CN203829982U - 一种用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于cBN单晶合成的技术领域，具体的涉及一种用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体。该种用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体，包括空腔，空腔内置有合成芯柱；空腔的顶部由下而上依次设有石片Ⅰ、石墨片Ⅰ、石环Ⅰ和石环Ⅱ，在石环Ⅱ的上部嵌入上导电钢帽；空腔的底部由上而下依次设有石片Ⅱ、石墨片Ⅱ、石环Ⅲ和石环Ⅳ，在石环Ⅳ的下部嵌入下导电钢帽；在空腔的外侧设有复合块；在空腔与复合块之间设有石墨管，该石墨管分别与石墨片Ⅰ和石墨片Ⅱ相接。

Description

一种用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体

技术领域

本实用新型属于cBN单晶合成的技术领域，具体的涉及一种用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体。 

背景技术

静态高温高压触媒法是在高温高压下以六方氮化硼（hBN）粉末为主要原料，在触媒材料的参与下合成cBN晶体的方法，是目前工业合成cBN晶体的最主要方法。静态高温高压触媒合成法通过液压机产生压力，通过固态传压介质产生准静压，从而对实验原料施加高压；并通电流加热产生高温的方法对实验原料进行高温加热。用该方法合成cBN晶体，可以随意调节合成压力、温度和时间，可以根据需要控制晶体粒度、质量和晶形等，具有比较强的可操作性，是目前工业，也是工业生产高品级cBN单晶的唯一方法。

高温高压合成cBN晶体时，合成腔体为hBN向cBN的转化创造了稳定的理化条件，主要起传压、保温、密封、支撑和绝缘的作用：（1）传压：将顶锤压头产生的压力持续稳定的传输到合成腔体内的实验样品；（2）保温：合成腔体保证实验样品处于合适的温度；（3）密封：将合成腔体内的实验样品密封，创造稳定的高温高压环境；（4）支撑：合成腔体在与压头接触边界处形成密封边，以避免高压过程中顶锤相撞，减少硬质合金损耗；（5）绝缘：合成腔体内的高温是通过实验样品的电阻发热产生的，内部有电流通过。

现有的合成腔体在cBN单晶的高温高压合成中，电流是直接通过合成芯柱直接进行加热的，这样会对cBN单晶的合成质量产生不良的影响。

目前所采用的合成腔体在高温高压条件下会发生相变，脱去结晶水，从而导致腔体硬化，传压性能变差；热导率升高，保温性能变差。在高温高压合成cBN过程中，现有合成腔体内层温度压力较高，会发生相变，体积收缩，密度增大，从而使合成腔体内部压力损失和压力梯度增大，破坏了腔体内均一稳定的物理化学环境，最终使得cBN的质量变差。 

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有合成腔体直接加热影响cBN单晶合成质量以及腔体内部物理化学环境不稳定的问题，而提供了一种用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体。

本实用新型的技术方案为：一种用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体，包括空腔，空腔内置有合成芯柱；空腔的顶部由下而上依次设有石片Ⅰ、石墨片Ⅰ、石环Ⅰ

和石环Ⅱ，在石环Ⅱ的上部嵌入上导电钢帽，该上导电钢帽的底端与石墨片Ⅰ相接；空腔的底部由上而下依次设有石片Ⅱ、石墨片Ⅱ、石环Ⅲ和石环Ⅳ，在石环Ⅳ的下部嵌入下导电钢帽，该下导电钢帽的底端与石墨片Ⅱ相接；在空腔的外侧设有复合块；在空腔与复合块之间设有石墨管，该石墨管分别与石墨片Ⅰ和石墨片Ⅱ相接。

所述石片Ⅰ和石片Ⅱ均为白云石石片。选用高温高压条件下稳定性好的白云石代替合成腔体内层的叶腊石，以保证腔体压力和温度的稳定性。

所述石环Ⅰ和石环Ⅲ均为白云石石环。白云石在高温高压下没有相变，有一定体积膨胀，有利于高压腔中的压力传递，能够减少和补偿高压腔体中的压力损失和压力梯度，同时热导率较低，有利于合成腔体的保温和降低温度梯度。

所述石环Ⅱ和石环Ⅳ均为叶腊石石环。叶腊石石环具有良好的滑移性和较低的硬度，具有良好的传压性、耐热保温性、可塑性、绝缘性以及密封性能，为cBN单晶的合成提供了稳定的物理化学环境。

所述复合块为叶腊石复合块。

所述复合块的顶端位于上导电钢帽的帽顶下方，复合块的底端位于下导电钢帽的帽顶上方。

本实用新型的有益效果为：本实用新型所述用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体包括空腔、导电钢帽、石环、复合块、石墨管、石片和石墨片。空腔内置有合成芯柱；合成腔体的外侧为复合块；顶端是高导热合金制成的导电钢帽，在高温高压合成实验时与六面顶压机的温度控制系统相连，温度控制系统输出电流，并依次通过上导电钢帽→石墨片→石墨管→石墨片→下导电钢帽，主要通过石墨管和石墨片产生热量对合成芯柱中的棒料进行加热。合成芯柱上下两端添加了石片，这是因为在合成实验中hBN转变为cBN，体积收缩，而添加的石片具有较高热膨胀系数，高温膨胀能够补偿合成芯柱的体积收缩，从而减小压力损失，使合成芯柱内部的压力更加均匀。

为了节约材料，并且提高合成腔体的有效体积，更有利于cBN单晶的工业化大规模生产，所述合成腔体采用了对合成芯柱间接加热的旁热式组装结构，在cBN单晶的高温高压合成中，电流仅仅通过石墨管，而不通过合成芯柱中的棒料，依靠石墨管的发热对样品加热，这样大大提高了产品的质量。同时为了减小压力损失，采用了复合块结构，以保证腔体压力和温度的稳定性。

综上所述，所述用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体解决了现有合成腔体直接加热影响cBN单晶合成质量以及腔体内部物理化学环境不稳定的问题。

附图说明

图1 为本实用新型具体实施方式中所述用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体的结构示意图。

   其中，1为上导电钢帽，2为石环Ⅱ，3为石环Ⅰ，4为复合块，5为石墨管，6为合成芯柱，7为石片Ⅱ，8为石墨片Ⅱ，9为石环Ⅲ，10为石环Ⅳ，11为下导电钢帽，12为石墨片Ⅰ，13为石片Ⅰ。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细的说明。

从图1中可以看出，本实用新型的一种用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体，包括空腔，空腔内置有合成芯柱6；空腔的顶部由下而上依次设有石片Ⅰ13、石墨片Ⅰ12、石环Ⅰ3和石环Ⅱ2，在石环Ⅱ2的上部嵌入上导电钢帽1，该上导电钢帽1的底端与石墨片Ⅰ12相接；空腔的底部由上而下依次设有石片Ⅱ7、石墨片Ⅱ8、石环Ⅲ9和石环Ⅳ10，在石环Ⅳ10的下部嵌入下导电钢帽11，该下导电钢帽11的底端与石墨片Ⅱ8相接；在空腔的外侧设有复合块4；在空腔与复合块4之间设有石墨管5，该石墨管5分别与石墨片Ⅰ12和石墨片Ⅱ8相接。

所述石片Ⅰ13和石片Ⅱ7均为白云石石片。选用高温高压条件下稳定性好的白云石代替合成腔体内层的叶腊石，以保证腔体压力和温度的稳定性。

所述石环Ⅰ3和石环Ⅲ9均为白云石石环。白云石在高温高压下没有相变，有一定体积膨胀，有利于高压腔中的压力传递，能够减少和补偿高压腔体中的压力损失和压力梯度，同时热导率较低，有利于合成腔体的保温和降低温度梯度。

所述石环Ⅱ2和石环Ⅳ10均为叶腊石石环。叶腊石石环具有良好的滑移性和较低的硬度，具有良好的传压性、耐热保温性、可塑性、绝缘性以及密封性能，为cBN单晶的合成提供了稳定的物理化学环境。

所述复合块4为叶腊石复合块。

所述复合块4的顶端位于上导电钢帽1的帽顶下方，复合块4的底端位于下导电钢帽11的帽顶上方。

所述用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体包括空腔、导电钢帽、石环、复合块、石墨管、石片和石墨片。空腔内置有合成芯柱；合成腔体的外侧为复合块；顶端是高导热合金制成的导电钢帽，在高温高压合成实验时与六面顶压机的温度控制系统相连，温度控制系统输出电流，并依次通过上导电钢帽→石墨片→石墨管→石墨片→下导电钢帽，主要通过石墨管和石墨片产生热量对合成棒料进行加热。合成芯柱上下两端添加了石片，这是因为在合成实验中hBN转变为cBN，体积收缩，而添加的石片具有较高热膨胀系数，高温膨胀能够补偿合成芯柱的体积收缩，从而减小压力损失，使合成芯柱内部的压力更加均匀。

Claims (6)

1.一种用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体，其特征在于，包括空腔，空腔内置有合成芯柱；空腔的顶部由下而上依次设有石片Ⅰ、石墨片Ⅰ、石环Ⅰ和石环Ⅱ，在石环Ⅱ的上部嵌入上导电钢帽，该上导电钢帽的底端与石墨片Ⅰ相接；空腔的底部由上而下依次设有石片Ⅱ、石墨片Ⅱ、石环Ⅲ和石环Ⅳ，在石环Ⅳ的下部嵌入下导电钢帽，该下导电钢帽的底端与石墨片Ⅱ相接；在空腔的外侧设有复合块；在空腔与复合块之间设有石墨管，该石墨管分别与石墨片Ⅰ和石墨片Ⅱ相接。

2.根据权利要求1所述用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体，其特征在于，所述石片Ⅰ和石片Ⅱ均为白云石石片。

3.根据权利要求1所述用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体，其特征在于，所述石环Ⅰ和石环Ⅲ均为白云石石环。

4.根据权利要求1所述用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体，其特征在于，所述石环Ⅱ和石环Ⅳ均为叶腊石石环。

5.根据权利要求1所述用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体，其特征在于，所述复合块为叶腊石复合块。

6.根据权利要求5所述用于静态高温高压触媒法合成cBN单晶的合成腔体，其特征在于，所述复合块的顶端位于上导电钢帽的帽顶下方，复合块的底端位于下导电钢帽的帽顶上方。