CN101890322A - 一种各部位受力均匀的合成块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种各部位受力均匀的合成块，包括石墨柱、石墨柱两端的导电钢圈和石墨柱与导电钢圈外围的叶蜡石与白云石复合介质，所述石墨柱芯部设有空腔，空腔内紧配合设有填充块，且填充块密度高于石墨柱密度，填充块外表面套设有内绝缘元件。由于石墨柱内部密度明显提高，可有效降低合成设备的合成压力，以延长六面顶压机合成设备的使用寿命，使石墨柱各部位均获得充足的合成压力，石墨柱各个方位受力均匀，有效消减了石墨柱内虚，大大提高了优质产品的比例。另外，内绝缘元件将填充块与石墨柱隔离开，阻止填充块对石墨柱起催化作用，以保证填充块均衡压力的作用。

Description

一种各部位受力均匀的合成块

技术领域

本发明属于超硬材料合成技术领域，特别涉及一种各部位受力均匀的合成块。

背景技术

在超硬材料合成领域，超高温高压条件下的合成块是由石墨与触媒混合粉制成的石墨柱、石墨柱外围的绝缘元件和加热元件、石墨柱两端的导电钢圈、传压密封介质按照一定方式组装而成的块状体。具体组装方式为：从外到内依次组装，外围采用叶蜡石与白云石复合介质作为传压密封材料，两端采用导电钢圈进行通电加热，导电钢圈与内侧的加热元件紧密接触，通电时通过导电钢圈使加热元件本身发热，然后经过加热元件内侧紧密接触的绝缘元件将热量传至与绝缘元件内侧紧密接触的石墨柱，使石墨与触媒在超高温高压条件下转化为金刚石。

在金刚石合成过程中，虽然作为传压介质的叶蜡石具有优良的传压性能，但在超高温高压条件下其会发生相变，即叶蜡石中的结晶水会促使叶蜡石相变成蓝晶石和柯石英，体积收缩，使得叶蜡石的传压性能大大降低。可是，合成金刚石的后期是金刚石颗粒生长、长大的过程，此时正需要传递充足的压力来补充营养，促使金刚石颗粒生长、长大，而叶蜡石传压性能的大幅度降低将导致合成压力传递不足；另外，再加上近几年来超硬材料行业随着技术水平的不断进步，合成金刚石的合成腔体迅速扩大，从合成块的组装方式来看，石墨柱从外到内呈现为越来越小的压力分布情况，即压力分布不均，从而造成合成块内虚，使生成的金刚石颗粒内部气泡、杂质等缺陷多，且颗粒小，严重影响金刚石的产量和质量。

如若一味的提高合成压力，以克服合成压力传递不足、石墨柱上压力分布不均、合成块内虚等缺陷，金刚石产品的产量和质量并不会得到明显的改善和提高，且会直接影响到六面顶压机合成设备及其配件的使用寿命，严重者直接导致设备在高温高压条件下断裂爆炸损坏。此举不但大大提高了生产成本，而且还存在较大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种可获得充足合成压力、石墨柱受力均匀、能消减石墨柱内虚、提高优质产品比例的各部位受力均匀的合成块。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种各部位受力均匀的合成块，包括石墨柱、石墨柱两端的导电钢圈和石墨柱与导电钢圈外围的叶蜡石与白云石复合介质，所述石墨柱芯部设有空腔，空腔内紧配合设有填充块，且填充块密度高于石墨柱密度，填充块外表面套设有内绝缘元件。

所述空腔的体积为石墨柱体积的10％-50％。

所述导电钢圈和石墨柱两端面之间、叶蜡石与白云石复合介质和石墨柱外周面之间均设有外加热元件。

所述外加热元件和石墨柱外表面之间设有绝缘元件。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、石墨柱芯部的空腔内设有密度高于石墨柱密度的填充块，由于石墨柱内部密度明显提高，可有效降低合成设备的合成压力，以延长六面顶压机合成设备的使用寿命，使石墨柱各部位均获得充足的合成压力，石墨柱各个方位受力均匀，有效消减了石墨柱内虚，大大提高了优质产品的比例。另外，由于填充块外表面套设有内绝缘元件，内绝缘元件的介入能够将填充块与石墨柱隔离开，阻止填充块对石墨柱起催化作用，以保证填充块均衡压力的作用。

2、导电钢圈和石墨柱两端面之间、叶蜡石与白云石复合介质和石墨柱外周面之间均设有外加热元件，外加热元件与内绝缘元件及填充块配合使石墨柱导热效率大大提高，能够均衡、稳定合成腔体内的温度场，给金刚石创造稳定的生长环境，从而提高金刚石的产量和质量。

3、从表面上看，提高石墨柱内部密度的填充块占据了石墨柱的一定体积，影响了金刚石的产量，但石墨柱中心位置的内虚情况使此处转化金刚石的量很小，而填充块的介入可以使其余各处转化成的金刚石颗粒均匀、粒度增粗、品质得到提高，综合上述因素考虑是利大于弊，具有较好的经济效益。

