CN106582449A - 多晶金刚石及其制备方法和用途 - Google Patents
多晶金刚石及其制备方法和用途 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106582449A CN106582449A CN201611269637.6A CN201611269637A CN106582449A CN 106582449 A CN106582449 A CN 106582449A CN 201611269637 A CN201611269637 A CN 201611269637A CN 106582449 A CN106582449 A CN 106582449A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- polycrystalline diamond
- pressurize
- temperature
- pressure
- seconds
- 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.)
- Granted
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
- B01J3/06—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
- B01J3/062—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies characterised by the composition of the materials to be processed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
- B01J2203/06—High pressure synthesis
- B01J2203/0605—Composition of the material to be processed
- B01J2203/061—Graphite
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
- B01J2203/06—High pressure synthesis
- B01J2203/0605—Composition of the material to be processed
- B01J2203/0645—Boronitrides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供了一种多晶金刚石及其制备方法和用途，涉及金刚石的生产加工领域，该多晶金刚石所述多晶金刚石包括有层状金刚石，以解决现有技术中多晶金刚石打磨刃口少的问题，该金刚石具有打磨效率更高、使用寿命更长的优点。
Description
技术领域
本发明涉及金刚石的生产加工技术领域，尤其是涉及一种多晶金刚石及其制备方法和用途。
背景技术
金刚石是一种由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质，可分为单击金刚石和多晶金刚石。单晶金刚石生产企业中，以中南钻石和黄河旋风两家公司为代表，其生成的金刚石主要用于石材和建筑行业，中国生产量占到全球90％以上。
单晶金刚石晶体表面光滑把持力差，容易脱落，不够锋利。多晶金刚石，表面凹凸不平，把持力好，适合做树脂结合剂砂轮，内部是单晶体块状结构。多晶金刚石的研磨效率是单晶金刚石的3倍以上，研磨表面的划痕、微裂纹少，光洁度高，在电子、航天、航空等高技术领域都有广泛的应用。用爆炸法生成的多晶金刚石是一种新型研磨材料，在蓝宝石研磨加工等方面有其它材料不可替代的优点。但是用爆炸法生产的多晶金刚石，其结构为不规则的粒状结构，表面凹凸不平，打磨刃口较少，打磨效率低及寿命较短。
另外，就生产方法而言，国内静压法生产金刚石，基本上以单晶金刚石为主，现有多晶金刚石,是通过瞬间爆炸所产生的高温高压来实现石墨向金刚石的转变。而采用爆炸法生产的多晶金刚石有以下几点问题：1)粒度偏细，在20微米以下，只能用于抛光，使用范围窄；2)爆炸法生产的多晶金刚石，粒度细不容易处理干净，杂质含量高；3)爆炸法生产涉及到炸药安全和炸药管控等问题，不适于大规模生产。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种多晶金刚石，以解决现有技术中多晶金刚石打磨刃口少的问题，该金刚石具有打磨效率更高、使用寿命更长的优点。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种多晶金刚石，所述多晶金刚石包括有层状金刚石。
进一步的，当在任意方向观察多晶金刚石的表面形貌时，层状金刚石所占的面积占整个观察视野中多晶金刚石表面积的92％以上。
进一步的，当在任意方向观察多晶金刚石的表面形貌时，层状金刚石所占的面积占整个观察视野中多晶金刚石表面积的100％。
进一步的，所述多晶金刚石的粒径尺寸在20-1000微米之间。
本发明的第二目的在于提供一种多晶金刚石，该金刚石采用独特的配方加工而成，通过控制配方和工艺，能够生长出上述层状结构的多晶金刚石。
进一步的，上述多晶金刚石，主要由以下重量百分数的原料制备而成：触媒和石墨98％-99.97％、羟基铜粉0.01％-0.5％、硅粉0.01％-0.5％和六方碳化硼0.01％-1％；
所述触媒和石墨的重量比为1:(1-20)。
进一步的，上述多晶金刚石主要由以下重量百分数的原料制备而成：触媒和石墨98.3％-99.86％、羟基铜粉0.02％-0.4％、硅粉0.02％-0.4％和六方碳化硼0.2％-0.9％；
所述触媒和石墨的重量比为1:(5-20)。
