CN104071781B - 一种石墨芯柱材料及其制备方法 - Google Patents

一种石墨芯柱材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104071781B
CN104071781B CN201410295265.9A CN201410295265A CN104071781B CN 104071781 B CN104071781 B CN 104071781B CN 201410295265 A CN201410295265 A CN 201410295265A CN 104071781 B CN104071781 B CN 104071781B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphite
powder
core column
column material
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410295265.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104071781A (zh
Inventor
贾攀
刘乾坤
赵鑫
王志涛
张亚东
邢志华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhongnan Diamond Co Ltd
Original Assignee
Zhongnan Diamond Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhongnan Diamond Co Ltd filed Critical Zhongnan Diamond Co Ltd
Priority to CN201410295265.9A priority Critical patent/CN104071781B/zh
Publication of CN104071781A publication Critical patent/CN104071781A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104071781B publication Critical patent/CN104071781B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明属于超硬材料石墨芯柱合成技术领域，公开一种石墨芯柱材料及其制备方法。该材料由石墨层和金属触媒分子层组成，并且金属触媒分子层插设在石墨层之间。取氧化铁粉、镍粉和石墨粉，混匀，得到混合粉体；将混合粉体置于封闭系统中抽真空，之后充入氢气，加热至1000-1500℃保温7-15h还原处理，先降温到200-700℃保温1-5h实现插层，再降温到小于200℃时，边通入空气边降温直到室温，即获得石墨芯柱材料。本发明使每隔20层石墨层插入一层金属触媒分子，充分地使石墨原子与金属触媒分子接触，有效地提高金属触媒催化性能。

