CN106270484B - 一种人造金刚石合成用石墨芯柱的制备方法 - Google Patents

一种人造金刚石合成用石墨芯柱的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106270484B
CN106270484B CN201610683684.9A CN201610683684A CN106270484B CN 106270484 B CN106270484 B CN 106270484B CN 201610683684 A CN201610683684 A CN 201610683684A CN 106270484 B CN106270484 B CN 106270484B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cementite
graphite
powder
preparation
diamond
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
CN201610683684.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106270484A (zh
Inventor
刘乾坤
张亚东
赵鑫
何文江
邢志华
刘鑫
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 CN201610683684.9A priority Critical patent/CN106270484B/zh
Publication of CN106270484A publication Critical patent/CN106270484A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106270484B publication Critical patent/CN106270484B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B22F1/0003
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/02Compacting only
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/1003Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
    • B22F3/1007Atmosphere
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24After-treatment of workpieces or articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/241Chemical after-treatment on the surface

Abstract

本发明公开了一种人造金刚石合成用石墨芯柱的制备方法,其特征为:首先制备渗碳体,然后再将所制备的渗碳体植入石墨合金触媒粉中制得石墨芯柱。通过植入渗碳体到粉末触媒芯柱中,在高温高压条件下渗碳体内部优先结晶成核,同时共溶共渗的外部环境中,由于密度势及化学势的存在,会使碳原子与金属触媒向渗碳体周围富集,保证了渗碳体内部金刚石晶体生长连续性;另外通过控制渗碳体植入的比例可以实现对金刚石结晶成核的控制,进而实现对粒度的控制,达到金刚石生长可控性的目的。该方法避免了种晶法出现的金刚石碳化以及排杂问题,同时在渗碳体制备中使用优质触媒合金,可以相应降低石墨触媒粉体中贵金属的含量节约生产成本。

