CN104772144A - 一种含碳纤维的金刚石触媒粉和制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于合成金刚石用触媒粉领域。是一种含碳纤维的金刚石触媒粉和制造方法，含碳纤维的金刚石触媒粉是触媒粉主料还添加有碳纤维粉末，触媒粉主料和碳纤维粉末重量比98～99.5:0.5～2，所述的碳纤维粉末直径为7μm，长度为4μm～50μm，所述的触媒粉主料的直径为2μm～75μm，触媒粉的制造方法，按重量比取触媒粉主料和碳纤维粉末98～99.5:0.5～2，将上述的触媒粉主料和碳纤维粉末通过油温混料机在105℃混合烘干后，冷却得到，这样的触媒粉具有与石墨粉相容性好、分散性好的优点，能够通过金刚石质量、提高合成的产量，这样的制造方法可以制造出上述优点的金刚石触媒粉。
Description
技术领域
本发明属于合成金刚石用触媒粉领域。
背景技术
在金刚石生产过程中，触媒粉的存在至关重要。在没有触媒粉参与的情况下，石墨转变为金刚石需要13GPa的高压和2700℃以上的高温。采用触媒，可使金刚石的合成压力与温度分别降至5～6 GPa和1200～1400 ℃，从而使工业生产金刚石成为可能。目前工业金刚石合成中常采用的触媒粉主要有镍基、铁基及钴基三个合金体系，在混合制料过程中，这些触媒粉与石墨混合的均匀性较差，这主要是由于两类材料不同的密度所引起的，虽然在生产中采用三维立体搅拌及造粒的方法来缓解这一问题，但效果有限，从而使得所生产出的金刚石分布不均，进而对金刚石的质量及产量产生一定的影响。
作为市面上的一种热门材料，碳纤维由于具有许多优异性能而越来越多的受到关注。其中碳纤维粉为碳纤维类材料的一种，也叫磨碎碳纤维，它是将高强度高模量碳纤维长丝经特殊技术表面处理、研磨、纤维甄别、筛选、高温烘干后而得到的等长圆柱形微粒，其具有碳纤维的多种优良性能，如形状细小、比表面积大、结合能力强等，越来越多地作为添加剂应用在复合材料当中。
对于金刚石触媒粉的研究由来已久，也常有在触媒粉主料的基础上添加微量元素来提高金刚石的质量（粒度峰值占比45/50）与产量，却鲜少有人研究碳纤维粉金刚石用触媒粉。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：就是针对现有技术中存在的不足、提供一种用于合成金刚石过程中，能够使石墨粉混合均匀性好、合成的金刚石质量好、产量高的金刚石触媒粉—一种含碳纤维粉的触媒粉，还提供这种触媒粉的制造方法。
本发明所采用的技术方案为： 一种含碳纤维粉的触媒粉，包括触媒粉主料，所属的触媒粉主料又包括FexNiyCoz金属粉末， 其特征是：它还添加有碳纤维粉末，触媒粉主料和碳纤维重量比98～99.5:0.5～2。
较好的，所述的触媒粉主料和碳纤维重量比99:1。
较好的，所述的碳纤维粉末直径为7μm，长度为4μm ～50μm。
较好的，所述的触媒粉主料的直径为2μm～75μm。
一种含碳纤维粉的触媒粉的制造方法，包括以下步骤：
a.按重量比取触媒粉主料和碳纤维粉末98～99.5:0.5～2；
b.将上述的触媒粉主料和碳纤维粉末通过油温混料机在105℃混合烘干后，冷却得到。
较好的，所述的触媒粉主料和碳纤维粉末按重量比是99:1。
较好的，所述的碳纤维粉末直径为7μm，长度为4μm ～50μm，所述的触媒粉主料的直径为2μm～75μm。
本发明的有益效果是：
本发明的金刚石合成触媒粉，发挥了碳纤维粉末的热膨胀系数小与石墨粉相互溶解性好的特性，所制备触媒粉材料微观组织均匀，与不加碳纤维粉粉末的金刚石合成触媒粉对比具有与石墨粉相容性好、分散性好的优点，能够提高金刚石质量、提高合成的产量；
所述的触媒粉主料和碳纤维粉末重量比99:1，所述的碳纤维粉末直径为7μm，长度为4μm ～50μm，所述的触媒粉主料的直径为2μm～75μm，具有更好的效果。
这样的制造方法可以制造出上述优点的金刚石触媒粉。
具体实施方式
金刚石触媒粉主料简介：现有技术中，合成金刚石所使用的触媒粉就是触媒粉主料，触媒粉主料是由含（Fe、Ni、Co）元素的金属材料经过一系列物理形状和化学组织性能变化，通过一系列工艺制造方法制成的金属粉末，化学名称主要是FexNiyCoz金属粉末。
金刚石合成简介：合成金刚石是用金刚石触媒粉与石墨粉混合均匀后经压制等工艺合成的，在合成设备上，可以使用不同的、与石墨粉混合均匀性不一样的金刚石触媒粉来调节合成金刚石效果，合成的金刚石在粒度峰值占比45/50时占比越大、块产越高，对合成金刚石效果越好。
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，
实施例1 ：
取触媒粉主料100克，所述的触媒粉主料是FexNiyCoz合金粉末（下同），通过油温混料机在105℃混合烘干后，冷却得到合成金刚石用第一触媒粉。
实施例2 ：
取触媒粉主料99.5克和0.5克的碳纤维粉末，其中碳纤维粉末直径为7μm，长度为4μm ～50μm，通过油温混料机在105℃混合烘干后，冷却得到合成金刚石用第二触媒粉。
实施例3 ：
