CN205269580U - 一种多层双向生长宝石级金刚石组装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于金刚石合成装置技术领域，具体涉及一种多层双向生长宝石级金刚石组装结构，包括中空腔结构的叶腊石块，叶腊石块中空腔上下设置有填充有白云石复合材料的导电钢圈、叶腊石块中空腔侧面由加热层、保温介质层和白云石复合材料传压层构成的外围加热传压体包裹，叶腊石块中空腔上下依次通过加热片、金属片与导电钢圈接触，叶腊石块中空腔内设有多个双向宝石级金刚石生长区域，双向宝石级金刚石生长区域相邻两个生长区域之间设有间隔层，每个双向宝石级金刚石生长区域用于放置多个籽晶。本实用新型生产成本低，成品质量高。
Description
技术领域
本实用新型属于金刚石合成装置技术领域，具体涉及一种多层双向生长宝石级金刚石组装结构。
背景技术
宝石级金刚石主要是靠温度梯度法在高温高压下产生的，现有的金刚石组装结构如图1所示，包括中空腔结构的叶腊石块1、叶腊石块1上下两端的导电钢圈2和外围加热传压体，导电钢圈2内填充有白云石复合材料3，导电钢圈2通过金属片11与加热片12紧密接触，叶腊石块1中空腔内设有宝石级金刚石生长区域5，宝石级金刚石生长区域5包括：晶床51、碳源52和铁镍钴触媒53，宝石级金刚石生长区域5四周被加热传压体包裹，加热传压体包括加热层8、保温介质层9和白云石复合材料传压层10。在生产宝石级金刚石时，选择一定尺寸的六八面体籽晶54镶嵌在晶床51上处于低温端，碳源52处于高温端，中间放置铁镍钴触媒53，使籽晶54和碳源52之间产生温度梯度；碳源52由高温端向低温端扩散，扩散的碳被低温端的籽晶54吸附，随着时间的延长，籽晶54慢慢长成需求的宝石级金刚石。现有的金刚石组装结构存在以下不足：1、现有组装结构只适用于研发合成，其合成出的宝石级金刚石颗粒少，耗用的原辅材料、电费、人工成本高，不适合工业化批量生产；2、宝石级金刚石在高压高温精确控制的合成过程中，由于经过几十个小时、甚至上百个小时的合成，容易引发导电钢圈2不同程度的碳化，从而降低保护顶锤的作用，缩短了顶锤的使用寿命，严重者容易引发事故的产生；3、现有的组装结构生产的宝石级金刚石大小不均、质量差、颜色差、内部包裹体多等。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种生产成本低、成品质量高并且适于批量生产宝石级金刚石的多层双向生长宝石级金刚石组装结构。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种多层双向生长宝石级金刚石组装结构，包括中空腔结构的叶腊石块，叶腊石块中空腔上下设置有填充有白云石复合材料的导电钢圈、叶腊石块中空腔侧面由加热层、保温介质层和白云石复合材料传压层构成的外围加热传压体包裹，叶腊石块中空腔上下依次通过加热片、金属片与导电钢圈接触，所述叶腊石块中空腔内设有多个双向宝石级金刚石生长区域，所述双向宝石级金刚石生长区域相邻两个生长区域之间设有间隔层，每个双向宝石级金刚石生长区域用于放置多个籽晶。
所述双向宝石级金刚石生长区域包括晶床、碳源、以及分别设置在碳源上下的第一铁镍钴触媒和第二铁镍钴触媒。
所述外围加热传压体与叶腊石块中空腔之间还设置有第一绝缘介质层。
所述加热片与叶腊石块中空腔上下面之间还设置有第二绝缘介质层，加热片为高纯度高密度的石墨纸。
所述加热层为高纯度高密度的石墨纸制成的石墨加热管。
所述双向宝石级金刚石生长区域为2个。
所述多个籽晶呈多行排列，每行之间的间距与每行中相邻籽晶之间的间距相同。
所述导电钢圈上设有高纯度高密度的石墨纸。
所述间隔层为隔热材料氯化钠。
所述保温介质层为保温介质氯化钠。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
1、本实用新型中的叶腊石块中空腔内设有2个双向宝石级金刚石生长区域，双向宝石级金刚石生长区域包括晶床、碳源、第一铁镍钴触媒和第二铁镍钴触媒，第一铁镍钴触媒和第二铁镍钴触媒分别设置在碳源的上下两侧，2个双向宝石级金刚石生长区域之间通过间隔层隔开，形成两个相同的双向生长宝石级金刚石结构，该结构紧凑合理，腔体空间利用率高，能够同时生长的宝石级金刚石颗粒数多，降低了产品生产成本，经济效益高，适于批量生产，能够满足工业化生产需求；
2、本实用新型中的外围加热传压体与叶腊石块中空腔之间还设置有第一绝缘介质层，第一绝缘介质层的设置，在不改变腔体内部加热温度的情况下，能有效降低外围电加热设备的功率，节约电能，降低生产成本；
3、本实用新型中加热片与叶腊石块中空腔上下面之间还设置有第二绝缘介质层，第二绝缘介质的设置有效的降低了外围电加热设备的功率，节约电能；
4、本实用新型中的多个籽晶呈多行排列，每行之间的间距与每行中相邻籽晶之间的间距相同，因腔体结构为圆柱形，采用此种排列结构，在不影响每个籽晶吸收足够碳源的同时，能够种植的籽晶数目多；
5、本实用新型中的导电钢圈上还设有高纯度高密度的石墨纸，避免长时间的高温环境使起导电、封堵和散热作用的导电钢圈局部碳化，形成较大的电阻，烧裂顶锤，在导电钢圈上设置高纯度高密度的石墨纸，有效的保护了顶锤，延长顶锤的使用寿命，大大降低生产成本；
6、本实用新型中的双向宝石级金刚石生长区域之间采用隔热材料氯化钠作为间隔层，隔热效果好，使两个生长区域相对独立，互不影响。
附图说明
图1为现有的金刚石组装结构示意图。
图2为本实用新型的结构示意图。
图3为本实用新型中籽晶的排列分布示意图。
具体实施方式
一种多层双向生长宝石级金刚石组装结构，如图2-3所示，包括中空腔结构的叶腊石块1，叶腊石块1中空腔上下设置有填充有白云石复合材料3的导电钢圈2、叶腊石块1中空腔侧面由加热层8、保温介质层9和白云石复合材料传压层10构成的外围加热传压体包裹，加热层8采用高纯度高密度石墨纸制成的石墨加热管，保温介质层9采用保温介质氯化钠，外围加热传压体与叶腊石块1中空腔之间还设置有第一绝缘介质层7，第一绝缘介质层7的设置，在不改变腔体内部加热温度的情况下，能有效降低外围电加热设备的功率，节约电能，降低生产成本。叶腊石块1中空腔上下依次通过加热片12、金属片11与导电钢圈2接触，加热片12为高纯度高密度的石墨纸，加热片12下方设有第二绝缘介质13，第二绝缘介质13的设置有效降低了外围电加热设备的功率，节约电能。导电钢圈2上设有高纯度高密度的石墨纸4，石墨纸4两侧分别与导电钢圈2与顶锤紧密接触，有效防止导电钢圈2在长时间高温下局部碳化而降低顶锤的使用寿命，有效的保护了顶锤。叶腊石块中空腔内设有多个双向宝石级金刚石生长区域5，双向宝石级金刚石生长区5域包括晶床51、碳源52、第一铁镍钴触媒53和第二铁镍钴触媒55，晶床51为二氧化锆、石英和氧化镁按一定比例配制而成，第一铁镍钴触媒53和第二铁镍钴触媒55分别设置在碳源52的上下两侧，每个双向宝石级金刚石生长区域5用于放置多个籽晶54，多个籽晶54呈多行排列，每行之间的间距与每行中相邻籽晶54之间的间距相同，因腔体结构为圆柱形，采用此种排列结构，在不影响每个籽晶54吸收足够碳源52的同时，能够种植的籽晶54数目多。2个双向宝石级金刚石生长区域5通过间隔层6隔开，形成两个相同的双向生长宝石级金刚石结构，该结构紧凑合理，空间利用率高，能够同时生长的宝石级金刚石颗粒数多，降低了产品生产成本，经济效益高，适于批量生产，能够满足工业化生产需求。双向宝石级金刚石生长区域5之间采用隔热材料氯化钠作为间隔层6，隔热效果好，使两个生长区域相对独立，互不影响。
利用该组装结构，当采用φ650型六面顶压机，φ53腔体合成块时，若籽晶54尺寸选择为0.5-0.8mm，籽晶54与籽晶54之间以10-12mm的距离在2个双向宝石级金刚石生长区域5均匀排列，在合成压力5.4GPa、合成温度1240℃-1260℃的环境下，经过80-100小时的合成时间，就能生长出了质量优异、几乎无包裹体的12mm的宝石级金刚石40-60粒/次。
若籽晶54尺寸选择为0.4-0.5mm，籽晶54与籽晶54之间以6-8mm的距离在2个双向宝石级金刚石生长区域5均匀排列，在合成压力5.4GPa，合成温度1240℃-1260℃的环境下，经过60-80小时的合成时间，就能生长出了无色透明、几乎无包裹体的6mm的宝石级金刚石100-120粒/次。本实用新型结构合理，适于工业化批量生产，每次生产合成的宝石级金刚石颗粒多，成品质量高，并且顶锤使用寿命长，生产成本低。
Claims (10)
1.一种多层双向生长宝石级金刚石组装结构，包括中空腔结构的叶腊石块，叶腊石块中空腔上下设置有填充有白云石复合材料的导电钢圈、叶腊石块中空腔侧面由加热层、保温介质层和白云石复合材料传压层构成的外围加热传压体包裹，叶腊石块中空腔上下依次通过加热片、金属片与导电钢圈接触，其特征在于：所述叶腊石块中空腔内设有多个双向宝石级金刚石生长区域，所述双向宝石级金刚石生长区域相邻两个生长区域之间设有间隔层，每个双向宝石级金刚石生长区域用于放置多个籽晶。
2.如权利要求1所述的多层双向生长宝石级金刚石组装结构，其特征在于：所述双向宝石级金刚石生长区域包括晶床、碳源、以及分别设置在碳源上下的第一铁镍钴触媒和第二铁镍钴触媒。
3.如权利要求2所述的多层双向生长宝石级金刚石组装结构，其特征在于：所述外围加热传压体与叶腊石块中空腔之间还设置有第一绝缘介质层。
4.如权利要求3所述的多层双向生长宝石级金刚石组装结构，其特征在于：所述加热片与叶腊石块中空腔上下面之间还设置有第二绝缘介质层，加热片为高纯度高密度的石墨纸。
5.如权利要求4所述的多层双向生长宝石级金刚石组装结构，其特征在于：所述加热层为高纯度高密度的石墨纸制成的石墨加热管。
6.如权利要求5所述的多层双向生长宝石级金刚石组装结构，其特征在于：所述双向宝石级金刚石生长区域为2个。
7.如权利要求1所述的多层双向生长宝石级金刚石组装结构，其特征在于：所述多个籽晶呈多行排列，每行之间的间距与每行中相邻籽晶之间的间距相同。
8.如权利要求1所述的多层双向生长宝石级金刚石组装结构，其特征在于：所述导电钢圈上设有高纯度高密度的石墨纸。
9.如权利要求1所述的多层双向生长宝石级金刚石组装结构，其特征在于：所述间隔层为隔热材料氯化钠。
10.如权利要求1所述的多层双向生长宝石级金刚石组装结构，其特征在于：所述保温介质层为保温介质氯化钠。
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