[发明专利]一种快速合成大体积高导电多孔金刚石电极的方法

说明书

本发明提供了一种快速合成大体积高导电多孔金刚石电极的方法，所述方法包括：在高温高压条件下，在石墨加热管中利用特定比例的金刚石为原料结合金属粘接剂来进行大体积高导电多孔金刚石电极的合成。本发明与现有技术相比，较不含硼的金刚石，由于硼的作用使含硼金刚石表面溶解和沉积金刚石都变得困难，但是微量石墨和细粒度金刚石颗粒的加入为原本不容易成键的含硼金刚石颗粒的成键带来了意想不到的促进作用，保证了材料的快速合成(10min缩短为3min)；合成时间(3min)合成材料厚度达到5～7mm，与CVD法(几十个小时以上合成1mm左右)相比大大缩短了合成时间。

技术领域

本发明涉及超硬材料技术领域，具体涉及一种采用高温高压法实现大体积高导电多孔金刚石电极的合成方法。

背景技术

金刚石是我们常说的钻石的原身，它是一种由碳元素组成的矿物，是自然界由单质元素组成的粒子物质，是碳同素异形体(金刚石，石墨烯，富勒烯，碳纳米管，蓝丝黛尔石等)。

金刚石是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质，同时金刚石不是只有在地球才有产出，现发现在天体陨落的陨石中也有金刚石的生成态相。金刚石的用途非常广泛，例如：工艺品和工业中的切割工具。

石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石，目前人们对于金刚石的工业应用主要是利用金刚石的高硬度特性，对于金刚石的电学特性的利用较少。

经研究表明，含硼金刚石是P型半导体，可以成为一种良好的电极材料。而作为电极材料，如何增加其单位体积的表面积对于提升其导电性能具有重要的作用，因此多孔的导电金刚石电极在新型电池电极和污水处理电极方面更是有很好的应用前景。

目前，导电金刚石聚晶的制备主要有两种方式，一种是气相沉积法，此方法的优点是样品不含金属，可制作大直径的样品，缺点是样品密实，比表面积小，多孔结构制作困难，且耗时长，厚度薄，产能低，容易包含石墨；另一种导电金刚石聚晶的制作方法是将金刚石粉末添加一定的结合剂后，在专用金刚石液压机上在超高压高温条件下合成制得，此类聚晶优点是合成时间略短，厚度大，产能高，缺点是含硼金刚石粘接耗时长于无添加金刚石微粉粘接，且内部金属不易除去，难以形成多孔金刚石电极。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种采用高温高压法实现大体积高导电多孔金刚石电极的合成方法，通过在含硼金刚石微粉中添加微量细粒度金刚石颗粒和微量细粒度石墨的方法，采用熔渗法实现短时间将含硼金刚石微粉合成成为聚晶，经过酸处理，利用熔渗法产生的内部孔道将内部的金属除去，得到不含金属的多孔金刚石聚晶，由于金刚石颗粒是含硼的颗粒，所以具有导电性。

具体而言，本发明提供一种快速合成大体积高导电多孔金刚石电极的方法，其特征在于，所述方法包括：

在高温高压条件下，在石墨加热管中利用特定比例的金刚石为原料结合金属粘接剂来进行大体积高导电多孔金刚石电极的合成。

在一种优选实现方式中，所述方法包括如下步骤：

步骤1：制备石墨加热管；

步骤2：在所述石墨加热管中放置一绝缘腔；

步骤3：在所述绝缘腔内放置一吸收腔；

步骤4：混合特定比例的粗粒度金刚石、细粒度金刚石作为原料使用；

步骤5：在所述吸收腔内依次放置金属粘接剂层和混合后的原料层；

步骤6：封闭所述吸收腔、绝缘腔和石墨加热管；

步骤7：将封闭好的所述石墨加热管放置到叶腊石组装块中，进行加压合成；

步骤8：将合成好的聚晶样品进行特殊酸处理工艺，除去内部金属，得到高导电多孔纯金刚石聚晶。