4、近年来，超硬材料合成腔体的迅速扩大、合成压力大大提高，直接威胁到六面顶压机合成设备及其辅助配件的使用寿命，提高石墨柱内部密度可有效地降低合成所需的压力，既能弥补超高压高温下石墨柱受力不均匀现象(或内虚现象)，稳定金刚石的生长环境，提高金刚石产量和质量，又使扩大超硬材料合成腔体不再成为难题，具有较好的推广前景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的各部位受力均匀的合成块，其包括石墨柱5、导电钢圈2和叶蜡石与白云石复合介质1，石墨柱5由石墨和触媒粉压制而成，导电钢圈2设置在石墨柱5的两端，叶蜡石与白云石复合介质1设置在石墨柱5与导电钢圈2的外围，导电钢圈2内也填充有叶蜡石与白云石复合介质1。石墨柱5芯部设有空腔8，在空腔8内紧配合设有填充块6，且填充块6的密度高于石墨柱5的密度，可使石墨柱5获得充足的合成压力、受力均匀、能消减石墨柱5的内虚、提高优质产品比例。为防止填充块6参与催化石墨柱5中石墨向金刚石的转化中，在填充块6外表面套设有内绝缘元件，内绝缘元件为杯状绝缘套7，两个绝缘套7从填充块6的两端套装。两个套装的绝缘套7可以上下相接，将填充块6完全包围；另外，两个绝缘套7之间也可以预留一定空隙，防止受热膨胀损坏。由于空腔8的体积过小，石墨柱5受力均匀状况差，空腔8的体积过大，会大大降低金刚石的产量。为了保证石墨柱5受力均匀和确保金刚石产量，空腔8的体积为石墨柱5体积的10％-50％，即填充块6与绝缘套7的总体积为石墨柱5体积的10％-50％。在导电钢圈2和石墨柱5两端面之间、叶蜡石与白云石复合介质1和石墨柱5外周面之间均设有外加热元件，外加热元件包括石墨柱5外周面处的加热管3和石墨柱5两端面处的加热片31，加热管3与加热片31密封包围在石墨柱5外部。外加热元件的加热管3与加热片31和石墨柱5外表面之间设有绝缘元件4。

绝缘套7的作用是：由于石墨柱5由石墨和触媒粉制成，石墨粉主要是转化为金刚石，触媒粉(或者金属粉)主要是起催化作用，以促使石墨粉转化为金刚石；若填充块6直接与石墨柱5相接触，便会起到触媒粉的作用，参与催化，从而降低填充块6均衡压力的作用；而绝缘套7的介入能够将填充块6与石墨柱5隔离开，阻止填充块6对石墨柱5起催化作用，以保证填充块6均衡压力的作用。

本实施方式中，在保证填充块6密度高于石墨柱5密度的前提下，填充块6可以选用单元素铁、多元合金或者复合介质等材料。由于单元素铁的密度(7.86克每立方厘米)为石墨柱5成型密度(2-3克每立方厘米)的2倍多，其密度大小较为合适，所以填充块6的材料优选单元素铁。空腔8的体积优选为石墨柱5体积的20％。加热管3的材料可以是石墨带或者石墨管，加热片31的材料可以是石墨片。

在石墨柱5的压制成型过程中，将石墨柱5压制成一个中心部位为空腔8的空心体，在石墨柱5的空腔8内紧配合装入一个密度大于石墨柱5密度的填充块6，填充块6上预先套设有绝缘套7，为便于组装，可将石墨柱5制成等大的两半，两半石墨柱5扣合围成中部的空腔8；石墨柱5在超高温高压下合成金刚石时，不仅受到六个顶锤从外部施加的压力，同时内部的填充块6也变相向石墨柱5施加压力，石墨柱5各个方位都受到内、外双向压力作用，此作用不但可以降低六个顶锤所施加的力，从而延长六面顶压机合成设备的使用寿命；而且可以使石墨柱5各个方位受力均匀，消减了石墨柱5的内虚状况，提高了优质产品的比例。

Claims (4)

1.一种各部位受力均匀的合成块，包括石墨柱、石墨柱两端的导电钢圈和石墨柱与导电钢圈外围的叶蜡石与白云石复合介质，其特征在于：所述石墨柱芯部设有空腔，空腔内紧配合设有填充块，且填充块密度高于石墨柱密度，填充块外表面套设有内绝缘元件。

2.如权利要求1所述的各部位受力均匀的合成块，其特征在于：所述空腔的体积为石墨柱体积的10％-50％。

3.如权利要求1或2所述的各部位受力均匀的合成块，其特征在于：所述导电钢圈和石墨柱两端面之间、叶蜡石与白云石复合介质和石墨柱外周面之间均设有外加热元件。

4.如权利要求3所述的各部位受力均匀的合成块，其特征在于：所述外加热元件和石墨柱外表面之间设有绝缘元件。