Description

一种人造金刚石合成用石墨芯柱的制备方法
技术领域
本发明涉及超硬材料合成生产技术领域,特别涉及一种人造金刚石合成用石墨芯柱的制备方法。
背景技术
粉末触媒技术是合成超硬材料用石墨芯柱的主要方法,而工业化生长金刚石晶体的本质是高温高压下在铁镍碳熔体即渗碳体中的生长,因此渗碳体是生长金刚石的先决条件。然而金刚石的合成生产过程中,在触媒石墨共溶共渗阶段,由于渗碳体形成先后的无序性与不可控性,导致金刚石成核生长的偶然性与无目的性。
种晶法生长通过植入特定晶型和粒度的金刚石虽然实现了对金刚石生长的可控性,但是种晶植入金刚石成本相对较高,而且由于金刚石种晶存在高温情况下氧化、碳化问题,以及金刚石晶种界面与铁镍碳熔体未形成时的界面接触导致生长的不连续性,可能致使晶体长大过程中出现排杂问题,进而导致包裹体或内部杂质的产生,影响合成效果与晶体质量,不利于产品的推广应用。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明目的是提供一种工艺简单、成本低,结晶成核及粒度、产量可控,并且金刚石长连续性好、排杂充分、内部杂质少的人造金刚石合成用石墨芯柱的制备方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:一种人造金刚石合成用石墨芯柱的制备方法,其特征为:首先制备渗碳体,然后再将所制备的渗碳体植入石墨合金触媒粉中制得石墨芯柱,所述渗碳体的制备为采用FeNiCoSi合金粉与人造多晶石墨碳源在高温高压下使碳原子以集团形式进入合金形成渗碳体。
所述合金粉中FeNiCoSi的比例为10-15﹕4-7﹕1-2﹕1-2,所述高温高压为1480-1550K的温度与4-6GPa的压力。
所述合金粉中FeNiCoSi的比例为12﹕6﹕1﹕1,所述高温高压为1490K的温度与5.5GPa的压力。
所述渗碳体通过真空气雾法造粒,以渗碳体微粒的状态在惰性气体气氛中与石墨合金触媒粉混合。
所述石墨合金触媒粉为高纯石墨粉与铁镍触媒粉,其中铁镍触媒粉占比为8-14%。
所述铁镍触媒粉中铁镍比例为7﹕3。
本发明相对于传统的种晶法,渗碳体芯柱制备成本更低,通过植入渗碳体到粉末触媒芯柱中,在高温高压条件下渗碳体内部优先结晶成核,同时共溶共渗的外部环境中,由于密度势及化学势的存在,会使碳原子与金属触媒向渗碳体周围富集,保证了渗碳体内部金刚石晶体生长连续性;另外通过控制渗碳体植入的比例可以实现对金刚石结晶成核的控制,进而实现对粒度的控制,达到金刚石生长可控性的目的。该方法避免了种晶法出现的金刚石碳化以及排杂问题,同时在渗碳体制备中使用优质触媒合金,可以相应降低石墨触媒粉体中贵金属的含量节约生产成本。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步地说明:
图1是本发明实施例的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
实施例一
参看图1所示:一种人造金刚石合成用石墨芯柱的制备方法,首先制备渗碳体,然后再将所制备的渗碳体植入石墨合金触媒粉中制得石墨芯柱。
具体的,
步骤1:高温高压制备渗碳体,碳源用人造多晶石墨,采用Fe60Ni30Co5Si5wt%的合金粉,在1490K的温度与压力5.5GPa的条件下实现碳原子以集团形式进入合金形成完全渗碳体;
步骤2:将步骤1所得完全渗碳体通过真空气雾法造粒,得渗碳体微粒;
步骤3:在惰性气体气氛中将步骤2所得渗碳体微粒与石墨合金触媒粉进行混合,石墨合金触媒粉为铁镍触媒粉占比为8%的高纯石墨粉,铁镍触媒粉为Fe70Ni30;
高纯石墨粉及低比例的铁70镍30触媒粉进行混合;
步骤4:将混合后的粉体压制成型,在600℃的真空环境中烧结2h后,在氢气气氛中进行还原处理,即得本申请的人造金刚石合成用石墨芯柱。
在渗碳体制备中优先使用优质的Fe60Ni30Co5Si5wt%的合金粉,有效降低石墨触媒粉体中贵金属触媒的含量,使石墨触媒粉体中铁镍触媒粉的含量比例得以极大降低,从而有效实现在金刚石结晶成核的过程中,渗碳体内部晶体的优先生长,从而有效保证合成金刚石质量品质,并降低生产成本。
实施例二
一种人造金刚石合成用石墨芯柱的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:高温高压制备渗碳体,碳源用人造多晶石墨,采用Fe63Ni25Co6Si6wt%的合金粉,在1480K的温度与压力6GPa的条件下实现碳原子以集团形式进入合金形成完全渗碳体;
步骤2:将步骤1所得完全渗碳体通过真空气雾法造粒,得渗碳体微粒;
步骤3:在惰性气体气氛中将步骤2所得渗碳体微粒与石墨合金触媒粉进行混合,石墨合金触媒粉为铁镍触媒粉占比为10%的高纯石墨粉,铁镍触媒粉为Fe70Ni30;
步骤4:将混合后的粉体压制成型,在800℃的真空环境中烧结2h后,在氢气气氛中进行还原处理,即得本申请的人造金刚石合成用石墨芯柱。
实施例三
一种人造金刚石合成用石墨芯柱的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:高温高压制备渗碳体,碳源用人造多晶石墨,采用Fe58Ni27Co8Si7wt%的合金粉,在1550K的温度与压力4GPa的条件下实现碳原子以集团形式进入合金形成完全渗碳体;
步骤2:将步骤1所得完全渗碳体通过真空气雾法造粒,得渗碳体微粒;
步骤3:在惰性气体气氛中将步骤2所得渗碳体微粒与石墨合金触媒粉进行混合,石墨合金触媒粉为铁镍触媒粉占比为14%的高纯石墨粉,铁镍触媒粉为Fe70Ni30;
步骤4:将混合后的粉体压制成型,在700℃的真空环境中烧结2h后,在氢气气氛中进行还原处理,即得本申请的人造金刚石合成用石墨芯柱。
申请人通过试制样品,经检测,晶体质量显著提高,无包裹体且内部杂质现象极少,金刚石结晶成核粒度和产量,通过控制渗碳体植入的比例,实现有效控制。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例,对于本领域的技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,能够以其他的具体工艺参数实现发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明保护范围内。本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (8)

1.一种人造金刚石合成用石墨芯柱的制备方法,其特征为:首先制备渗碳体,所述渗碳体采用FeNiCoSi合金粉与人造多晶石墨碳源在高温高压下使碳原子以集团形式进入合金形成,所述高温高压为1480-1550K的温度与4-6GPa的压力,然后再将所制备的渗碳体与石墨合金触媒粉进行混合并依次进行压制成型、真空烧结和氢气气氛还原处理,即可将渗碳体植入石墨合金触媒粉中制得石墨芯柱。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述合金粉中FeNiCoSi的比例为(10-15)﹕(4-7)﹕(1-2)﹕(1-2)。
3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述合金粉中FeNiCoSi的比例为12﹕6﹕1﹕1,所述高温高压为1490K的温度与5.5GPa的压力。
4.如权利要求1或2或3所述的制备方法,其特征在于:所述渗碳体通过真空气雾法造粒,以渗碳体微粒的状态在惰性气体气氛中与石墨合金触媒粉混合。
5.如权利要求1或2或3所述的制备方法,其特征在于:所述石墨合金触媒粉为高纯石墨粉与铁镍触媒粉,其中铁镍触媒粉占比为8-14%。
6.如权利要求5所述的制备方法,其特征在于:所述铁镍触媒粉中铁镍比例为7﹕3。
7.如权利要求4所述的制备方法,其特征在于:所述石墨合金触媒粉为高纯石墨粉与铁镍触媒粉。
8.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于:所述铁镍触媒粉中铁镍比例为7﹕3。
CN201610683684.9A 2016-08-18 2016-08-18 一种人造金刚石合成用石墨芯柱的制备方法 Active CN106270484B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610683684.9A CN106270484B (zh) 2016-08-18 2016-08-18 一种人造金刚石合成用石墨芯柱的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610683684.9A CN106270484B (zh) 2016-08-18 2016-08-18 一种人造金刚石合成用石墨芯柱的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106270484A CN106270484A (zh) 2017-01-04
CN106270484B true CN106270484B (zh) 2019-01-15