取触媒粉主料99克和1克的碳纤维粉末，其中碳纤维粉末直径为7μm，长度为1μm～75μm，通过油温混料机在105℃混合烘干后，冷却得到合成金刚石用第三触媒粉。
实施例4：
取触媒粉主料98克和2克的碳纤维粉末，其中碳纤维粉末直径为7μm，长度为1μm～50μm，通过油温混料机在105℃混合烘干后，冷却得到合成金刚石用第四触媒粉。
实施例5 ：
取触媒粉主料99克和1克的碳纤维粉末，其中碳纤维粉末直径为6μm，长度为3μm ～30μm，触媒粉主料的颗粒直径为1μm～60μm，通过油温混料机在105℃混合烘干后，冷却得到合成金刚石用第五触媒粉。
实施例6：
取触媒粉主料99克和1克的碳纤维粉末，其中碳纤维粉末直径为7μm，长度为4μm ～50μm，触媒粉主料的粉末颗粒直径为2μm～75μm，通过油温混料机在105℃混合烘干后，冷却得到合成金刚石用第六触媒粉。
实施例7 ：
取触媒粉主料99克和1克的碳纤维粉末，其中碳纤维粉末直径为10μm，长度为8μm ～70μm，触媒粉主料的粉末颗粒直径为3μm～90μm，通过油温混料机在105℃混合烘干后，冷却得到合成金刚石用第七触媒粉。
下表1为各实施例所得到的各触媒粉的物理性能和用以制造金刚石的金刚石粒度峰值产量、粒度峰值占比、块产等指标，比较各项性能数据可以看出，添加碳纤维粉末的金刚石触媒粉比不加入碳纤维粉末的触媒粉效果良好，并且在触媒粉主料和碳纤维重量比98～99.5:0.5～2是可行的；其中，所述的触媒粉主料和碳纤维重量比99:1具有更好的效果。而且，所述的碳纤维粉末直径为7μm、长度为4μm ～50μm，所述的触媒粉主料的直径为2μm～75μm，效果最好。
表1
注 ：粒度分布D50为粉末样品在BT-7300Z激光粒度测试仪上测得，测试条件为：25℃、湿度38%、纯净水介质、镍为工作标样、时间3min;金刚石粒度峰值、块产为合成金刚石用的组成合成块在国产六面顶UDS-750压机用BLM3014工艺、￠39合成腔体上合成后测试每块合成块生长的金刚石粒度和产量（ct），抽样数为4块，取平均值。
实施例二—实施例七中，制成的触媒粉，用于制备金刚石，金刚石显微镜观察颜色均一、没有分层；而实施例一中不含碳纤维的触媒粉与石墨粉混合后，用显微镜观察有不同颜色、呈点状分布，对比混合效果，添加碳纤维的触媒粉与石墨粉相容性好、分散性好。
本发明的金刚石合成触媒粉拉伸断裂面的扫描电镜照片显示，碳纤维粉在触媒粉FexNiyCoz中分散均匀，结合紧密，合成材料间空隙丰富，达到互溶，有利于与石墨粉混合均匀，有利于合成金刚石和质量的提高。
经实验数据证明本发明的金刚石触媒粉与石墨粉混合均匀性好、合成的金刚石质量好、产量高，达到了通过在触媒粉主体的基础上添加微量碳纤维粉来提高金刚石的45/50粒度比与块产的效果，解决了因密度不同触媒粉和石墨粉混合均匀度受限的问题。
本发明选用的触媒粉主料为水雾化制造的FexNiyCoz合金粉末，市场上大量供应的其它不同种方法制造的各种金属粉末包括如FexNiyRz等三元、多元合金粉末，同样可以替换，也能达到相同效果。
本发明选用的碳纤维粉，碳纤维丝状明显，分布均匀，长短相间，直径约为7μm，长度为4μm ～50μm，市场上供应的碳纤维粉与此类似的，同样可以替换，也能达到相同效果。
本发明涉及的合成金刚石的生产工艺和性能测试，本领域的专业技术人员都熟悉，不再做一一阐述。
含碳纤维粉的触媒粉除具有碳向金刚石转变的催化、媒介作用，还具有碳纤维的相容性好、分散性好等一系列优异性能，这种新型复合材料可以作为高效率的金刚合成用催化剂，可在金刚石等超硬材料制造领域发挥用武之地，其性能超过目前使用的其他触媒材料。
本发明所列举的事例都能实现本发明，各原料的上下限取值以及其区间值也都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
Claims (8)
1.一种含碳纤维粉的触媒粉，包括触媒粉主料，所属的触媒粉主料又包括FexNiyCoz金属粉末， 其特征是：它还添加有碳纤维粉末，触媒粉主料和碳纤维粉末重量比98～99.5:0.5～2。
2.根据权利要求1所述的触媒粉，其特征是：所述的触媒粉主料和碳纤维粉末重量比99:1。
3.根据权利要求1或2所述的触媒粉，其特征是：所述的碳纤维粉末直径为7μm，长度为4μm ～50μm。
4.根据权利要求1或2所述的触媒粉，其特征是：所述的触媒粉主料的直径为2μm～75μm。
5.根据权利要求3所述的触媒粉，其特征是：所述的触媒粉主料的直径为2μm～75μm。
6. 一种含碳纤维粉的触媒粉的制造方法，包括以下步骤：
a.按重量比取触媒粉主料和碳纤维粉末98～99.5:0.5～2；
b.将上述的触媒粉主料和碳纤维通过油温混料机在105℃混合烘干后，冷却得到。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征是：所述的按重量比取触媒粉主料和碳纤维粉末99:1。
8.根据权利要求6或7所述的制造方法，其特征是：所述的碳纤维粉末直径为7μm，长度为4μm ～50μm，所述的触媒粉主料的直径为2μm～75μm。
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