葉蠟石塊組裝方式與合成工藝關(guān)系的研究①

丁增杰，薛勝輝

（鄭州華晶金剛石股份有限公司，鄭州450001）

葉蠟石塊組裝方式與合成工藝關(guān)系的研究①

丁增杰，薛勝輝

（鄭州華晶金剛石股份有限公司，鄭州450001）

在六面頂壓機(jī)上采用粉末工藝技術(shù)進(jìn)行了Φ40腔體組裝高度不變和組裝塊高度提高合成金剛石產(chǎn)品的試驗(yàn)。分析了試驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象，表明組裝塊高度提高不僅提高了金剛石產(chǎn)品的產(chǎn)量，并且有效降低了萬(wàn)克拉頂錘的消耗。對(duì)試驗(yàn)效果的分析表明，合成腔體與合成壓力一定的情況下，組裝高度不變比組裝塊高度提高合成金剛石的生產(chǎn)效益要差很多，并且頂錘消耗也高。因此，提高組裝塊的高度是降低頂錘消耗、提高單次合成產(chǎn)量的選擇方向。

金剛石；組裝高度；合成產(chǎn)量；頂錘消耗

但技術(shù)人員在實(shí)際操作過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，不論是片狀平裝方式還是粉狀混裝方式，由于其組裝方式或原料本身比較松散，與理論要求的密度還有較大的差距，再加上兩端的絕緣片、加熱片和導(dǎo)電鋼圈配合間隙，導(dǎo)致合成壓力提升較多，容易超出設(shè)備所能承受的壓力，致使設(shè)備出現(xiàn)事故，錘耗偏高［3］。筆者認(rèn)為在合成腔體不變的情況下，增加加熱方向的高度，進(jìn)而改善加壓合成時(shí)兩端的配合間隙是提高單次合成產(chǎn)量、減少設(shè)備事故的較好思路。

1 葉蠟石塊組裝設(shè)計(jì)

超高溫高壓下的組裝塊（如圖1所示）是由合成金剛石所用的原材料合成棒，即石墨和觸媒混合粉和位于石墨柱兩端的導(dǎo)電鋼圈以及合成棒外圍的加熱元件、絕緣元件、傳壓密封介質(zhì)葉蠟石塊按照一定方式組裝而成的塊狀體。組裝方式從外到內(nèi)為：外圍采用葉蠟石與白云石復(fù)合介質(zhì)作為傳壓密封材料，兩端采用導(dǎo)電鋼圈進(jìn)行通電加熱，導(dǎo)電鋼圈與其內(nèi)側(cè)加熱元件緊密接觸，通電時(shí)通過(guò)導(dǎo)電鋼圈使加熱元件本身發(fā)熱，然后經(jīng)過(guò)與加熱元件內(nèi)側(cè)緊密接觸的絕緣元件，透過(guò)絕緣元件把熱量傳至與絕緣元件內(nèi)側(cè)緊密接觸的合成棒，使石墨在超高溫高壓條件下轉(zhuǎn)化為金剛石。

圖1 葉蠟石塊組裝方式示意圖Fig.1 Sketch map of pyrophyllite blocks assembly method

2 合成工藝

在六面頂合成設(shè)備上采用粉末合成工藝（如圖2所示），并嚴(yán)格遵循合成工藝要素，使其避過(guò)成核多的生長(zhǎng)區(qū)域，直接到達(dá)所要求的生長(zhǎng)點(diǎn)。

圖2 粉末合成工藝示意圖Fig.2 Sketch map of powder synthesis technology

3 實(shí)驗(yàn)

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備：Φ650缸徑鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)；

（2）實(shí)驗(yàn)腔體：Φ40mm；

（3）實(shí)驗(yàn)材料：粉狀混裝合成塊；

（4）實(shí)驗(yàn)方法：我們將Φ40腔體葉蠟石組裝塊內(nèi)的導(dǎo)電鋼圈逐次加高，每次加高0.1mm，高出外圍的葉蠟石塊高度。加壓合成時(shí)，壓縮合成棒與兩端的絕緣片、加熱片和導(dǎo)電鋼圈配合間隙，以達(dá)到降低合成工藝壓力參數(shù)與頂錘消耗的效果，而且始終控制在設(shè)備所承受的壓力范圍之內(nèi)，使其能夠生長(zhǎng)出高品級(jí)金剛石。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

表1 組裝高度不變提高合成壓力的合成效果Table 1 Synthetic effect with raising synthesis pressure and without changing assembly height

表2 合成壓力不變提高組裝壓實(shí)高度的合成效果Table 2 Synthetic effect with increasing assembly height and without changing synthesis pressure

（1）表1說(shuō)明，同樣的合成腔體，在組裝高度一定的情況下，合成壓力提高4MPa，單次合成產(chǎn)量上升了9.5ct，萬(wàn)克拉頂錘消耗上升了0.4kg。這種高度一定的組裝方式，要想獲得理想的合成效果，必須提高合成壓力，合成壓力的逐步上升直接影響了設(shè)備的使用壽命，也導(dǎo)致萬(wàn)克拉頂錘消耗呈上升走向，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效益。

（2）表2說(shuō)明，同樣的合成腔體，隨著組裝塊高度的逐步增加，在合成壓力一定的情況下，單次合成產(chǎn)量呈穩(wěn)步上升走向，組裝塊高度提高0.5mm，單次合成產(chǎn)量上升了6ct，萬(wàn)克拉頂錘消耗下降了0.2kg，呈明顯的下降趨勢(shì)。此種方法合成腔體與合成壓力沒(méi)有任何變化，表明此種方法對(duì)設(shè)備的使用壽命沒(méi)有影響；隨著組裝塊高度的逐步增加，單次合成產(chǎn)量與頂錘消耗得到了明顯的提高，說(shuō)明此種方法大大提高了生產(chǎn)效益。同時(shí)也證明在腔體和合成壓力不變的情況下，提高組裝塊的高度是降低頂錘消耗、提高單次合成產(chǎn)量的選擇方向。

5 結(jié)論

（1）合成腔體、組裝高度一定的情況下，隨著合成壓力的提高，單次合成產(chǎn)量和萬(wàn)克拉頂錘消耗呈大幅度上升的趨勢(shì)。

（2）合成腔體與合成壓力一定的情況下，組裝塊高度提高0.5mm，單次合成產(chǎn)量上升了6ct，萬(wàn)克拉頂錘消耗下降了0.2kg，表明提高組裝塊的高度是降低頂錘消耗、提高單次合成產(chǎn)量的較好思路。

［1］ 王秦生.超硬材料及制品［M］.鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2006.6.

［2］ 方嘯虎.中國(guó)超硬材料新技術(shù)與進(jìn)展［M］.合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2003.12.

［3］ 李福平，等.中國(guó)超硬材料行業(yè)技術(shù)發(fā)展論壇論文集［M］.中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)超硬材料分會(huì)編，2007.11.

Research on relationship of pyrophyllite blocks assembly methods and synthesis technology

DING Zeng－jie，XUE Sheng－h(huán)ui
（Zhengzhou Sino Crystal Diamond Joint Stock Co.，Ltd.，Zhengzhou450001，China）

In the paper，it has studied diamond synthesis of Φ40mm cavity synthetic block with，heightening and unchanging assembly height using powder synthesis technology by cubic press.Analysis of the test shows that heightening assembled blocks can not only increase the diamond yield，but also decrease the anvil consumption per ten thousand carats.By analyzing the testing result it shows that the productivity effect of heightening assembly heigh is much better than unchanged assembled height with fixed synthesis cavity and synthesis pressure.and the anvil consumption is also lower.Therefore，heightening assembly height of pyrophyllite blocks is a trend to decrease the anvil consumption and improve the single synthesis production.

synthetic diamond；assembled height；synthetic yield；anvil consumption

TQ164

A

1673－1433（2012）04－0014－03

0 引言

眾所周知，目前國(guó)內(nèi)普遍使用的合成金剛石設(shè)備是鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)，合成金剛石的方法是靜壓觸媒法；合成技術(shù)主要包括原輔材料選擇、高壓腔體設(shè)計(jì)、合成工藝參數(shù)確定以及技術(shù)人員操作等［1］。此技術(shù)方法主要是為了獲得高品級(jí)金剛石，在這些方面，眾多學(xué)者、專家與專業(yè)人士深入探索，在實(shí)踐中促進(jìn)超硬材料行業(yè)不斷上升到新的臺(tái)階。單從高壓腔體的設(shè)計(jì)方面來(lái)說(shuō)，組裝方式從由水平放置的石墨片和觸媒片每隔一片上下相間疊加而成的片狀平裝合成棒提高到采用一定比例的鱗片狀石墨粉和觸媒粉，并加適量的粘結(jié)劑，混合均勻，預(yù)壓制成合成棒的粉狀混裝方式，此方式給金剛石的生長(zhǎng)提供了一個(gè)良好的“生長(zhǎng)空間”［2］，使轉(zhuǎn)化成的金剛石在晶體形狀、顏色和透明度方面獲得了客戶的認(rèn)同。

2012－07－10

丁增杰，男，鄭州華晶金剛石股份有限公司原材料事業(yè)部實(shí)習(xí)。