[发明专利]用于合成超硬材料的组件

说明书

一种用于高温高压(HPHT)合成超硬材料的组件。该组件包括包含第一金属的容器。使用密封剂材料将也包含第一金属的封盖密封到所述容器上。密封剂材料包含第二金属，所述密封包含可在第二金属的熔点以下形成的第一金属与第二金属的组合物。所述容器包含超硬材料。

技术领域

本发明涉及用于高压高温合成超硬材料的组件的领域，以及形成这种组件的方法。

背景技术

高压高温(HPHT)合成超硬材料，例如合成金刚石材料，在本领域中是公知的。例如，制造多晶金刚石(PCD)坯块的方法涉及︰将金刚石粉末放入组件中，并将组件装载到压力机中，组件在压力机中经受超过3.5GPa的压力和超过1000℃的温度。

参考图1，示意性地示出了用于装载到HPHT压力机中的组件100的侧视剖视图。为了制备组件，提供了装料(charge)101，其包含用于超硬材料的前体材料。这可以包含超硬材料、粘结剂、烧结金属碳化物基底等。装料101可以被包封在相对于前体材料基本上不反应的材料中。

装料101位于容器中，所述容器包括第一杯102和第二杯103。第二杯103的开口向外展开，使得其内径略大于第一杯102的外径。然后通过诸如电子束焊接的技术将所述两个杯焊接在一起。

有人尝试过使用铜作为密封剂来密封组件。US7,575,425和US 2005/0044800描述了将温度升高到铜的熔点，使铜形成液体并流动以形成密封的方法。然而，这意味着液态铜可以渗透到组件中，这对超硬材料性质是不利的。更严重的问题是会释放铜烟气，它也可以渗透超硬材料。

当超硬材料被包封在相对于前体材料基本上非反应性的材料中时，问题恶化。在这种情况下，可以在将超硬材料定位在容器中之前对其进行除气。然而，在除气之后和焊接封闭容器之前，超硬材料返回到环境温度和压力。这使得过程更加耗时，因为在除气步骤之后是密封步骤。

发明内容

本发明的目的是提供用于HPHT生产超硬材料的组件和形成减轻上述问题的组件的方法。

根据第一方面，提供了用于高温高压(HPHT)合成超硬材料的组件。该组件包括包含第一金属的容器。使用密封剂材料将也包含第一金属的封盖密封到所述容器上。密封剂材料包含第二金属，所述密封包含可在第二金属的熔点以下形成的第一金属与第二金属的组合物。所述容器包含超硬材料。这种杯可用于制备超硬材料。通过在第二金属的熔点以下形成密封剂组合物，大大降低了液体和/或烟气(fume)污染超硬材料的风险。

超硬材料任选地设置在第二容器中，并且第二容器设置在所述容器中。

第一金属的任选示例包括钛、锆、钽及其合金。

第二金属的任选示例包括铜及其合金。

在任选实施例中，第一金属包含钛，第二金属包含铜，并且所述组合物包含Ti_xCu_y。

作为选项，容器设置有用于接收超硬材料的开口和设置在开口周围的凸缘。密封剂材料设置在凸缘上，封盖被定位在使得密封剂材料设置在凸缘和封盖之间的位置。凸缘被卷曲以将封盖固定到位。

其中组件是基本上圆柱形的，凸缘和密封剂材料均具有环形形状。

作为选项，超硬材料包含金刚石、立方氮化硼、粘结剂材料及其混合物中的任何一种。

根据第二方面，提供了形成用于HPHT合成超硬材料的组件的方法。所述方法包括将超硬材料定位在容器中，所述容器包含第一金属并具有开口。设置封盖以关闭开口。在封盖和容器之间设置包含第二金属的密封剂材料。将组件加热到某个温度，所述温度低于第二金属的熔点，并足以在所述容器和封盖之间形成密封。

所述方法任选地进一步包括︰在将超硬材料定位在所述容器中之前，将超硬材料设置在第二容器中，并将第二容器定位在所述容器中。