CN112516920B - 爆炸冲击合成多晶金刚石微粉生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了爆炸冲击合成多晶金刚石微粉生产工艺，采用液压机将多段样品管中的混合物挤出，工作效率较高；且避免采用车床、钻床可能造成的工具损坏，避免增加生产成本；采用将制得的多晶金刚石放入烧结炉中，全程充氮气保护，进行多段独特的温度加温保温处理，将金刚石的强度韧性提高，采用本申请制得的金刚石进行工件生产，能提升加工工件20％的强度韧性；采取冰冻干燥机去除金刚石水份后，多晶金刚石微粉相当疏松，多晶金刚石微粉之间形成了多孔疏松状，当要再次分散时，易于分散，免除了烘干后的研磨粉碎工序。

Description

爆炸冲击合成多晶金刚石微粉生产工艺
技术领域
本发明属于金刚石生产设备技术领域，具体涉及一种爆炸冲击合成多晶金刚石微粉生产工艺。
背景技术
金刚石以其“世界最硬”的特点而成为研磨、抛光的理想材料，因天然聚晶金刚石(Carbonado型)产量稀少、价格昂贵，因此现在普遍使用的都是人工制造的金刚石。目前，人工制造金刚石的方法只有静压法、爆轰法及爆炸法三种。静压法所生产的金刚石皆为单晶，粒径通常在40～200μm之间，适合制作普通金刚石砂轮和常用抛光磨料等；爆轰法所生产的金刚石亦为单晶，平均粒径非常小，通常在12nm左右，其商业干粉团聚粒度达2μm，即使采用改性剂和表面活性剂制成的悬浮液其最粗团聚粒度也有130～150nm，且悬浮液中的团聚粒度分布较宽，目前主要用作润滑剂使用；爆炸法所生产的金刚石是最接近天然carbonado金刚石的聚晶金刚石，适合做芯片、硬盘的研磨抛光之用。
目前，爆炸合成金刚石的方法是先将石墨粉置于模具内，在压力机下压成与爆炸装置中的飞片形状相一致的柱形(圆形或正方形或矩形)石墨压实体。为调整石墨压实体的密度，有的在石墨粉中加入铁、铜、钴等金属粉；还有的在加入金属粉的同时加入树脂等胶结材料，并通过低温(小于300℃)烧结除去树脂同时改善石墨压实体的密度。之后，将石墨压实体置于爆炸装置的飞片下方，并保证一定的距离(此距离即为架高)。引爆爆炸装置上方的雷管，使炸药柱爆炸，推动飞片以一定的飞行速度打击石墨压实体，在石墨粉末内部产生高温、高压，致使石墨瞬态相变。最后，回收散落的石墨灰，并对石墨灰筛选、冲洗以及用硝酸、硫酸等强酸和强氧化剂等化学制剂进行去金属和残余石墨处理，即得到所合成的金刚石。
现有技术中，在利用爆炸冲击生产多晶金刚石过程中，为了在爆炸后能完整回收物料，防止物料飞散而难以回收，就必须将合成后的物料封闭在较厚、强度容器中，在金刚石合成后怎么将物料从容器中取出成为难题。
且因为多晶金刚石是在爆炸冲击下由石墨转化而成，由于转化时间非常短，于微秒间完成，多晶金刚石内部总有缺陷和微应力，强度韧性不高。
多晶金刚石微粉，特别是1.5微米以细的多晶金刚石，在常规的干燥情况下易于成团结块，在客户使用中不易分散，使其对要研磨抛光物体表面造成划伤，影响加工质量，常规对分级好的多晶金刚石微粉采取烘箱烘烤和微波加热去除水份，在烘烤和微波这二种去除水份中，多晶金刚石微粉都有成团结块趋势。
因此急需研发出一种爆炸冲击合成多晶金刚石微粉生产工艺来解决以上问题。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供了一种爆炸冲击合成多晶金刚石微粉生产工艺。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
爆炸冲击合成多晶金刚石微粉生产工艺，包括以下步骤：
S1、用混合机混合石墨、金属添加物、金属粉；
S2、通过冲压机将混合均匀的石墨、金属添加物、金属粉冲压成混合块；
S3、对冲压后的混合块进行烧结，并再次冲压成混合块，重复烧结和冲压直至混合块达到所需密度；
S4、将密度合格的混合块放入爆炸合成金刚石装置的样品管中；
S5、爆炸合成金刚石装置进行爆炸作用生成石墨、金刚石、金属添加物、金属粉的混合物；
S6、采用剪切机将样品管剪切成多段；
S7、采用液压机将多段样品管中的混合物挤出；
S8、将挤出后的混合放入至烧料锅中，并放入有保护气氛的高温炉中加热至1100℃使石墨、金刚石与金属添加物、金属粉分离；
S9、将石墨、金刚石分离，得纯净金刚石；
S10、将得到的金刚石放入烧结炉中，全程充氮气进行保护，烧结炉内的升温曲线从室温经140分钟升到300℃，保温1小时；经50分钟升到400℃，保温1小时；经50分钟升到500℃，保温1小时；经50分钟升到550℃，保温2小时；再自然降温至100℃以下，打开炉门，取出金刚石。
具体地，还包括步骤S11：将金刚石放入球磨罐内磨至合适尺寸。
具体地，还包括步骤S12：采用冰冻干燥机对球磨处理后的金刚石进行去除水分处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用液压机将多段样品管中的混合物挤出，工作效率较高；且避免采用车床、钻床可能造成的工具损坏，避免增加生产成本；
本发明采用将制得的多晶金刚石放入烧结炉中，全程充氮气保护，进行多段独特的温度加温保温处理，将金刚石的强度韧性提高，采用本申请制得的金刚石进行工件生产，能提升加工工件20％的强度韧性；
本发明采取冰冻干燥机去除金刚石水份后，多晶金刚石微粉相当疏松，多晶金刚石微粉之间形成了多孔疏松状，当要再次分散时，易于分散，免除了烘干后的研磨粉碎工序。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供以下技术方案：
爆炸冲击合成多晶金刚石微粉生产工艺，包括以下步骤：
S1、用混合机混合石墨、金属添加物、金属粉；
S2、通过冲压机将混合均匀的石墨、金属添加物、金属粉冲压成混合块；
S3、对冲压后的混合块进行烧结，并再次冲压成混合块，重复烧结和冲压直至混合块达到所需密度；
S4、将密度合格的混合块放入爆炸合成金刚石装置的样品管中；此处采用的样品管一般选用直径120mm长度1200mm的钢管；
S5、爆炸合成金刚石装置进行爆炸作用生成石墨、金刚石、金属添加物、金属粉的混合物；
S6、采用剪切机将样品管剪切成多段；每段的长度为200mm；
S7、采用200吨液压机将多段样品管中的混合物挤出；
S8、将挤出后的混合放入至烧料锅中，并放入有保护气氛的高温炉中加热至1100℃使石墨、金刚石与金属添加物、金属粉分离；
S9、将石墨、金刚石分离，得纯净金刚石；
S10、将得到的金刚石放入烧结炉中，全程充氮气进行保护，烧结炉内的升温曲线从室温经140分钟升到300℃，保温1小时；经50分钟升到400℃，保温1小时；经50分钟升到500℃，保温1小时；经50分钟升到550℃，保温2小时；再自然降温至100℃以下，打开炉门，取出金刚石；
S11、将金刚石放入球磨罐内磨至合适尺寸；
S12、采用冰冻干燥机对球磨处理后的金刚石进行去除水分处理。
采用本申请的生产工艺，可使冲击合成多晶金刚石微粉，提高效率，降低成本，实现产业化生产。
此外本申请不使用带锯进行样品管的切割，是因为带锯条很容易磨损断裂，使用成本高且效率低下；
本申请采用的液压机将多段样品管中的混合物挤出，工作效率较高；且避免采用车床、钻床可能造成的工具损坏，避免增加生产成本。
本申请采用高温熔化分离铜块和金刚石粉，避免采用电解法或化学溶剂可能带来的产生大量废水、废气等对环境造成污染的问题，或时间长效率低、成本高的问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.爆炸冲击合成多晶金刚石微粉生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、用混合机混合石墨、金属添加物、金属粉；
S2、通过冲压机将混合均匀的石墨、金属添加物、金属粉冲压成混合块；
S3、对冲压后的混合块进行烧结，并再次冲压成混合块，重复烧结和冲压直至混合块达到所需密度；
S4、将密度合格的混合块放入爆炸合成金刚石装置的样品管中；
S5、爆炸合成金刚石装置进行爆炸作用生成石墨、金刚石、金属添加物、金属粉的混合物；
S6、采用剪切机将样品管剪切成多段；
S7、采用液压机将多段样品管中的混合物挤出；
S8、将挤出后的混合放入至烧料锅中，并放入有保护气氛的高温炉中加热至1100℃使石墨、金刚石与金属添加物、金属粉分离；
S9、将石墨、金刚石分离，得纯净金刚石；
S10、将得到的金刚石放入烧结炉中，全程充氮气进行保护，烧结炉内的升温曲线从室温经140分钟升到300℃，保温1小时；经50分钟升到400℃，保温1小时；经50分钟升到500℃，保温1小时；经50分钟升到550℃，保温2小时；再自然降温至100℃以下，打开炉门，取出金刚石。
2.根据权利要求1所述的爆炸冲击合成多晶金刚石微粉生产工艺，其特征在于，还包括步骤S11：将金刚石放入球磨罐内磨至合适尺寸。
3.根据权利要求2所述的爆炸冲击合成多晶金刚石微粉生产工艺，其特征在于，还包括步骤S12：采用冰冻干燥机对球磨处理后的金刚石进行去除水分处理。
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