[发明专利]一种宝石级无色钻石用触媒及其制备方法

说明书

本发明属于人造金刚石技术领域，具体涉及一种宝石级无色钻石用触媒及其制备方法。所述宝石级无色钻石用触媒，所述触媒为粉状，包括以下重量百分比的原料：Fe 60‑80%、Ni 25‑35%、0＜Co≤1%、0＜Si≤0.5%、0＜稀土元素≤0.8%；所述触媒的制备方法包括以下步骤：1）熔融混合；2）气雾化制粉；3）一次压制；4）真空处理；5）二次压制。用本发明的触媒制备无色钻石，易于生产，钻石结构稳定，催化效果好，除氮效率高，产品质量有保障，成品率高，实用性强。

技术领域

本发明属于人造金刚石技术领域，具体涉及一种宝石级无色钻石用触媒及其制备方法。

背景技术

金刚石是一种集多种优异性能于一体的极限功能材料。被广泛的应用于工业、科技、国防、珠宝等行业。特别是优质无色金刚石晶体可被广泛应用于各种首饰中，具有广泛的应用前景。现有已知的无色钻石主要来源于天然钻石矿，而天然钻石的形成需要上亿年，产量稀少，价格昂贵，长期开采则会造成天然钻石资源的枯竭，而且成本极高。因此急需人工合成无色钻石的研究与发展。

采用温度梯度法合成宝石级无色金刚石，一般使用石墨作为碳源的原始材料，在高温高压条件下，碳源、催化剂和晶种处的温度和压强均置于石墨-金刚石相图上的金刚石稳定的V行区域，因为碳源处于高温区，晶种处于低温区，作为碳源的石墨在熔融催化剂中溶解度高，而晶种在熔融催化剂中的溶解度低。这样，上部催化剂高浓度的碳原子会向下部催化剂低浓度区扩散，在晶种附近周围形成过饱和碳溶液，最终碳原子沉积到晶种表面沿着晶种外延生长。由此可见，无论是作为碳源石墨的溶解，还是无色钻石晶体的生长析出的过程，触媒都至关重要。触媒包括单质触媒和合金触媒，触媒材料的形状包括片状、粉状、丝状、管状、泡沫状等。温度梯度法合成无色钻石采用的片状合金触媒工业上主要采用熔融铸锭再轧制的方法制备，其触媒片一般采用铁镍触媒（Fe70Ni30），配方中辅以一定比例的、钴、硅、铜等元素。

近几年国内外无色培育钻石合成技术发展迅速，国内很多企业都具备了工业化生产无色钻石的技术实力，中国专利申请公布号CN107268078A公开了一种宝石级无色钻石的人工合成方法。该申请以铁基金属为触媒、配合制备工艺，得到的无色钻石晶型完整一致，粒度均匀、颜色纯正、转化率高，可有效解决现有无色钻石合成周期长、产出率低、一致性差等难题。但是，在规模化量产时，并不能得到粒度4mm以上的无色钻石。同时，该触媒配方需配合该发明中的制备工艺才可制备合格的无色钻石。

宝石级无色钻石的合成，技术条件要求苛刻。触媒作为温度梯度法合成无色钻石的关键要素，其配方和制备工艺的不同，在一定条件下直接影响晶体生长速度和杂质的产生。因此，对于现有技术，仍有进一步改进的必要。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明提供了一种宝石级无色钻石用触媒及其制备方法。用本发明的触媒配方制备无色钻石时，可制备获得钻石的粒度在4mm以上，并且相关触媒产品易于生产，所制备钻石结构稳定，催化效果好，产品质量有保障，成品率高，实用性强。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种宝石级无色钻石用触媒，所述触媒为粉状，包括以下重量百分比的原料：Fe 60-80%、Ni 25-35%、0＜Co≤1%、0＜Si≤0.5%、0＜稀土元素≤0.8%。

优选的，所述触媒包括以下重量百分比的原料：Fe 65-75%、Ni 28-32%、Co 0.1-0.8%、Si 0.1-0.4%、稀土元素 0.1-0.6%。

优选的，所述稀土元素为La或Ce。进一步优选为Ce。

优选的，所述触媒包括以下重量百分比的原料：Fe 70%、Ni 29.8%、Co 0.5%、Si0.2%、稀土元素Ce 0.4%。

优选的，所述触媒包括以下重量百分比的原料：Fe 65%、Ni 32%、Co 0.2%、Si0.1%、稀土元素Ce 0.6%。