[发明专利]一种梯度功能化的金刚石合成柱及其制备方法

权利要求书

1.一种梯度功能化的金刚石合成柱，其特征在于，该合成柱包括石墨与触媒粉第一混合层块(1)，平行设置在第一混合层块(1)上的石墨与触媒粉第二混合层块(2)，以及平行设置在第二混合层块(2)上的石墨与触媒粉第三混合层块(3)；所述第一混合层块(1)、第二混合层块(2)及第三混合层块(3)的直径相等；

所述石墨与触媒粉第一混合层块(1)及石墨与触媒粉第三混合层块(3)的高度相等，且低于石墨与触媒粉第二混合层块(2)的高度；所述石墨与触媒粉第二混合层块(2)的高度为石墨与触媒粉第一混合层块(1)的2.2～2.5倍；

所述石墨与触媒粉第一混合层块(1)及石墨与触媒粉第三混合层块(3)中石墨与触媒粉的质量比相同；所述石墨与触媒粉第二混合层块(2)中石墨与触媒粉的质量比为石墨与触媒粉第一混合层块(1)中石墨与触媒粉质量比的0.5～1.0倍；所述第一混合层块(1)和第三混合层块(3)中的石墨粉比例高于第二混合层块(2)，用于提升外部加热源提供的热输入量，以及增加石墨自身的直接发热量，提高金刚石合成柱两端向中间区域的热输入量，提高金刚石合成柱中心区域的温度，改善合成柱的轴向温差；

所述石墨与触媒粉第一混合层块(1)及石墨与触媒粉第三混合层块(3)中石墨与触媒粉的质量比为62～70：30～38；所述石墨与触媒粉第二混合层块(2)中石墨与触媒粉的质量比为60～55：40～45；

其中，所述石墨为高纯石墨粉，其粒径为300目；

所述的触媒粉包括以下重量份的原料：Fe 68.15％、Ni 30％、Co 1.5％、Mn 0.3％和La0.05％；其粒径为400目。

2.一种权利要求1所述梯度功能化的金刚石合成柱的制备方法，该方法包括混料、造粒、还原处理、冷压成型；其特征在于，具体步骤如下：

(1)石墨与触媒粉第一混合层块及石墨与触媒粉第三混合层块的制备：

a.将所需要的原料石墨粉、触媒粉及乙二醇加入混料装置中进行混合；所述石墨粉、触媒粉与乙二醇的质量比为62～70：30～38：0.12；

所述混料的方法具体如下：将准备的石墨粉置于混料装置中，然后加入乙二醇混合均匀，停机、加入触媒粉，开机混合均匀，即得到均匀混合料；

所述石墨粉与乙二醇在混料装置中混料时间为15～25min，加入触媒粉后的混料时间为20～30min；混料时电机功率为15～20kW、电机转速为0～50rpm；

b.将步骤a混合后的物料进行造粒处理，得到原料颗粒；所述造粒在对辊造粒机中进行，造粒机的工作转速为42转/min，造粒完成后得到原料颗粒的粒径为2mm；

c.将步骤b得到的原料颗粒进行还原处理，得到还原颗粒；所述还原处理在氢气还原炉中进行，原料颗粒还原时的温度为1000～1100℃、还原时间为6～8小时；

d.对步骤c得到的还原颗粒进行冷压成型，冷压成型完成后即得到石墨与触媒粉第一混合层块；所述冷压成型在自动液压机中进行压制成型处理，自动液压机的工作压力为40MPa；

e.重复步骤a、b、c、d，制备得到石墨与触媒粉第三混合层块；

(2)石墨与触媒粉第二混合层块的制备：

按照步骤(1)所述的步骤制备石墨与触媒粉第二混合层块；所述石墨与触媒粉第二混合层块制备过程中，石墨粉、触媒粉与乙二醇的质量比为：60～55：40～45：0.12；

(3)将步骤(1)及步骤(2)制备的石墨与触媒粉第一混合层块、石墨与触媒粉第二混合层块、石墨与触媒粉第三混合层块按照由下向上的顺序平行叠放，即可得到所述的梯度功能化的金刚石合成柱。