[發明專利]一種金剛石合成腔體的密封材料

有效

• 申請號: 201210266515.7
• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN102773043A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 王志濤;劉乾坤;丁銳;徐華雷
• 申請（專利權）人: 中南鉆石股份有限公司
• 主分類號: B01J3/06
• 分類號: B01J3/06
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳;張智偉

技術領域

本發明屬于金剛石合成技術領域，具體涉及一種金剛石合成腔體的密封材料。

背景技術

合成金剛石過程中，為了使合成塊受到盡可能接近靜水壓的壓力，應采用合適的材料來承擔起密封、傳壓、保溫等作用。業內現狀和文獻（例如陳天虎，王道軒，方嘯虎，唐述培.?白云石內襯材料在合成金剛石傳壓密封介質中的作用.高壓物理學報，2001：291-296）表明，傳壓和保溫的需要可采用以白云石為主體成分的襯管來滿足，高溫高壓密封的需要目前一般采用粘土礦物粉壓塊來滿足。密封介質和傳壓介質可以看做兩種相對獨立的材料，本發明只涉及密封介質。在高溫高壓的使用條件下，粉壓塊邊楞的一小部分被擠壓進入頂錘的間隙內，當介質受的推擠力與介質流動阻力相等時，介質停止流動并形成密封層；介質流動阻力由內摩擦力與外摩擦力構成，內摩擦力即介質內部顆粒之間的摩擦力，外摩擦力即介質與頂錘表面的摩擦力。如果介質流動性太大，密封層太薄，泄壓時介質回彈尺寸小于頂錘回撤的尺寸，這將導致卸壓放炮；如果介質流動性太小，密封層太厚，則達到應有的合成效果需要消耗太多頂錘壓力，更有甚者在介質內部結合脆弱之處出現裂縫而導致放炮。因此密封介質必須有適當的高溫高壓流動性，目前難以找到具有這樣合適流動性的單種原料，一般是將高流動性原料與低流動性原料進行適當復配，并加入適當結合劑制成復配型（也可稱為復合型）密封介質。

公開號為CN1243765A的發明專利申請記載的密封介質由75wt%葉臘石與25wt%添加劑組成，添加劑最佳重量份數之比為高嶺石亞族礦粉:鋁土礦粉:綠泥石粉:石英粉:氧化鐵粉=20:40:20:16:4。其中，葉臘石、高嶺石、鋁土礦粉、綠泥石粉都屬于高流動性的組分，石英與氧化鐵屬于低流動性的組分。石英在合成金剛石的加熱保溫期間有多種相變和晶粒體積變化，有時會降低密封介質的性能；氧化鐵在高溫缺氧的條件下會變為氧化亞鐵同時體積收縮，導致密封性能削弱。

Cannon等申請的6338754號美國專利記載了：復配型密封材料典型配方是63.5wt%滑石，20.8wt%石榴石與15.7wt%水玻璃。Carter等申請的5858525號美國專利記載了：密封材料典型配方是滑石?69wt%、石英9wt%、鋯英粉14wt%、水玻璃8wt%。石榴石的缺點是其組成及性能因產地不同而有很大差異；鋯英石的缺點是來源稀缺、價格高。

公開號為CN101934208A的專利申請記載的金剛石合成用葉蠟石粉壓塊，由下述重量百分比的原料組成:葉蠟石粉80、鋁土礦粉3-5、云母粉2-3、硅灰石粉2-3、輝綠石粉3-5、水玻璃7-7.5。硅灰石在高溫下會部分分解為氧化鈣與氧化硅，進而與密封層內的其他硅酸鹽反應形成低熔點的物質導致密封層流動性提高而密封性能削弱。輝綠石科學的名稱為輝綠巖，其成分與性能隨產地或批次的不同而差異很大，這樣不利于密封材料的工藝穩定和性能穩定。現有技術使用水玻璃為結合劑把礦物顆粒結合成粉壓塊，這使得密封介質的化學組成方面提高了氧化鈉及氧化硅的含量。氧化鈉是堿性很強的氧化物，在高溫下容易促使硅酸鹽礦物反應生成低熔點易流動的產物，這就削弱了低流動性原料應有的作用。

發明內容

為克服現有密封介質所用的石英、氧化鐵、石榴石、鋯英石、硅灰石、輝綠巖、水玻璃等原料的上述不足，本發明的目的在于提供一種不含對金剛石生長不利元素的金剛石合成腔體的密封材料。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種金剛石合成腔體的密封材料，原料組成為：層狀硅酸鹽礦物50-85wt%、莫來石4-40wt%、磷酸二氫鋁溶液3-18wt%，其中磷酸二氫鋁溶液的濃度按P₂O₅計不超過33wt%。

進一步，原料組成優選為：層狀硅酸鹽礦物63-81wt%、莫來石12-29wt%、磷酸二氫鋁溶液7-8wt%，其中磷酸二氫鋁溶液的濃度按P₂O₅計為20-33wt%。

較好地，所述層狀硅酸鹽礦物優選由70-75wt%的10-36目的粗粉和25-30w%的36目以細的細粉兩部分組成。

較好地，細粉目數優選為36目以細180目以粗。

所述層狀硅酸鹽礦物為本領域技術人員的常規選擇，本發明優選葉臘石、滑石或高嶺石中的一種或其組合。

制備方法：首先將層狀硅酸鹽礦物、莫來石、磷酸二氫鋁溶液混勻，混料完成后，經過壓制成型、焙燒制得密封材料。