Description

一种石墨芯柱材料及其制备方法
技术领域
本发明属于超硬材料石墨芯柱合成技术领域，具体涉及一种石墨芯柱材料及其制备方法。
背景技术
超硬材料行业普遍认为，在高温高压条件下，石墨与金属合金相互渗透。熔化的合金最优先沿石墨中的裂纹、气孔进行渗透，并将石墨切割成小块或小条状。石墨向金属合金中渗透或溶解是以原子和原子集团形式。在温度不太高的条件下，石墨以原子形式进入合金，随着温度的升高，合金进一步熔化，石墨开始以枝状石墨形式在合金中再结晶，随后开始进行金刚石晶体生长。
传统粉末石墨芯柱由于渗透程度不足，影响合金熔化时石墨结晶和金刚石晶体析出过程进而影响到人造金刚石的产量和质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨芯柱材料及其制备方法，该石墨芯柱材料可以有效提高触媒催化特性，提高生产中人造金刚石产量和质量。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种石墨芯柱材料，该材料由石墨层和金属触媒分子层组成，并且金属触媒分子层插设在石墨层之间。
较好地，每隔20层石墨层插入一层金属触媒分子层，即本发明为20阶石墨插层化合物。
制备方法，步骤如下：
第一步：取氧化铁粉、镍粉和石墨粉，混匀，获得混合粉体；
第二步，将混合粉体置于封闭系统中抽真空，之后充入氢气，加热至1000-1500℃保温7-15h实现还原处理，先降温到200-700℃保温1-5h实现插层，再降温到小于200℃时，边通入空气边降温直到室温，即获得石墨芯柱材料。
氧化铁粉、镍粉和石墨粉均为纳米粉。本发明中，氧化铁粉和镍粉既可以通过市购获得，也可按照现有技术分别制备获得。优选地，通过溶胶凝胶法制备出粒度均匀的纳米氧化铁粉，通过等离子电弧法制备出粒度均匀的纳米镍粉。
较好地，以Fe/Ni计，氧化铁粉与镍粉的摩尔比为1:1；石墨粉在混合粉体中所占的质量百分比为50-70%。
较好地，抽真空至真空度不高于10-3Pa。
本发明的发明人通过研究金刚石生长过程中金属触媒材料作用机制，得出金属触媒在石墨层间均匀插入将对金刚石生长有极大好处。利用插层技术将金属触媒分子在石墨层间以一定规律均匀插入，可以有效提高石墨原子与金属触媒分子的渗透过程，增大两者之间的接触面积，有效提高金属触媒的催化性能。
本发明的优点：利用石墨插层化合物的层间物质分布均匀的特殊物理特性，使每隔20层石墨层插入一层金属触媒分子，充分地使石墨原子与金属触媒分子接触，增大两者接触面积，有效地提高金属触媒催化性能，保证每粒超硬材料生长过程中的环境一致，在提高超硬材料产量和质量方面有重要作用。
附图说明
图1：加热焙烧曲线意图。
图2：本发明制备的石墨芯柱材料的XRD图。
具体实施方式
实施例
一种石墨芯柱材料的制备方法，具体步骤如下：
第一步：采用溶胶凝胶法制备出粒度均匀的纳米氧化铁粉；在Ar和H2气氛中，以99.93%的纯镍块为原料，通过等离子电弧法制备出粒度均匀的纳米镍粉；取纳米氧化铁粉、纳米镍粉和纳米石墨粉，混匀，获得纳米混合粉体；其中，以Fe/Ni计，氧化铁粉与镍粉的摩尔比为1:1；石墨粉在混合粉体中所占的质量百分比为60%。
第二步：将纳米混合粉体置于封闭系统中抽真空，在真空度为10-3Pa时，充入氢气，升温至1200℃保温8h实现还原处理，去除其中的氧含量，提高触媒活性。
第三步：在第二步的保温热处理之后，先自然降温至600℃保温2h实现插层，促进金属粉末触媒分子插层到石墨层间形成石墨-触媒插层化合物，再降温到180℃时，边通入空气边降温直到室温，即获得石墨芯柱材料。
前述第二步和第三步的加热焙烧曲线详见图1。
阶结构确定：
由Bragg方程知，石墨层间化合物(GICs)的面间距dH与X射线波长λ以及衍射线掠射角(θ)之间的关系为：
2dHsinθ=nλ(n为衍射级数)(1)
石墨作为六方晶系，其晶面间距公式为：
(2)
上式中a，c为晶格常数，，，为晶面指数。
由于石墨晶体碳网对X射线的选择性反射，经X射线测得的衍射峰主要为(00)晶面，即n=k=0，因此，石墨晶面间距的公式也可表示为：
(3)
对于天然石墨，其c值为2×3.354?。
由外界物质插入石墨层间所形成的GICs仍保留着天然石墨对X射线的选择性反射特性，因此，其衍射峰所代表的晶面也均为(00)面，其晶面间距dH的表达式与上式相同，只是c值不再是2×3.354?，而是GICs的层间周期dn，即：(4)
G1Cs的阶结构的标定内容包括阶数(n)，晶面指数()，以及层间周期(dn)的确定，这可以依据X射线衍射结果，并结合(4)式和(5)式分析计算出。将XRD测定的数据与理论数据对比即可判断出样品的阶结构和该阶结构所对应的晶面指数。
用XRD测试样品的晶体结构，测试条件：室温；管压30KV；管流15mA；Cu靶Kα辐射；扫描速率为4°/min；粉末样品。
对于n阶GICs，其层间周期可表示为：dn=d0+nC0=dl+(n－1)C0(5)
式中，dn——n阶层间周期；dl——一阶层间周期；C0——天然石墨的层间距，3.354?；d0——原子或基团的直径，9.38?。
各阶面的面间距dH理论值见表1，本实施例制备的石墨芯柱材料XRD图见图2，对应的样品衍射数据见表2。
表1各阶面的面间距dH理论值(10-10m)
表2样品衍射数据
将XRD测定的数据与理论数据对比即可判断出样品的阶结构为20阶，每隔20层石墨层插入一层金属触媒分子层，说明本发明制备的石墨芯柱材料具有金属触媒插层型结构。

Claims (5)

1.一种石墨芯柱材料，其特征在于：该材料由石墨层和金属触媒分子层组成，并且每隔20层石墨层插入一层金属触媒分子层。
2.一种制备如权利要求1所述的石墨芯柱材料的方法，其特征在于步骤如下：
第一步：取氧化铁粉、镍粉和石墨粉，混匀，获得混合粉体；
第二步，将混合粉体置于封闭系统中抽真空，之后充入氢气，加热至1000-1500℃保温7-15h实现还原处理，先降温到200-700℃保温1-5h实现插层，再降温到小于200℃时，边通入空气边降温直到室温，即获得石墨芯柱材料。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：氧化铁粉、镍粉和石墨粉均为纳米粉。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：以Fe/Ni计，氧化铁粉与镍粉的摩尔比为1:1；石墨粉在混合粉体中所占的质量百分比为50-70%。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：抽真空至真空度不高于10-3Pa。
CN201410295265.9A 2014-06-27 2014-06-27 一种石墨芯柱材料及其制备方法 Active CN104071781B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410295265.9A CN104071781B (zh) 2014-06-27 2014-06-27 一种石墨芯柱材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410295265.9A CN104071781B (zh) 2014-06-27 2014-06-27 一种石墨芯柱材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104071781A CN104071781A (zh) 2014-10-01
CN104071781B true CN104071781B (zh) 2016-04-06