本发明的第三目的在于提供一种多晶金刚石的制备方法，该方法采用静压法制备多晶金刚石，以解决现有技术中用爆炸法制备带来的粒径范围窄、杂质含量高且生成过程较危险的问题。
上述多晶金刚石的制备方法，该方法采用静压法，将样品原料置于压机设备中加压升温进行合成处理，以得到所述多晶金刚石。
进一步的，上述制备方法是将触媒、石墨、羟基铜粉、硅粉和六方碳化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块放置于六面顶压机中，对六面顶压机加压和升温进行合成处理，六面顶压机加压压力为85-95MPa，温度为1400-1800℃。
进一步的，上述多晶金刚石的制备方法，包括以下步骤：
1)将触媒、石墨、羟基铜粉、硅粉和六方碳化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块；
2)将合成块放入六面顶压机高压腔内，先以3-30秒快速加压至10-10.5MPa，再缓慢升压至55-65MPa，进行保压；当压力增至35-40MPa时，开始加热，温度从室温升至1600-1800℃进行保温；
3)步骤2)中在55-65MPa下保压结束后快速升压至70-80MPa进行保压；
4)步骤3)中在70-80MPa下保压结束后，温度从1600-1800℃降至1400-1500℃，保持不变；
5)温度降至1400-1500℃后，压力继续增压至85-95MPa时保压；
6)步骤5)中的保压结束后开始降温，温度降至室温时再开始泄压。
进一步的，所述步骤2)中，先经过5-10秒加压至10-10.5MPa，再以0.1-1MPa/s的加压速率加压至55-65MPa，保压1-8min；当压力加压至35-40MPa时，开始加温，温度从室温经15-20秒升温至1600-1800℃进行保温；
优选地，所述步骤3)中，保压结束后经15-20秒增压至70-80MPa，保压1-3min；
优选地，所述步骤4)中，保压结束后温度经过5-10秒从1600-1800℃降至1400-1500℃，保持不变；
优选地，所述步骤5)中，温度降至1400-1500℃后，腔内压力以1-1.5MPa/s的速度继续增压至85-95MPa时保压10-40min时间；
优选地，所述步骤6)中的降温方式采用阶梯式降温的方式，温度每降200-400℃，保温5-10秒；
优选地，所述步骤6)中泄压时的泄压速率为0.1-1MPa/s。
优选地，上述多晶金刚石的制备方法，包括以下步骤：
1)将触媒、石墨、羟基铜粉、硅粉和六方碳化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块；
2)将合成块放入六面顶压机高压腔内，加压，先经过5-10秒加压至10-10.5MPa，再以0.1-1MPa/s的加压速率加压至55-65MPa，保压1-8min；当压力加压至35-40MPa时，开始加温，温度从室温经15-20秒升温至1600-1800℃进行保温；
3)55-65MPa下保压1-8min后经过15-20秒增压至70-80MPa，保压1-3min；
4)保压结束后温度经过5-10秒从1600-1800℃降至1400-1500℃，保持不变；
5)温度降至1400-1500℃后，腔内压力以0.01-1MPa/s的速度继续增压至85-95MPa时保压10-40min时间；
6)保压结束后开始降温，温度降至室温时再开始泄压；
所述降温方式采用阶梯式降温的方式，温度每降200-400℃，保温5-10秒；
所述泄压时的泄压速率为0.1-1MPa/s。
上述多晶金刚石用作结合剂模具的用途。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)该金刚石具有独特的层状结构，每片层状金刚石结构的边沿相当于磨削刃口，在做磨料时可提供多个刃口，对需要打磨的材料进行打磨。由于多个刃口同时进行打磨，因此可提高打磨效率，延长金刚石的使用寿命，同时可提高打磨面的光洁度和亮度。
另外，本发明中的多晶金刚石的磨削刃的最小尺寸在2微米左右，故其具有微米级切削刃，用于被研磨件表面进行颜面后，在颜面表面不致留下任何划痕，研磨表面具有无划痕、微裂纹少、和光洁度高的优点。同时，利用本方法制备的多晶金刚石具有极高的脆性，因此在磨削过程能够始终保持冷磨削状态。
2)用本发明提供的多晶金刚石的制备方法制备得到的多晶金刚石，是真正意义上的采用静压法合成的多晶金刚石，开辟了用六面顶压静压法合成多晶金刚石的新路径，填补了行业技术空白。
3)本发明的制备方法是基于高温高压情况下多晶金刚石快速生长后会在多晶金刚石的表面产生更多的缺陷，即产生更多的棱边，棱边较多棱角就多，棱角多意味着对于磨料而言磨削刃口就多，磨料时能提高整个金刚石的利用率。利用本发明提供的配方制备合成块，可有效降低生产工艺中的温度，并提高了成品率。
利用本发明提供的方法制备的多晶金刚石，整体外形轮廓为颗粒状，表面组成结构为层状结构，各向同性，非常适合做自由研磨。
4)本发明的多晶金刚石是通过六面顶压机静压，生产时利用所产生的高压和变压器直流加热产生的高温，实现石墨向金刚石转变。在生产过程中，可以根据合成时间长短和合成工艺，控制粒度粗细，从而扩大多晶金刚石的使用范围。
与爆炸法相比，本发明提供的方法具有以下优点：
a)采用静压法的合成成本比爆炸法低；
b)静压法生产的粒度在20—1000微米之间，粗粒度可以用于砂轮和石材行业，使用领域比较宽；
c)海绵状多晶金刚石，粒度粗可以采用物理机械、电解和化学综合方法，污染小，能得到高纯净的粗颗粒多微晶金刚石；进而，能得到高纯净多微晶金刚石微粉；
d)该方法更为安全，更适合大批量规模化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的多晶金刚石放大50倍的电镜图；
图2为本发明的多晶金刚石放大5000倍的电镜图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
如图1和图2所示，本发明的一方面提供了一种多晶金刚石，所述多晶金刚石包括有层状金刚石。图1所示为多晶金刚石颗粒放大50倍的电镜照片，不同层状金刚石堆积后整体呈“海绵状”，如图2所示，不同层状金刚石之间呈不规则的堆积排布。
当在任意方向观察多晶金刚石的表面形貌时，层状金刚石所占的面积占整个观察视野中多晶金刚石表面积的92％以上。
本发明中，层状结构典型但非限制性的所占比例为92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或100％。
在发明的一个优选实施方式中，当在任意方向观察多晶金刚石的表面形貌时，层状金刚石所占的面积占整个观察视野中多晶金刚石表面积的100％。
上述优选的实施方式中，多晶金刚石的粒径为20-1000微米。
本发明中，多晶金刚石典型但非限制性的粒径为20微米、40微米、60微米、80微米、100微米、120微米、140微米、160微米、180微米、200微米、220微米、240微米、260微米、280微米、300微米、350微米、400微米、450微米、500微米、550微米、600微米、650微米、700微米、750微米、800微米、850微米、900微米、950微米或1000微米。
作为本发明的一个优选实施方式，上述多晶金刚石，主要由以下重量百分数的原料制备而成：触媒和石墨98％-99.97％、羟基铜粉0.01％-0.5％、硅粉0.01％-0.5％和六方碳化硼0.01％-1％；所述触媒和石墨的重量比为1:(1-20)。
上述优选的实施方式中，触媒和石墨的总量典型但非限制性的含量例如为：98％、98.1％、98.2％、98.3％、98.4％、98.5％、98.6％、98.7％、98.8％、98.9％、99％、99.1％、99.2％、99.3％、99.4％、99.5％、99.6％、99.7％、98.8％、99.9％或99.97％。
其中，触媒和石墨典型但非限制性的重量比为：1:1、1:1、1:1、1:1、1:1、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19或1:20。
上述优选的实施方式中，羟基铜粉典型但非限制性的含量例如为：0.01％、0.02％、0.04％、0.06％、0.08％、0.10％、0.12％、0.14％、0.16％、0.18％、0.20％、0.22％、0.24％、0.26％、0.28％、0.30％、0.32％、0.34％、0.36％、0.38％、0.4％、0.42％、0.44％、0.46％、0.48％或0.5％。
上述优选的实施方式中，硅粉典型但非限制性的含量例如为：0.01％、0.02％、0.04％、0.06％、0.08％、0.10％、0.12％、0.14％、0.16％、0.18％、0.20％、0.22％、0.24％、0.26％、0.28％、0.30％、0.32％、0.34％、0.36％、0.38％、0.4％、0.42％、0.44％、0.46％、0.48％或0.5％。
上述优选的实施方式中，六方碳化硼典型但非限制性的含量例如为：0.01％、0.02％、0.04％、0.06％、0.08％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％或1％。
在本发明的一个优选实施方式中，上述多晶金刚石主要由以下重量百分数的原料制备而成：触媒和石墨98.3％-99.86％、羟基铜粉0.02％-0.4％、硅粉0.02％-0.4％和六方碳化硼0.1％-0.9％；
所述触媒和石墨的重量比为1:(5-20)。
通过优化各物质的配比，可使晶粒的生产更加均匀，晶粒中的层状结构更多。
本发明的另一个方面提供了一种上述多晶金刚石的制备方法，该方法采用静压法，将样品原料置于压机设备中加压升温进行合成处理，以得到所述多晶金刚石。
作为上述制备方法的一个优选的实施方式，将触媒、石墨、羟基铜粉、硅粉和六方碳化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块放置于六面顶压机中，对六面顶压机加压和升温进行合成处理，六面顶压机加压压力为85-95MPa，温度为1400-1800℃。
具体的，上述制备方法包括以下步骤：
1)将触媒、石墨、羟基铜粉、硅粉和六方碳化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块；
2)将合成块放入六面顶压机高压腔内，先以3-30秒快速加压至10-10.5MPa，再缓慢升压至55-65MPa，进行保压；当压力增至35-40MPa时，开始加热，温度从室温升至1600-1800℃进行保温；
3)步骤2)中在55-65MPa下保压结束后快速升压至70-80MPa进行保压；
4)步骤3)中在70-80MPa下保压结束后，温度从1600-1800℃降至1400-1500℃，保持不变；
5)温度降至1400-1500℃后，压力继续增压至85-95MPa时保压；
6)步骤5)中的保压结束后开始降温，温度降至室温时再开始泄压。
在本发明的一个优选实施方式中，上述步骤2)中，先经过5-10秒加压至10-10.5MPa，再以0.1-1MPa/s的加压速率加压至55-65MPa，保压1-8min；当压力加压至35-40MPa时，开始加温，温度从室温经15-20秒升温至1600-1800℃进行保温；
上述步骤3)中，保压结束后经15-20秒增压至70-80MPa，保压1-3min；
上述步骤4)中，保压结束后温度经过5-10秒从1600-1800℃降至1400-1500℃，保持不变；
上述步骤5)中，温度降至1400-1500℃后，腔内压力以1-1.5MPa/s的速度继续增压至85-95MPa时保压10-40min时间；
上述步骤6)中的降温方式采用阶梯式降温的方式，温度每降200-400℃，保温5-10秒；泄压时的泄压速率为0.1-1MPa/s。
本发明的一个具体的实施方式中，上述多晶金刚石的制备方法包括以下步骤：
1)将触媒、石墨、羟基铜粉、硅粉和六方碳化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块；
2)将合成块放入六面顶压机高压腔内，加压，先经过5-10秒加压至10-10.5MPa，再以0.1-1MPa/s的加压速率加压至55-65MPa，保压1-8min；当压力加压至35-40MPa时，开始加温，温度从室温经15-20秒升温至1600-1800℃进行保温；
3)55-65MPa下保压1-8min后经过15-20秒增压至70-80MPa，保压1-3min；
4)保压结束后温度经过5-10秒从1600-1800℃降至1400-1500℃，保持不变；
5)温度降至1400-1500℃后，腔内压力以0.01-1MPa/s的速度继续增压至85-95MPa时保压10-40min时间；
6)保压结束后开始降温，温度降至室温时再开始泄压；
所述降温方式采用阶梯式降温的方式，温度每降200-400℃，保温5-10秒；
所述泄压时的泄压速率为0.1-1MPa/s。
通过优化制备方法中的各步骤的工艺，可以使得制备的多晶金刚石颗粒的尺寸更加均匀一致。
上述制备方法中所述的压力均为六面顶压机的加压压力，顶锤的尺寸不同，作用于样品上的压力不同。本发明中采用的六面顶压机的型号为：LX-650，顶锤的尺寸范围为30*30mm2-60*60mm2。
本发明的第三方面提供了一种上述多晶金刚石用作结合剂模具的用途。
下面将结合实施例1-10和对比例1-7对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
一种多晶金刚石，主要由以下重量百分数的原料制备而成：触媒和石墨99.97％、羟基铜粉0.01％、硅粉0.01％和六方碳化硼0.01％；其中，触媒和石墨的重量比为1:20。
实施例2
本实施例中的多晶金刚石采用以下方法制备而成，具体步骤如下：
1)将实施例1中的触媒、石墨、羟基铜粉、硅粉和六方碳化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块；
2)将合成块放入六面顶压机高压腔内，加压，先经过5秒加压至10.5MPa，再以1MPa/s的加压速率加压至65MPa，保压1min；当压力加压至35MPa时，开始加温，温度从室温经15秒升温至1800℃进行保温；
3)65MPa下保压1min后经过15秒增压至80MPa，保压1min；
4)保压结束后温度经过5秒从1800℃降至1400℃，保持不变；
5)温度降至1400℃后，腔内压力以0.01MPa/s的速度继续增压至95MPa时保压10min时间；
6)保压结束后开始降温，温度降至室温时再开始泄压；
其中，降温方式采用阶梯式降温的方式，温度每降400℃，保温5秒；
泄压时的泄压速率为1MPa/s。
实施例3
一种多晶金刚石，主要由以下重量百分数的原料制备而成：触媒和石墨99.86％、羟基铜粉0.02％、硅粉0.02％和六方碳化硼0.1％；其中，触媒和石墨的重量比为1:15。
实施例4
本实施例中的多晶金刚石采用以下方法制备而成，具体步骤如下：
1)将实施例3中的触媒、石墨、羟基铜粉、硅粉和六方碳化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块；
2)将合成块放入六面顶压机高压腔内，加压，先经过6秒加压至10.3MPa，再以0.7MPa/s的加压速率加压至62MPa，保压3min；当压力加压至36MPa时，开始加温，温度从室温经17秒升温至1700℃进行保温；
3)62MPa下保压3min后经过17秒增压至73MPa，保压2min；
4)保压结束后温度经过6秒从1700℃降至1450℃，保持不变；
5)温度降至1450℃后，腔内压力以0.1MPa/s的速度继续增压至92MPa时保压15min时间；
6)保压结束后开始降温，温度降至室温时再开始泄压；
其中，降温方式采用阶梯式降温的方式，温度每降350℃，保温6秒；
泄压时的泄压速率为0.8MPa/s。
实施例5
一种多晶金刚石，主要由以下重量百分数的原料制备而成：触媒和石墨99.3％、羟基铜粉0.1％、硅粉0.1％和六方碳化硼0.5％；其中，触媒和石墨的重量比为1:10。
实施例6
本实施例中的多晶金刚石采用以下方法制备而成，具体步骤如下：
1)将实施例5中的触媒、石墨、羟基铜粉、硅粉和六方碳化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块；
2)将合成块放入六面顶压机高压腔内，加压，先经过8秒加压至10.3MPa，再以0.5MPa/s的加压速率加压至60MPa，保压5min；当压力加压至38MPa时，开始加温，温度从室温经18秒升温至1700℃进行保温；
3)60MPa下保压5min后经过17秒增压至75MPa，保压2min；
4)保压结束后温度经过7秒从1700℃降至1450℃，保持不变；
5)温度降至1450℃后，腔内压力以0.05MPa/s的速度继续增压至90MPa时保压25min时间；
6)保压结束后开始降温，温度降至室温时再开始泄压；
其中，降温方式采用阶梯式降温的方式，温度每降300℃，保温8秒；
泄压时的泄压速率为0.5MPa/s。
实施例7
一种多晶金刚石，主要由以下重量百分数的原料制备而成：触媒和石墨98.3％、羟基铜粉0.4％、硅粉0.4％和六方碳化硼0.9％；其中，触媒和石墨的重量比为1:5。
比例96％、100微米
实施例8
本实施例中的多晶金刚石采用以下方法制备而成，具体步骤如下：
1)将实施例7中的触媒、石墨、羟基铜粉、硅粉和六方碳化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块；
2)将合成块放入六面顶压机高压腔内，加压，先经过8秒加压至10.2MPa，再以0.3MPa/s的加压速率加压至55MPa，保压6min；当压力加压至38MPa时，开始加温，温度从室温经18秒升温至1650℃进行保温；
