CN201978719U - 一种多元复合型合成块 - Google Patents

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薛胜辉
丁庆才
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Abstract

本实用新型公开了一种多元复合型合成块，包括石墨柱、石墨柱两端的导电钢圈和石墨柱与导电钢圈外围的筒状叶蜡石密封传压层，导电钢圈内填充有叶蜡石与白云石复合介质，所述叶蜡石密封传压层内壁中部设有白云石、氯化钠与脱水叶蜡石混合衬管。白云石、氯化钠与脱水叶蜡石混合衬管在高温高压下不会发生相变，能为金刚石的生长提供一个均匀而又稳定的压力温度场、降低合成表压，从而提高金刚石的产量和质量。

Description

一种多元复合型合成块
技术领域
本实用新型属于超硬材料合成技术领域，特别涉及一种多元复合型合成块。
背景技术
在超硬材料合成领域，超高温高压条件下的合成块是由石墨与触媒混合粉制成的石墨柱、石墨柱外围的绝缘元件和加热元件、石墨柱两端的导电钢圈、传压密封介质按照一定方式组装而成的块状体。具体组装方式为：从外到内依次组装，外围采用叶蜡石与白云石复合介质作为传压密封材料，两端采用导电钢圈进行通电加热，导电钢圈与内侧的加热元件紧密接触，通电时通过导电钢圈使加热元件本身发热，然后经过加热元件内侧紧密接触的绝缘元件将热量传至与绝缘元件内侧紧密接触的石墨柱，使石墨与触媒在超高温高压条件下转化为金刚石。
在金刚石的合成过程中，由于作为包裹试样容器的传压密封介质叶蜡石兼具传压性能好、密封性能好、绝缘性能好、隔热耐热性能好、热稳定性能好、化学稳定性好以及机械加工性能好等综合优点，因此被广泛用做包裹试样的容器。但由于叶蜡石在高温高压条件下有相变，即在金刚石适宜生长的压力为5.5~6.0Gpa、温度为1620~1720K时，叶蜡石中的结晶水促使叶蜡石相变成蓝晶石和柯石英，体积收缩，使叶蜡石体积收缩至其本身的12.6%。这种相变及伴随的体积收缩，造成合成块高压腔内压力下降、保温性能变差，使合成块高压腔内的金刚石生长环境严重恶化，导致产品质量不稳定。
虽然白云石具有保温性能好、内摩擦系数小和热膨胀系数大，且不含水、高温高压下不发生相变等优点，但采用单一的白云石作为叶蜡石的内衬套管的合成块，只能提高其保温性和弥补叶蜡石在超高温高压下的相变缺陷。在超高温高压下合成金刚石时，由于石墨柱中各部位的压力分布和温度分布不均匀，而金刚石合成块的最基本原则是：有利于为金刚石的生长提供一个均匀而又稳定的压力温度场，即均匀而又稳定的压力温度场才能生长出优质的金刚石产品，因此，采用单一的白云石作为叶蜡石的内衬套管并不能克服叶蜡石在高温高压条件下发生相变的缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种在高温高压下不会发生相变、有效降低合成表压的多元复合型合成块。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种多元复合型合成块，包括石墨柱、石墨柱两端的导电钢圈和石墨柱与导电钢圈外围的筒状叶蜡石密封传压层，导电钢圈内填充有复合介质，所述叶蜡石密封传压层内壁中部设有混合衬管。
所述叶蜡石密封传压层内壁中部设有凹槽，混合衬管套装在凹槽内，且混合衬管内壁面与叶蜡石密封传压层内壁面相平齐。
所述混合衬管和石墨柱外周面之间、导电钢圈和石墨柱两端面之间均设有加热元件。
所述加热元件和石墨柱外表面之间设有绝缘元件。
与现有技术相比，本实用新型的优点是：
1、叶蜡石密封传压层内壁中部设有白云石、氯化钠与脱水叶蜡石混合衬管，白云石、氯化钠与脱水叶蜡石混合衬管在高温高压下不会发生相变，能为金刚石的生长提供一个均匀而又稳定的压力温度场、降低合成表压，从而提高金刚石的产量和质量；由白云石、氯化钠与脱水叶蜡石混合压制而成的衬管，在保证密封性不变的前提下，不但减少了合成腔内的热量外流，即提高了保温性，而且减少了合成腔中的轴向压力梯度即均衡了压力场，为金刚石创造稳定的生长环境。
2、白云石、氯化钠与脱水叶蜡石混合衬管和石墨柱外周面之间、导电钢圈和石墨柱两端面之间均设有加热元件，加热元件由外至内向石墨柱导热，大大提高了导热效率，能够均衡、稳定合成腔体内的温度场，给金刚石创造稳定的生长环境，从而提高金刚石的产量和质量。
3、在Φ650缸径六面顶压机上采用Φ49腔体作多元复合型合成块的合成实验，经过三个月的实验证明：大大降低了合成压力，降低了2—3Mpa；从合成好的石墨柱上看，压力分布均匀，密而不连，金刚石颗粒饱满；洗料结果显示，金刚石优晶比例从30%左右提高到约38%，大大提高了合成质量。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示的多元复合型合成块，其包括石墨柱5、石墨柱5两端的导电钢圈2和石墨柱5与导电钢圈2外围的筒状叶蜡石密封传压层1，石墨柱5由石墨和触媒粉压制而成，导电钢圈2内填充有复合介质7，复合介质7材料为叶蜡石与白云石，导电钢圈2设置在石墨柱5的两端，叶蜡石密封传压层1设置在石墨柱5与导电钢圈2的外围。在叶蜡石密封传压层1的内壁中部设有凹槽，凹槽内套装有混合衬管6，且混合衬管6的内壁面与叶蜡石密封传压层1的内壁面相平齐。
在混合衬管6和石墨柱5外周面之间、导电钢圈2和石墨柱5两端面之间均设有加热元件，加热元件由外至内向石墨柱5导热，加热元件包括石墨柱5外周面处的加热管3和石墨柱5两端面处的加热片31，加热管3与加热片31密封包围在石墨柱5外部。加热元件的加热管3和加热片31与石墨柱5外表面之间设有绝缘元件4。
混合衬管6的材料为白云石、氯化钠与脱水叶蜡石，其制作过程为：首先，将叶蜡石在1223K温度下加热1小时，使其全部脱水；然后，将白云石、氯化钠与脱水叶蜡石以3:1:2的重量比混合均匀，并加入少量的粘结剂（水玻璃），利用四柱压机压制成衬管。
混合衬管6不但能阻止叶蜡石在高温高压下发生相变，还能为金刚石的生长提供一个均匀而又稳定的压力温度场、降低合成表压，从而提高金刚石的产量和质量。

Claims (4)

1.一种多元复合型合成块，包括石墨柱、石墨柱两端的导电钢圈和石墨柱与导电钢圈外围的筒状叶蜡石密封传压层，导电钢圈内填充有复合介质，其特征在于：所述叶蜡石密封传压层内壁中部设有混合衬管。
2.如权利要求1所述的多元复合型合成块，其特征在于：所述叶蜡石密封传压层内壁中部设有凹槽，混合衬管套装在凹槽内，且混合衬管内壁面与叶蜡石密封传压层内壁面相平齐。
3.如权利要求1或2所述的多元复合型合成块，其特征在于：所述混合衬管和石墨柱外周面之间、导电钢圈和石墨柱两端面之间均设有加热元件。
4.如权利要求3所述的多元复合型合成块，其特征在于：所述加热元件和石墨柱外表面之间设有绝缘元件。
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