[其他]一種粗顆粒高強度燒結多晶金剛石及其制備方法和用途

無效

• 申請號: 86104032
• 申請日: 1986-06-14
• 公開（公告）號: CN86104032A
• 公開（公告）日: 1987-12-23
• 發明（設計）人: 沈主同;池用謙;孫幗顯;張青哲;王文君
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: C01B31/06
• 分類號: C01B31/06
• 代理公司: 中國科學院專利事務所
• 代理人: 李悅,高存秀

本發明涉及一種粗顆粒高強度燒結的多晶金剛石及其制備方法和用途。

目前，粗顆粒（0.3-1.2毫米）、高強度金剛石的研制方法主要有三種。第一種是在高壓生長磨料級（0.3毫米左右及以下）金剛石的樣品裝配基礎上，即片狀觸媒和石墨多層裝配，修改某些工序，如分段升壓升溫和增長保溫時間等，來控制金剛石的成核率和生長速度，以提高原有試樣中金剛石晶體的粒度比和質量。關于這種高壓生長法在“晶體生長”（科學出版社，1981）第十章人造金剛石第585-595和614-615頁中已有描述。這種方法存在的問題是工藝復雜、質量難以保證、成品率不高、高壓容器壽命下降，特別是隨著粒度增粗就更顯出其存在的問題，因此成本高而停留在實驗室階段。第二種是高壓下獲得的大顆粒多晶金剛石破碎后經分選可得到部分粗顆粒金剛石并在一定范圍內獲得應用。這種方法存在的問題是工藝上有一定難度、強度波動范圍較大、外形和粒度難以按預定要求控制、所要求的某一粒度的成品率難以保證。第三種是高壓下燒結粗顆粒金剛石，這是在高壓下燒結大顆粒金剛石工藝基礎上改變裝樣孔徑，采用石墨片上打出多孔，裝料后進行高壓燒結可得到粗顆粒金剛石。這種方法可以控制外形和粒度的要求，周期較短，但工藝復雜、裝料不便、樣品強度不高、成品率不高。所以目前也沒有獲得成功。冶金、地質、建材和石油等工業部門大量采用粗顆粒、高強度天然金剛石鑲制孕鑲鉆頭和鋸片，在困難和特難條件下工作取得較高的效益。目前，只能用0.3毫米以下的高強度來局部代用相應粒度的天然金剛石。至于0.3毫米以上的，主要是0.5-1.2毫米的粗顆粒、高強度天然金剛石還不能用人造的進行代替。

本發明不同于已有研制粗顆粒高強度金剛石的技術，是按預定要求的粒度和強度及外形，采用特制的基體，在高壓下形成一種新型粗顆粒高強度金剛石，是代替相應粒度高強度天然金剛石的一種好材料。

高壓下影響燒結金剛石過程的因素很多，而在燒結粗顆粒金剛石過程中顯出很大的影響。例如在燒結大顆粒金剛石樣品裝配中采用碳管爐裝料，金剛石原料比較集中在碳管內部中心且所占比例較大，對于因固體介質加壓引起的切變應力等因素尚不夠敏感。而在燒結粗顆粒金剛石中采用多孔碳片裝料和作爐體就使得這種因素達到敏感程度，以至樣品的成品率和強度不高，失去使用價值。本發明采用特制基體來控制金剛石的粒度、調劑整體強度、強化金剛石燒結過程等來達到預定粒度和強度的要求，同時還在鑲制和使用過程中對所形成的金剛石起保護和支承作用。關于金剛石原料和特制基體的單位體積比例V_D與所用材料強度的關系式為

V_D= (σ_B-σ_BD)/(σ_B-σ_D) ，

式中σ_B為特制基體的強度，σ_BD為含有多個粗顆粒高強度金剛石特制基體的強度，σ_D為粗顆粒高強度金剛石的強度，粗顆粒的下限粒度高強度是指（1.5-2.0）×10⁴公斤/平方厘米，隨著粒度增粗該值可降到1.0×10⁴公斤/平方厘米。還可以參照這種關系式估算這種金剛石在基體中的粒數。

本發明不同于已有研制粗顆粒高強度金剛石的技術，是按預定要求的粒度和強度，選用特制基體，它的組分由（MoW）C、WC、TiC、Co、Ni、Fe、Mn、Cr物質不同組合而成的，它內含有相應于所要求粗顆粒金剛石粒度的孔徑，使各種細粒（包括磨料級）金剛石在高壓高溫下在基體內形成一種粗顆粒高強度多晶金剛石。圖1為樣品裝配的剖面圖。圖中，1是特制基體，2是細粒金剛石原料，3是碳管爐。裝有細粒金剛石原料的特制基體，按一個或多個裝入碳管爐中，再把碳管爐經凈化處理后裝進高壓高溫介質葉蠟石的試樣孔里。組裝后在壓力60-90缶巴和溫度1500-2500℃及保溫15-40秒作用下，可獲得一個或多個含有粗顆粒高強度多晶金剛石的基體。