Family

ID=57679825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610683684.9A Active CN106270484B (zh) 2016-08-18 2016-08-18 一种人造金刚石合成用石墨芯柱的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106270484B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109966992B (zh) * 2017-12-27 2021-08-27 北京康普锡威科技有限公司 一种制备人造金刚石合成柱的方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5891100A (ja) * 1981-11-25 1983-05-30 Natl Inst For Res In Inorg Mater ダイヤモンドの合成法
CN1092481A (zh) * 1993-03-16 1994-09-21 黄河金刚石有限公司 人造金刚石的生产工艺
CN1686611A (zh) * 2005-02-25 2005-10-26 江苏工业学院 一种含氧化物的合成金刚石用粉末触媒
CN1903429A (zh) * 2005-07-25 2007-01-31 北京有色金属研究总院 一种低成本合成高强优质金刚石用粉末触媒
CN101024156A (zh) * 2007-01-16 2007-08-29 山东大学 一种渗碳体型金刚石催化剂及其制备方法
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
CN104071781A (zh) * 2014-06-27 2014-10-01 中南钻石有限公司 一种石墨芯柱材料及其制备方法
CN204768584U (zh) * 2015-07-17 2015-11-18 中南钻石有限公司 新型人造金刚石石墨复合芯柱

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5891100A (ja) * 1981-11-25 1983-05-30 Natl Inst For Res In Inorg Mater ダイヤモンドの合成法
CN1092481A (zh) * 1993-03-16 1994-09-21 黄河金刚石有限公司 人造金刚石的生产工艺
CN1686611A (zh) * 2005-02-25 2005-10-26 江苏工业学院 一种含氧化物的合成金刚石用粉末触媒
CN1903429A (zh) * 2005-07-25 2007-01-31 北京有色金属研究总院 一种低成本合成高强优质金刚石用粉末触媒
CN101024156A (zh) * 2007-01-16 2007-08-29 山东大学 一种渗碳体型金刚石催化剂及其制备方法
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
CN104071781A (zh) * 2014-06-27 2014-10-01 中南钻石有限公司 一种石墨芯柱材料及其制备方法
CN204768584U (zh) * 2015-07-17 2015-11-18 中南钻石有限公司 新型人造金刚石石墨复合芯柱

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《粉末法合成人造金刚石技术的研究与应用》;周连科;《人工晶体学报》;20080215;第37卷(第1期);第109-113页

Also Published As

Publication number Publication date
CN106270484A (zh) 2017-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109252081A (zh) 一种高熵合金粘结相超细碳化钨硬质合金及其制备方法
US7939173B2 (en) Polycrystalline silicon rod for zone reflecting and a process for the production thereof
CN107758666B (zh) 一种(Ti, M)C纳米固溶体粉末及其制备方法
WO2012157293A1 (ja) 炭化珪素粉末および炭化珪素粉末の製造方法
CN110436934B (zh) 一种高α相氮化硅粉体、超长氮化硅纳米线的制备方法
CN106848274B (zh) 一种纳米铁硒化合物的制备方法及钠离子电池
CN113089087B (zh) 一种提高碳化硅晶体质量的方法
CN110496969B (zh) 纳米钨粉及其制备方法
CN109079151B (zh) 一种高温液相还原氧化钨制备超粗钨粉的方法
CN106270484B (zh) 一种人造金刚石合成用石墨芯柱的制备方法
US8003021B2 (en) Synthesis of Pb alloy and core/shell nanowires
CN100467373C (zh) 一种制备超长SiC纳米纤维的方法
CN102251130B (zh) 一种超细晶粒硬质合金的制备方法
JP2013060348A (ja) ルツボおよびそれを用いたサファイア単結晶の製造方法
CN109778046B (zh) 一种低成本高性能混晶结构WC-Co硬质合金的制备方法
CN110804682A (zh) 含钛高炉渣中钛元素的选择性富集长大分离方法
Tang et al. Sculpting nanocavities via thermal stimulated Kirkendall effect oxidation
CN111620374B (zh) 一种长径比大的棒状紫钨制备方法
CN108907219A (zh) 一种低氧小粒度钼粉的生产方法
CN115974591A (zh) 一种碳化硅石墨复合坩埚及其制备方法与应用
CN102225763B (zh) 碳化钒粉体的制备方法
KR20150095316A (ko) 탄화규소 분말 제조 방법
CN113355743A (zh) 一种对碳化硅晶体生长后的剩余烧结原料的再利用方法
CN1526488A (zh) 一种性能呈梯度变化的硬质合金拉丝模具的生产方法
CN113308732A (zh) 一种碳化硅单晶的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant