[发明专利]一种磨料级金刚石成核剂

说明书

技术领域

本发明属于金刚石合成技术领域，特别是涉及一种磨料级金刚石成核剂。

背景技术

在金刚石合成工艺中，使用的原料主要由触媒和石墨混合粉组成，触媒为合金触媒，由Fe、Ni、Mn、Co等形成的合金，传统合金触媒多采用由重量比为30%的Ni和重量比为70% 的Fe组成的普通铁镍粉末合金，在高温高压下将石墨部分转化为金刚石。金刚石生长包含两个过程：一是形成晶核，碳原子在高温高压条件下，由于金属的参与而发生晶格变化，致使金刚石成核；二是长大，金刚石晶核形成后，源源不断的碳源在金刚石核上发生聚集，致使金刚石长大。形成晶核的数量、分散均匀性是金刚石合成的关键。成核数量太多，晶核密集就会使晶体生长受到限制，晶体相互粘连形成聚晶；成核数量太少则产量降低。目前，使用触媒和石墨混合粉合成金刚石的过程中所需要的合成压力太大、合成温度太高，对压机的要求高，生产难度大，导致金刚石产量偏低，生产成本非常高，影响企业的生产效率和产品性能，难以做到大规模生产。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种磨料级金刚石成核剂，其能够适当提高石墨的成核数量，提高石墨的转化率。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种磨料级金刚石成核剂，其以含磷、硅、硫、铁、镍、钴、铜、钬元素中的一种或几种元素的单质或化合物作为合成金刚石的成核剂，用量为石墨和触媒混合粉总重量的1~5%。

上述的磨料级金刚石成核剂中，各元素的粒度为300～600目。

上述的磨料级金刚石成核剂中，含铁、镍或铜的化合物为含铁、镍或铜的金属氧化物。

一种磨料级金刚石成核剂，其各元素的重量百分比：铁、镍、钴中的一种或一种以上总量为52~68%、铜、钬中的一种或两种混合总量10~20%、硅、磷、硫中的一种或一种以上总量为20~30%，余量为氧。

上述的磨料级金刚石成核剂用于合成金刚石用的石墨柱的工艺方法，采用的成核剂用量为石墨和触媒混合粉总重量的1~5%，石墨粉与触媒粉的重量比为40%：60%，石墨和触媒混合粉的粒度为280~420目；成核剂、石墨粉和触媒粉通过混料机混合均匀后，在160~200MPa下冷等静压将混合料压制成型，保压时间为3~10分钟，再经破碎、压制成型、氢气还原，即可制作而成石墨柱。

上述的石墨柱合成金刚石的工艺方法，将石墨柱在超高温高压条件下合成生产金刚石，暂停压力控制在合成压力的75~80%。

所述的石墨柱合成金刚石的工艺方法，石墨柱及其两端的导电钢圈、导电金属片组装后的高度高于导电钢圈外围的叶腊石的高度1.5~1.8mm。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

该磨料级金刚石成核剂，其能够在较低的温度和压力条件下，形成物质凝聚的核心，使石墨更加容易成核，提高石墨的转化率，产量可以提高50%；在现有技术中，使用触媒和石墨混合粉合成金刚石，石墨转化率达到50％时，生产的金刚石颜色为黑色，杂质含量比较高，而在触媒和石墨混合粉中加入成核剂后，生产的磨料级金刚石颜色金黄、透明度较好；成核剂的加入，降低了合成压力10%；使用配套的金刚石合成工艺，合成工艺中的暂停压力控制在合成压力的75~80%，可以采用间接加热方式上进行生产金刚石，暂停压力若过低则单产偏低，合成压力升高也不起效果，暂停压力若偏高，由于石墨柱端部的过早成核生长，在合成棒的外围形成较硬的金刚石层，影响压力的传递，会导致合成棒芯部压力不够而不长，单产也低；由于成核剂的加入，金刚石生长一致性，有序性能够可控，使得制得的金刚石含有一定的晶型，内部杂质较少，因而金刚石抗冲击性能好，更能适应工具的应用。

采用本发明磨料级金刚石成核剂制成的石墨柱与采用现有技术制成的石墨柱经济效益对比如下表所示。