Family

ID=51593445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410295265.9A Active CN104071781B (zh) 2014-06-27 2014-06-27 一种石墨芯柱材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104071781B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106270484B (zh) * 2016-08-18 2019-01-15 中南钻石有限公司 一种人造金刚石合成用石墨芯柱的制备方法
CN109234793A (zh) * 2018-10-23 2019-01-18 营口鑫成达新型建材有限公司 一种合成单晶金刚石的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4085196A (en) * 1976-03-01 1978-04-18 Vladimir Ivanovich Farafontov Process for producing synthetic diamonds
CN1650039A (zh) * 2002-04-25 2005-08-03 摩根坩埚有限公司 使用新的催化方法生产金刚石的工艺以及处理在合成中使用的石墨和催化剂的混合物的新方法
CN101628715A (zh) * 2008-07-14 2010-01-20 湖北鄂信钻石材料有限责任公司 I型人造金刚石专用粉体材料的制备方法
CN102580747A (zh) * 2011-12-23 2012-07-18 湖南大学 一种金刚石合成用复合触媒及制备方法
CN102757041A (zh) * 2012-07-30 2012-10-31 哈尔滨工业大学 一种石墨烯/金属氧化物纳米复合材料粉体的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4085196A (en) * 1976-03-01 1978-04-18 Vladimir Ivanovich Farafontov Process for producing synthetic diamonds
CN1650039A (zh) * 2002-04-25 2005-08-03 摩根坩埚有限公司 使用新的催化方法生产金刚石的工艺以及处理在合成中使用的石墨和催化剂的混合物的新方法
CN101628715A (zh) * 2008-07-14 2010-01-20 湖北鄂信钻石材料有限责任公司 I型人造金刚石专用粉体材料的制备方法
CN102580747A (zh) * 2011-12-23 2012-07-18 湖南大学 一种金刚石合成用复合触媒及制备方法
CN102757041A (zh) * 2012-07-30 2012-10-31 哈尔滨工业大学 一种石墨烯/金属氧化物纳米复合材料粉体的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104071781A (zh) 2014-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lei et al. Structural and optical properties of Al-doped SnO2 nanowires
KR101212717B1 (ko) 다성분계 저온 공융 온도 시스템을 이용한 고품질 육방정 질화붕소 나노시트 제조 방법
CN102051675B (zh) 一种CuO纳米线的制作方法
JP2018505118A5 (zh)
Song et al. Preparation of binderless nanopore-isotropic graphite for inhibiting the liquid fluoride salt and Xe135 penetration for molten salt nuclear reactor
Xu et al. Monitoring thermally induced structural deformation and framework decomposition of ZIF-8 through in situ temperature dependent measurements
CN104071781B (zh) 一种石墨芯柱材料及其制备方法
Colombara et al. Crystal growth of Cu2ZnSnS4 solar cell absorber by chemical vapor transport with I2
CN104233121B (zh) 一种Fe基非晶纳米晶软磁材料及其制备方法
Baiqi et al. Photoluminescence properties of Co-doped ZnO nanorods array fabricated by the solution method
Hu et al. Synthesis and photoluminescence of Zn2SnO4 nanowires
CN102515150A (zh) 一种制备多层石墨烯碳材料的方法
Li et al. Scalable construction of hollow multishell Co3O4 with mitigated interface reconstruction for efficient lithium storage
Lin et al. Micro-and nano-structural design strategies towards polycrystalline nickel-rich layered cathode materials
KR101312104B1 (ko) 그라핀 제어 나노 흑연의 제조방법
Ritscher et al. Study of the mechanochemical process to crystalline Cu2ZnSnS4 powder
Lee et al. Study on the electrochemical property of microporous cobalt phosphite [Co11 (HPO3) 8 (OH) 6]
CN102765757A (zh) 高压相镁钒氧化物及其高温高压制备方法
Huang et al. Atomic‐Scale Observation of Irradiation‐Induced Surface Oxidation by In Situ Transmission Electron Microscopy
Lihong et al. Chemical synthesis and microstructure of nanocrystalline RB6 (R= Ce, Eu)
Ren et al. Preparation of LiFe0. 99Mn0. 01PO4 Cathode Material with Lower Fe-Li Antisite via Wet-Lithiation Following by Tavorite-Olivine Phase Transition
CN103880004A (zh) 高温高压制备石墨烯材料的方法
CN102992359B (zh) 一种制备TaskerIII型(111)晶面MgO的溶剂热方法
CN105714378B (zh) 一种晶体材料、其制备方法及应用该晶体的磁制冷材料
CN114790576B (zh) 一种制备b10、b11同位素富集的六方氮化硼单晶的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant