CN110280190A - 一种用于生产金刚石及其复合片的合成块 - Google Patents

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刘恩刚
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了一种用于生产金刚石及其复合片的合成块，包括叶腊石块，所述叶腊石块内部安装有白云石衬管，所述叶腊石块内部位于白云石衬管顶面和底面皆安装有导电钢帽；所述白云石衬管内部安装有钢杯，所述钢杯内部安装有石墨柱，所述石墨柱内部安装有氧化镁管，所述氧化镁管内部间隔设置有氯化钠片和复合片组件；所述石墨柱顶面和底面皆安装有厚钢片，所述厚钢片远离石墨管的一面安装有加热片，所述加热片与导电钢帽连接。本发明是通过特有的组装方式和合成工艺让两种产品在一个合成块内共同生产同时还能提高金刚石的转化率，大大节约了成本，提高经济效益。

Description

一种用于生产金刚石及其复合片的合成块
技术领域
本发明涉及金刚石领域，尤其涉及一种用于生产金刚石及其复合片的合成块。
背景技术
金刚石俗称"金刚钻"。也就是我们常说的钻石的原身，它是一种由碳元素组成的矿物，是自然界由单质元素组成的粒子物质，是碳同素异形体，而石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石。
金刚石与石墨的化学成分相同，都是碳元素的单体，它们之间的转换在理论上是行得通的。通过研究，在一定温度和压力下，石墨-金刚石可以互相转变。所以现代人工合成金刚石技术主要采取“静压法人工合成转化”，是依照天然金刚石生成原理，利用专用金刚石压机产生高压，同时加温，在触媒作用下，使石墨转化为金刚石。
自从1963年中国科学家们打破国际封锁和技术断垄，成功地合成出我国第一颗人造金刚石，一举成为世界上为数不多的掌握此项技术的国家之一，人工金刚石行业得到飞速发展。现在我国在宝石级金刚石以及微晶纳米金刚石合成方面取得了很大进展。
金刚石聚晶复合片是一种金刚石聚晶与硬质合金基体组成的复合材料，具有硬度高、耐磨性好的特点。现有聚晶金刚石-硬质合金复合片通常采用钨钴类硬质合金作为基体材料，然后在高温(通常为1350-1650℃)、高压(通常在4.5Gpa以上)的一次合成。
金刚石聚晶复合片于1973年美国GE公司第一次生产出来后，由于其具有比硬质合金毫不逊色的硬度，以及几十倍甚至上百倍的耐磨性能，已经在地质勘探、石油、煤矿开采、桥梁路基等方面逐渐取代原先的硬质合金钻头。我国金刚石聚晶复合片的研究起步比较晚，于上世纪90年代年郑州三磨所首次在高温高压条件下成功合成第一片用于商业化的金刚石聚晶复合片。经过20多年时间的研究，我国的金刚石聚晶复合片质量虽然得到了较大提升，但产品竞争力相对国外尚不具优势，具体体现在金刚石聚晶耐磨性能不高、抗冲击性能低、耐热性能较差、生产制作成本高等因素，而在石油开采等产品性能要求较高的高端金刚石聚晶复合片国内长时间均依靠进口。
纵观国内外金刚石聚晶复合片的生产，都基于高温1400℃，高压4.5GPa以上的条件下，利用金刚石微粉或者石墨微粉作为碳源，与硬质合金基体复合而成聚晶复合片。选择硬质合金作为制造金刚石聚晶复合片的优点有：硬质合金硬度大强度高，可以作为支撑金刚石聚晶的材质，使其不容易变形；硬质合金的可焊接性强，可以使金刚石聚晶很容易地焊接在底座上；由于硬质合金为碳化物和钴的烧结体，而钴属于制造金刚石聚晶复合片最常用的催化剂。现有硬质合金基体主要以碳化钨、钴类合金为主，以质量分数计碳化钨含量从80％-94％，钴6％-20％。碳化钨的大量使用虽可为基体提供硬度支持，但其费用较高，导致聚晶片的生产成本较高。
目前人造金刚石主要是用六面顶液压机，经过高温高压人工合成。金刚石复合片也是用六面顶液压机，经过高温高压人工合成。现有金刚石生产和复合片生产采用两种不同的生产工艺，两种产品不关联不能同时生产，生产成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于生产金刚石及其复合片的合成块，以解决上述技术问题。
本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：
一种用于生产金刚石及其复合片的合成块，包括叶腊石块，所述叶腊石块内部安装有白云石衬管，所述叶腊石块内部位于白云石衬管顶面和底面皆安装有导电钢帽；
所述白云石衬管内部安装有钢杯，所述钢杯内部安装有石墨柱，所述石墨柱内部安装有氧化镁管，所述氧化镁管内部间隔设置有氯化钠片和复合片组件；
所述石墨柱顶面和底面皆安装有厚钢片，所述厚钢片远离石墨管的一面安装有加热片，所述加热片与导电钢帽连接。
优选的，所述导电钢帽为不锈钢材质。
优选的，所述复合片组件由硬质合金、金刚石层、锆杯、钼杯组成。
优选的，所述金刚石层是由金刚石微粉和金属混合制成。
本发明的有益效果是：
1、本发明是通过特有的组装方式和合成工艺让两种产品在一个合成块内共同生产同时还能提高金刚石的转化率，大大节约了成本，提高经济效益。
2、叶腊石块在合成过程中起传压、密封、保温的作用。
3、白云石在高温密闭环境空间内的传压性能好，并且具有高温膨胀的特性，有效的加强叶腊石流动的整体石块变形。
4、导电钢帽可以起导电、传压的作用。
5、加热片可以减少输入功率，降低各个附件的功率承载。
6、厚钢片可以分散电流，让石墨柱受热均匀；同时阻隔石墨柱的热量反应。
7、氧化镁管作为一种耐高温的材料，可以让金刚石和复合片分开生长，让两种不同的产品各自有自己的生长环境。
8、氯化钠片是一种熔点非常低的工业原料，热量聚集快，作为复合片生产的辅助原材料。
9、硬质合金为复合片的主要材料、硬度高不易变形，能够跟金刚石层很好的生长在一起。
10、金刚石层经过高温高压生长后具有具有超强的硬度、很好的耐磨性和冲击韧性，是复合片的主要组成部分。
11、锆、钼是两种熔点非常高的金属，在复合片的合成过程中起到保护复合片生长的作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
附图标记：1-叶腊石块；2-白云石衬管；3-导电钢帽；4-加热片；5-厚钢片；6-钢杯；7-石墨柱；8-氧化镁管；9-氯化钠片；10-复合片组件。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。
下面结合附图描述本发明的具体实施例。
如图1所示，一种用于生产金刚石及其复合片的合成块，包括叶腊石块1，叶腊石块1内部安装有白云石衬管2，叶腊石块1内部位于白云石衬管2顶面和底面皆安装有导电钢帽3；
白云石衬管2内部安装有钢杯6，钢杯6内部安装有石墨柱7，石墨柱7内部安装有氧化镁管8，氧化镁管8内部间隔设置有氯化钠片9和复合片组件10；
石墨柱7顶面和底面皆安装有厚钢片5，厚钢片5远离石墨管7的一面安装有加热片4，加热片4与导电钢帽3连接。
导电钢帽3为不锈钢材质。
复合片组件10由硬质合金、金刚石层、锆杯、钼杯组成。
金刚石层是由金刚石微粉和金属混合制成。
通过特有的组装方式和合成工艺让两种产品在一个合成块内共同生产同时还能提高金刚石的转化率，大大节约了成本，提高经济效益。
叶腊石块1在合成过程中起传压、密封、保温的作用。
白云石在高温密闭环境空间内的传压性能好，并且具有高温膨胀的特性，有效的加强叶腊石流动的整体石块变形。
导电钢帽3可以起导电、传压的作用。
加热片4可以减少输入功率，降低各个附件的功率承载。加热片的内芯电阻可以根据工艺要求调整大小。
厚钢片5可以分散电流，让石墨柱7受热均匀；同时阻隔石墨柱7的热量反应。
石墨柱7由石墨粉和铁、锰、钴等金属元素混合而成，经真空高温焙烧后作为生长金刚石的主要原材料
氧化镁管8作为一种耐高温的材料，可以让金刚石和复合片分开生长，让两种不同的产品各自有自己的生长环境。
氯化钠片9是一种熔点非常低的工业原料，热量聚集快，作为复合片生产的辅助原材料。
硬质合金为复合片的主要材料、硬度高不易变形，能够跟金刚石层很好的生长在一起。
金刚石层经过高温高压生长后具有具有超强的硬度、很好的耐磨性和冲击韧性，是复合片的主要组成部分。
锆、钼是两种熔点非常高的金属，在复合片的合成过程中起到保护复合片生长的作用。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种用于生产金刚石及其复合片的合成块，其特征在于：包括叶腊石块(1)，所述叶腊石块(1)内部安装有白云石衬管(2)，所述叶腊石块(1)内部位于白云石衬管(2)顶面和底面皆安装有导电钢帽(3)；
所述白云石衬管(2)内部安装有钢杯(6)，所述钢杯(6)内部安装有石墨柱(7)，所述石墨柱(7)内部安装有氧化镁管(8)，所述氧化镁管(8)内部间隔设置有氯化钠片(9)和复合片组件(10)；
所述石墨柱(7)顶面和底面皆安装有厚钢片(5)，所述厚钢片(5)远离石墨管(7)的一面安装有加热片(4)，所述加热片(4)与导电钢帽(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于生产金刚石及其复合片的合成块，其特征在于：所述导电钢帽(3)为不锈钢材质。
3.根据权利要求1所述的一种用于生产金刚石及其复合片的合成块，其特征在于：所述复合片组件(10)由硬质合金、金刚石层、锆杯、钼杯组成。
4.根据权利要求3所述的一种用于生产金刚石及其复合片的合成块，其特征在于：所述金刚石层是由金刚石微粉和金属混合制成。
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