3)55-65MPa下保压6min后经过20秒增压至73MPa，保压2min；
4)保压结束后温度经过8秒从1650℃降至1400℃，保持不变；
5)温度降至1400℃后，腔内压力以0.8MPa/s的速度继续增压至93MPa时保压30min时间；
6)保压结束后开始降温，温度降至室温时再开始泄压；
其中，降温方式采用阶梯式降温的方式，温度每降250℃，保温8秒；
泄压时的泄压速率为0.8MPa/s。
实施例9
一种多晶金刚石，主要由以下重量百分数的原料制备而成：触媒和石墨98％、羟基铜粉0.5％、硅粉0.5％和六方碳化硼1％；其中，触媒和石墨的重量比为1:1。
实施例10
本实施例中的多晶金刚石采用以下方法制备而成，具体步骤如下：
1)将实施例9中的触媒、石墨、羟基铜粉、硅粉和六方碳化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块；
2)将合成块放入六面顶压机高压腔内，加压，先经过10秒加压至10MPa，再以0.1MPa/s的加压速率加压至55MPa，保压8min；当压力加压至40MPa时，开始加温，温度从室温经20秒升温至1600℃进行保温；
3)65MPa下保压8min后经过20秒增压至70MPa，保压3min；
4)保压结束后温度经过10秒从1600℃降至1400℃，保持不变；
5)温度降至1400℃后，腔内压力以0.1MPa/s的速度继续增压至85MPa时保压40min时间；
6)保压结束后开始降温，温度降至室温时再开始泄压；
其中，降温方式采用阶梯式降温的方式，温度每降200℃，保温10秒；
所述泄压时的泄压速率为0.1MPa/s。
对比例1
一种多晶金刚石，主要由以下重量百分数的原料制备而成：触媒和石墨96％、羟基铜粉1％、硅粉1％和六方碳化硼2％；其中，触媒和石墨的重量比为1:30。
对比例2
本实施例中的多晶金刚石采用以下方法制备而成，具体步骤如下：
1)将对比例1中的触媒、石墨、羟基铜粉、硅粉和六方碳化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块；
2)将合成块放入六面顶压机高压腔内，加压，先经过20秒加压至8MPa，再以2MPa/s的加压速率加压至80MPa，保压10min；当压力加压至50MPa时，开始加温，温度从室温经30秒升温至1500℃进行保温；
3)80MPa下保压10min后经过30秒增压至100MPa，保压5min；
4)保压结束后温度经过20秒从1500℃降至1300℃，保持不变；
5)温度降至1300℃后，腔内压力以1MPa/s的速度继续增压至80MPa时保压10min时间；
6)保压结束后开始降温，温度降至室温时再开始泄压；
其中，降温方式采用阶梯式降温的方式，温度每降500℃，保温20秒；
泄压时的泄压速率为2MPa/s。
对比例3
一种多晶金刚石，主要由以下重量百分数的原料制备而成：触媒和石墨97.99％、羟基铜粉0.01％、硅粉1％和六方碳化硼1％；其中，触媒和石墨的重量比为1：21。
对比例4
本实施例中的多晶金刚石采用以下方法制备而成，具体步骤如下：
1)将对比例3中的触媒、石墨、羟基铜粉、硅粉和六方碳化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块；
2)将合成块放入六面顶压机高压腔内，加压，先经过15秒加压至12MPa，再以1.2MPa/s的加压速率加压至70MPa，保压10min；当压力加压至25MPa时，开始加温，温度从室温经30秒升温至1850℃进行保温；
3)70MPa下保压10min后经过30秒增压至85MPa，保压5min；
4)保压结束后温度经过12秒从1850℃降至1600℃，保持不变；
5)温度降至1600℃后，腔内压力以1MPa/s的速度继续增压至100MPa时保压40min时间；
6)保压结束后开始降温，温度降至室温时再开始泄压；
其中，降温方式采用阶梯式降温的方式，温度每降400℃，保温10秒；
泄压时的泄压速率为1MPa/s。
对比例5
一种多晶金刚石，主要由以下重量百分数的原料制备而成：触媒和石墨97.5％、羟基铜粉0.5％、硅粉1％和六方碳化硼1％；其中，触媒和石墨的重量比为1：0.9。
对比例6
本实施例中的多晶金刚石采用以下方法制备而成，具体步骤如下：
1)将对比例5中的触媒、石墨、羟基铜粉、硅粉和六方碳化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块；
2)将合成块放入六面顶压机高压腔内，加压，先经过10秒加压至10.5MPa，再以0.1MPa/s的加压速率加压至65MPa，保压10min；当压力加压至40MPa时，开始加温，温度从室温经25秒升温至1550℃进行保温；
3)65MPa下保压10min后经过20秒增压至85MPa，保压3min；
4)保压结束后温度经过10秒从1550℃降至1350℃，保持不变；
5)温度降至1350℃后，腔内压力以0.1MPa/s的速度继续增压至95MPa时保压40min时间；
6)保压结束后开始降温，温度降至室温时再开始泄压；
其中，降温方式采用阶梯式降温的方式，温度每降200℃，保温10秒；
泄压时的泄压速率为1MPa/s。
对比例7
中南钻石用爆炸法生产的多晶金刚石
下面将对实施例1-10和对比例1-7中的多晶金刚石的颗粒检验测试。分别取实施例2、4、6、8或10中的多晶金刚石颗粒和对比例2、4、6和7中的多晶金刚石颗粒进行测试，测试结构如表1所示。测试项目如下：
1)颗粒度：圆度好的微粉在抛光中应用有比较好的效果，因此要统计各实施例中的条状、块状或片状金刚石颗粒所占的比例，比例越低，金刚石在做磨料时磨削效果越好。从上述各实施例和对比例中各取500粒多晶金刚石微粒，在显微镜下观察统计。
2)粒度分布：用显微镜观察各实施例中的基本粒径范围。
3)粒径集中度：集中度越高说明多晶金刚石粒径的生产工艺的可控性越好。
4)粗颗粒比例：粗颗粒应该控制在国家标准规定的范围，粗颗粒容易引起划伤工件，越少越好。
5)层状结构所占比例：用显微镜观察各实施例和对比例中的多晶金刚石微粒的外表面相貌，测算层状结构所占颗粒表面积的比例。
表1各实施例的对比例的检测数据表
由表1可知，实施例2、4、6、8或10的多晶金刚石中圆形的颗粒所占的比例较高，条、块、片状颗粒所占比例较低，均在6％以下。因此，更有利进行打磨抛光。另外，实施例2、4、6、8或10的多晶金刚石中的粒径分布和粒径集中度较好，说明本发明提供的制备方法对颗粒粒径的控制性更好。另外，层状结构所占比例中，对比例1和对比例7均无本发明所描述的层状结构，而对比例4和6中层压结构所占比例也低于50％，因此，利用本发明提供的配方和制备方法更容易得到上述结构的多晶金刚石结构。
另外，用电子显微镜进行观察测量可以得出，爆炸法生产的多晶金刚石最小晶粒在2微米左右，实施例1提供的多晶金刚石最小晶粒也在2微米左右，说明利用本发明提供的配方和制备方法可以生产出与利用爆炸法制备的相同的粒径的产品，具有爆炸法金刚石形貌的特点，从而打破了传统工艺中生产多晶金刚石只能用爆炸法生产的瓶颈。
通过实施例3-10与对比例7的比较可知，爆炸法生产的多晶金刚石的粒径尺寸小于20微米，而实施例3-10的金刚石的粒径可以在20-300微米之间，因此，利用本发明提供的配方和工艺，可以得到粒径更大的多晶金刚。其中，粒径粗大的多晶金刚石可以用传统球磨法生产多晶金刚石微粉，同时颗粒粗大也便于化学提纯处理，得到更高纯度的多晶金刚石微粉，从而使得多晶金刚石应用范围更加广泛。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
Claims (10)
1.一种多晶金刚石，其特征在于，所述多晶金刚石包括有层状金刚石。
2.根据权利要求1所述的多晶金刚石，其特征在于，当在任意方向观察多晶金刚石的表面形貌时，层状金刚石所占的面积占整个观察视野中多晶金刚石表面积的92％以上；
优选地，当在任意方向观察多晶金刚石的表面形貌时，层状金刚石所占的面积占整个观察视野中多晶金刚石表面积的100％。
3.根据权利要求2所述的多晶金刚石，其特征在于，所述多晶金刚石的粒径尺寸在20-1000微米之间。
4.根据权利要求1-3任一项所述的多晶金刚石，其特征在于，主要由以下重量百分数的原料制备而成：触媒和石墨98％-99.97％、羟基铜粉0.01％-0.5％、硅粉0.01％-0.5％和六方碳化硼0.01％-1％；
所述触媒和石墨的重量比为1：(1-20)。
5.根据权利要求4所述的多晶金刚石，其特征在于，主要由以下重量百分数的原料制备而成：触媒和石墨98.3％-99.86％、羟基铜粉0.02％-0.4％、硅粉0.02％-0.4％和六方碳化硼0.1％-0.9％；
所述触媒和石墨的重量比为1:(5-20)。
6.一种权利要求1-5任一项所述的多晶金刚石的制备方法，其特征在于，该方法采用静压法，将包含有石墨的样品原料置于压机设备中加压升温进行合成处理，以得到所述多晶金刚石。
7.根据权利要求6所述的多晶金刚石的制备方法，其特征在于，将触媒、石墨、羟基铜粉、硅粉和六方碳化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块放置于六面顶压机中，对六面顶压机加压和升温进行合成处理，六面顶压机加压压力为85-95MPa，温度为1400-1800℃；
优选地，上述制备方法包括以下步骤：
1)将触媒、石墨、羟基铜粉、硅粉和六方碳化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块；
2)将合成块放入六面顶压机高压腔内，先以3-30秒快速加压至10-10.5MPa，再缓慢升压至55-65MPa，进行保压；当压力增至35-40MPa时，开始加热，温度从室温升至1600-1800℃进行保温；
3)步骤2)中在55-65MPa下保压结束后快速升压至70-80MPa进行保压；
4)步骤3)中在70-80MPa下保压结束后，温度从1600-1800℃降至1400-1500℃，保持不变；
5)温度降至1400-1500℃后，压力继续增压至85-95MPa时保压；
6)步骤5)中的保压结束后开始降温，温度降至室温时再开始泄压。
8.根据权利要求7所述的多晶金刚石的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，先经过5-10秒加压至10-10.5MPa，再以0.1-1MPa/s的加压速率加压至55-65MPa，保压1-8min；
优选地，所述步骤2)中，当压力加压至35-40MPa时，开始加温，温度从室温经15-20秒升温至1600-1800℃进行保温；
优选地，所述步骤3)中，保压结束后经15-20秒增压至70-80MPa，保压1-3min；
优选地，所述步骤4)中，保压结束后温度经过5-10秒从1600-1800℃降至1400-1500℃，保持不变；
优选地，所述步骤5)中，温度降至1400-1500℃后，腔内压力以1-1.5MPa/s的速度继续增压至85-95MPa时保压10-40min时间；
优选地，所述步骤6)中的降温方式采用阶梯式降温的方式，温度每降200-400℃，保温5-10秒；
优选地，所述步骤6)中泄压时的泄压速率为0.1-1MPa/s。
9.根据权利要求8所述的多晶金刚石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将触媒、石墨、羟基铜粉、硅粉和六方碳化硼混合均匀压合成柱，与叶蜡石块组装成合成块；
2)将合成块放入六面顶压机高压腔内，加压，先经过5-10秒加压至10-10.5MPa，再以0.1-1MPa/s的加压速率加压至55-65MPa，保压1-8min；当压力加压至35-40MPa时，开始加温，温度从室温经15-20秒升温至1600-1800℃进行保温；
3)55-65MPa下保压1-8min后经过15-20秒增压至70-80MPa，保压1-3min；
4)保压结束后温度经过5-10秒从1600-1800℃降至1400-1500℃，保持不变；
5)温度降至1400-1500℃后，腔内压力以0.01-1MPa/s的速度继续增压至85-95MPa时保压10-40min时间；
6)保压结束后开始降温，温度降至室温时再开始泄压；
所述降温方式采用阶梯式降温的方式，温度每降200-400℃，保温5-10秒；
所述泄压时的泄压速率为0.1-1MPa/s。
10.一种权利要求1-9任一项所述的多晶金刚石用作结合剂模具的用途。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611269637.6A CN106582449B (zh) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | 多晶金刚石及其制备方法和用途 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611269637.6A CN106582449B (zh) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | 多晶金刚石及其制备方法和用途 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106582449A true CN106582449A (zh) | 2017-04-26 |
| CN106582449B CN106582449B (zh) | 2019-07-19 |
Family
ID=58581988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611269637.6A Active CN106582449B (zh) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | 多晶金刚石及其制备方法和用途 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106582449B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106984245A (zh) * | 2017-04-29 | 2017-07-28 | 河南飞孟金刚石工业有限公司 | 一种黑色金刚石带电卸压工艺 |
| CN107855077A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-03-30 | 河南飞孟金刚石工业有限公司 | 多晶金刚石颗粒、工具和多晶金刚石颗粒生产方法 |
| CN110933944A (zh) * | 2018-07-20 | 2020-03-27 | 住友电气工业株式会社 | 金刚石多晶体及包含该金刚石多晶体的工具 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN85106509A (zh) * | 1984-12-14 | 1987-02-25 | 郑州磨料磨具磨削研究所 | 耐热聚晶金刚石及其制造方法和所用模具 |
| JPH09165273A (ja) * | 1995-06-13 | 1997-06-24 | General Electric Co <Ge> | 現場結合炭化物／炭化物支持体を有する複合成形体の多結晶質研磨材層における応力の低減 |
| KR20020060634A (ko) * | 1997-09-18 | 2002-07-18 | 김용일 | 아치형 중간층을 갖는 다결정 다이아몬드/다결정압방정질화붕소로된 다결정 공구와 그제조방법 |
| CN1771356A (zh) * | 2003-02-19 | 2006-05-10 | 六号元素有限公司 | 耐磨应用中的cvd金刚石 |
| CN101028585A (zh) * | 2006-12-04 | 2007-09-05 | 河南黄河旋风股份有限公司 | 导电金刚石的合成方法 |
| CN101862622A (zh) * | 2010-06-11 | 2010-10-20 | 郑州人造金刚石及制品工程技术研究中心有限公司 | 金刚石合成工艺 |
| CN102753286A (zh) * | 2009-12-07 | 2012-10-24 | 第六元素公司 | 多晶金刚石结构 |
| CN104755420A (zh) * | 2013-08-23 | 2015-07-01 | 住友电气工业株式会社 | 多晶金刚石、其制造方法和工具 |
-
2016
- 2016-12-30 CN CN201611269637.6A patent/CN106582449B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN85106509A (zh) * | 1984-12-14 | 1987-02-25 | 郑州磨料磨具磨削研究所 | 耐热聚晶金刚石及其制造方法和所用模具 |
| JPH09165273A (ja) * | 1995-06-13 | 1997-06-24 | General Electric Co <Ge> | 現場結合炭化物／炭化物支持体を有する複合成形体の多結晶質研磨材層における応力の低減 |
| KR20020060634A (ko) * | 1997-09-18 | 2002-07-18 | 김용일 | 아치형 중간층을 갖는 다결정 다이아몬드/다결정압방정질화붕소로된 다결정 공구와 그제조방법 |
| CN1771356A (zh) * | 2003-02-19 | 2006-05-10 | 六号元素有限公司 | 耐磨应用中的cvd金刚石 |
| CN101028585A (zh) * | 2006-12-04 | 2007-09-05 | 河南黄河旋风股份有限公司 | 导电金刚石的合成方法 |
| CN102753286A (zh) * | 2009-12-07 | 2012-10-24 | 第六元素公司 | 多晶金刚石结构 |
| CN101862622A (zh) * | 2010-06-11 | 2010-10-20 | 郑州人造金刚石及制品工程技术研究中心有限公司 | 金刚石合成工艺 |
| CN104755420A (zh) * | 2013-08-23 | 2015-07-01 | 住友电气工业株式会社 | 多晶金刚石、其制造方法和工具 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106984245A (zh) * | 2017-04-29 | 2017-07-28 | 河南飞孟金刚石工业有限公司 | 一种黑色金刚石带电卸压工艺 |
| CN107855077A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-03-30 | 河南飞孟金刚石工业有限公司 | 多晶金刚石颗粒、工具和多晶金刚石颗粒生产方法 |
| CN107855077B (zh) * | 2017-10-26 | 2020-12-29 | 河南飞孟金刚石工业有限公司 | 多晶金刚石颗粒、工具和多晶金刚石颗粒生产方法 |
| CN110933944A (zh) * | 2018-07-20 | 2020-03-27 | 住友电气工业株式会社 | 金刚石多晶体及包含该金刚石多晶体的工具 |
| CN110933944B (zh) * | 2018-07-20 | 2022-10-18 | 住友电气工业株式会社 | 金刚石多晶体及包含该金刚石多晶体的工具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106582449B (zh) | 2019-07-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106591943A (zh) | 含硼金刚石及其制备方法和用途 | |
| CN106582449B (zh) | 多晶金刚石及其制备方法和用途 | |
| US20150344758A1 (en) | Abrasive grain with controlled aspect ratio and thickness | |
| JP3411239B2 (ja) | ダイヤモンド研磨材粒子及びその製法 | |
| CN102250582B (zh) | 一种窄分布亚微米尺寸的多晶金刚石磨料的制备方法 | |
| Wu et al. | Mechanical wear of different crystallographic orientations for single abrasive diamond scratching on Ta12W | |
| CN112915922A (zh) | 一种超细金刚石的原生合成方法 | |
| CN104607110A (zh) | 立方氮化硼晶体的制造方法 | |
| CN112342449B (zh) | 一种硬质合金及其制备方法和应用 | |
| CN110524442B (zh) | 一种多孔金刚石多晶磨料及其制备方法 | |
| CN107626262B (zh) | 一种高把持力金刚石的合成工艺 | |
| CN104667826B (zh) | 立方氮化硼晶体的制造方法 | |
| WO2002008122A1 (fr) | Poudre fine de diamant monocristalline a faible distribution en taille des particules et son procede de fabrication | |
| CN105586005B (zh) | 一种纳米刚玉磨料的制备方法 | |
| CN104531069A (zh) | 一种超硬材料颗粒/钛铝核壳结构复合颗粒及其制备方法 | |
| CN107900920A (zh) | 一种用于高效磨削的表面多孔金刚石磨料及其制备方法 | |
| CN107434406A (zh) | 纳米晶α‑Al2O3和氮化钛复合材料的制备方法 | |
| CN112359260A (zh) | 一种硬质合金顶锤及其制备方法与应用 | |
| CN112495303B (zh) | 一种自锐性金刚石及其制备方法 | |
| CN107820441B (zh) | 含立方晶氮化硼颗粒的单晶态金刚石颗粒、及其制造方法 | |
| JP2015531317A (ja) | 研削中の微小破砕を特徴とする単結晶ダイヤモンド又はｃｂｎ | |
| CN105643480A (zh) | 一种纳米纤维油石 | |
| Sung | Handbook of Industrial Diamonds: Volume 1, Superabrasives and Diamond Syntheses | |
| Komanduri et al. | Surface morphology of synthetic diamonds and cubic boron nitride | |
| Tsybulia et al. | DEC–diamond enhanced carbides: a new super-hard material with enhanced wear resistance |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |