián)式組裝腔體示意2為本發(fā)明并聯(lián)式組裝腔體示意中1-導(dǎo)電環(huán) 2-導(dǎo)電片 3-傳壓介質(zhì)4-石墨 5-合金本發(fā)明由以下實(shí)施例完成實(shí)施例1 半干壓成型陶瓷傳壓介質(zhì)的制備取5公斤粒度為24目以細(xì)的葉蠟石粉，加入250CC聚乙烯醇飽和水溶液，混勻后，用模具壓制成型，經(jīng)850℃焙燒后使用，此種傳壓介質(zhì)消除了有害成份和由水份引起的相變層;又可以提高傳壓效率。
實(shí)施例2 合金-石墨相間并聯(lián)腔體的組裝組合圖2進(jìn)行在直徑為22mm，高為38mm的園柱形腔體中交替放置厚度為0.5mm，高為10mm的合金片5(共12片);和厚度為1.2mm，高為16mm的石墨片4(共13片);合金與石墨片的兩端分別放置直徑為22mm，厚為4mm的石墨片和直徑為22mm，厚為0.5mm的鉬片(導(dǎo)電片2)，最外端是內(nèi)外徑為18mm和20mm的高導(dǎo)電鋼圈(導(dǎo)電環(huán)1)，傳壓介質(zhì)3作為腔壁。用此組裝，生長(zhǎng)周期為10分鐘，單產(chǎn)40-80目金剛石可達(dá)8克拉以上，其中高質(zhì)量者占1/3以上。
實(shí)施例3用實(shí)例2的并聯(lián)式組裝的腔體生長(zhǎng)優(yōu)質(zhì)金剛石(1)在有效體積為6cm3的腔體中，用厚度為0.5mm的Nl MnCo合金和0.8mm厚的石墨片，壓力為5.8GPa左右和1300℃條件下保溫保壓10分鐘，可生產(chǎn)40-80目金剛石8克拉，其中優(yōu)質(zhì)金剛石占1/3以上。
(2)用厚度為0.7mm的Nl MnCo合金與1.2mm厚的石墨片，保溫保壓12分鐘，單產(chǎn)40-60目金剛石6-8克拉，其中30-40%的晶體抗壓強(qiáng)度為30-40kg。
權(quán)利要求
1.一種優(yōu)質(zhì)金剛石單晶的生長(zhǎng)技術(shù)，采用靜高壓高溫技術(shù)，包括采用石墨、合金、導(dǎo)電片、導(dǎo)電圈及傳壓介質(zhì)，其特征在于腔體采用合金-石墨相間并聯(lián)式組裝在園柱形腔體中交替放置合金片5、石墨片4；合金片5與石墨片4的兩端放置石墨片4和導(dǎo)電片2；外端放置導(dǎo)電環(huán)1，傳壓介質(zhì)3作腔壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的生長(zhǎng)技術(shù)，其特征在于所述的傳壓介質(zhì)是(1)采用在半干壓成型后，經(jīng)高溫處理的陶瓷傳壓介質(zhì);(2)內(nèi)含24目以細(xì)的葉蠟石粉和聚乙烯醇。
全文摘要
本發(fā)明是一種優(yōu)質(zhì)金剛石的生長(zhǎng)技術(shù)，它是以晶體生長(zhǎng)理論為依據(jù)所創(chuàng)立的新技術(shù)，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，未見國(guó)外報(bào)道。該技術(shù)在傳壓介質(zhì)、試樣組裝等方面均不同于現(xiàn)在正在采用的技術(shù)。本發(fā)明在生長(zhǎng)金剛石的超高壓高溫腔體中建立了適合金剛石生長(zhǎng)的壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)，適合用于國(guó)內(nèi)自己設(shè)計(jì)制造的六面頂超高壓高溫設(shè)備。
文檔編號(hào)B01J3/06GK1073616SQ9110756
公開日1993年6月30日 申請(qǐng)日期1991年12月24日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月24日
發(fā)明者亓曾篤, 曹振駿, 周軍學(xué), 陳光耀, 朱德渝, 陳文琍, 柴文輝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所