[其他]一種粗顆粒高強(qiáng)度燒結(jié)多晶金剛石及其制備方法和用途

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 86104032
• 申請(qǐng)日: 1986-06-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN86104032A
• 公開(kāi)（公告）日: 1987-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈主同;池用謙;孫幗顯;張青哲;王文君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院物理研究所
• 主分類號(hào): C01B31/06
• 分類號(hào): C01B31/06
• 代理公司: 中國(guó)科學(xué)院專利事務(wù)所
• 代理人: 李悅,高存秀

本發(fā)明涉及一種粗顆粒高強(qiáng)度燒結(jié)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(qiáng)度金剛石的研制方法主要有三種。第一種是在高壓生長(zhǎng)磨料級(jí)（0.3毫米左右及以下）金剛石的樣品裝配基礎(chǔ)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(zhǎng)保溫時(shí)間等，來(lái)控制金剛石的成核率和生長(zhǎng)速度，以提高原有試樣中金剛石晶體的粒度比和質(zhì)量。關(guān)于這種高壓生長(zhǎng)法在“晶體生長(zhǎng)”（科學(xué)出版社，1981）第十章人造金剛石第585-595和614-615頁(yè)中已有描述。這種方法存在的問(wèn)題是工藝復(fù)雜、質(zhì)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(wèn)題，因此成本高而停留在實(shí)驗(yàn)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(jīng)分選可得到部分粗顆粒金剛石并在一定范圍內(nèi)獲得應(yīng)用。這種方法存在的問(wèn)題是工藝上有一定難度、強(qiáng)度波動(dòng)范圍較大、外形和粒度難以按預(yù)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(jié)粗顆粒金剛石，這是在高壓下燒結(jié)大顆粒金剛石工藝基礎(chǔ)上改變裝樣孔徑，采用石墨片上打出多孔，裝料后進(jìn)行高壓燒結(jié)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(fù)雜、裝料不便、樣品強(qiáng)度不高、成品率不高。所以目前也沒(méi)有獲得成功。冶金、地質(zhì)、建材和石油等工業(yè)部門大量采用粗顆粒、高強(qiáng)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(qiáng)度來(lái)局部代用相應(yīng)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(qiáng)度天然金剛石還不能用人造的進(jìn)行代替。

本發(fā)明不同于已有研制粗顆粒高強(qiáng)度金剛石的技術(shù)，是按預(yù)定要求的粒度和強(qiáng)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(qiáng)度金剛石，是代替相應(yīng)粒度高強(qiáng)度天然金剛石的一種好材料。

高壓下影響燒結(jié)金剛石過(guò)程的因素很多，而在燒結(jié)粗顆粒金剛石過(guò)程中顯出很大的影響。例如在燒結(jié)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(nèi)部中心且所占比例較大，對(duì)于因固體介質(zhì)加壓引起的切變應(yīng)力等因素尚不夠敏感。而在燒結(jié)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(dá)到敏感程度，以至樣品的成品率和強(qiáng)度不高，失去使用價(jià)值。本發(fā)明采用特制基體來(lái)控制金剛石的粒度、調(diào)劑整體強(qiáng)度、強(qiáng)化金剛石燒結(jié)過(guò)程等來(lái)達(dá)到預(yù)定粒度和強(qiáng)度的要求，同時(shí)還在鑲制和使用過(guò)程中對(duì)所形成的金剛石起保護(hù)和支承作用。關(guān)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(qiáng)度的關(guān)系式為

V_D= (σ_B-σ_BD)/(σ_B-σ_D) ，

式中σ_B為特制基體的強(qiáng)度，σ_BD為含有多個(gè)粗顆粒高強(qiáng)度金剛石特制基體的強(qiáng)度，σ_D為粗顆粒高強(qiáng)度金剛石的強(qiáng)度，粗顆粒的下限粒度高強(qiáng)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(guān)系式估算這種金剛石在基體中的粒數(shù)。

本發(fā)明不同于已有研制粗顆粒高強(qiáng)度金剛石的技術(shù)，是按預(yù)定要求的粒度和強(qiáng)度，選用特制基體，它的組分由（MoW）C、WC、TiC、Co、Ni、Fe、Mn、Cr物質(zhì)不同組合而成的，它內(nèi)含有相應(yīng)于所要求粗顆粒金剛石粒度的孔徑，使各種細(xì)粒（包括磨料級(jí)）金剛石在高壓高溫下在基體內(nèi)形成一種粗顆粒高強(qiáng)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(xì)粒金剛石原料，3是碳管爐。裝有細(xì)粒金剛石原料的特制基體，按一個(gè)或多個(gè)裝入碳管爐中，再把碳管爐經(jīng)凈化處理后裝進(jìn)高壓高溫介質(zhì)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(gè)或多個(gè)含有粗顆粒高強(qiáng)度多晶金剛石的基體。