一種多晶金剛石的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超硬材料合成領(lǐng)域，具體為一種多晶金剛石的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002 ]多晶金剛石是利用獨特的定向爆破法由石墨制得，高爆速炸藥定向爆破的沖擊波使金屬飛片加速飛行，撞擊石墨片從而導致石墨轉(zhuǎn)化為多晶金剛石。其結(jié)構(gòu)與天然的金剛石極為相似，通過不飽和鍵結(jié)合而成，具有很好的韌性。
[0003]多晶金剛石結(jié)構(gòu)與天然的金剛石極為相似，由球形的微晶聚集而成，微晶尺寸僅有3-10nm。多晶金剛石具有優(yōu)異的磨削性能，較高的去除率和韌性，具有自銳性;與單晶金剛石比起來，更不容易產(chǎn)生表面劃傷;更適合用來研磨表面由不同硬度材料構(gòu)成的工件。
[0004]多晶金剛石作為精密磨料，用于藍寶石、磁頭、硬盤、硬質(zhì)玻璃和晶體、陶瓷以及硬質(zhì)合金的超精密研磨和拋光，如用于LED藍寶石的減薄。作為鍍膜添加劑，用于金屬模具、工具、部件等的鍍膜，能夠大大提高表面耐磨性、表面硬度、延長使用壽命。多晶金剛石主要用于研磨，一般配制成研磨液來使用。
[0005]也有可能制作刀具，切割時不容易產(chǎn)生崩裂。多晶金剛石材料可以用作用于切割、機械加工、碾磨、研磨、鉆孔或退化硬或粗糙材料例如巖石、金屬、陶瓷、復合材料和含木質(zhì)材料的各種各樣的工具中的磨具，例如，包含多晶金剛石材料的工具鑲嵌件在石油和天然氣鉆探行業(yè)中廣泛應用于向土地中鉆孔的鉆頭中。
[0006]與較粗的晶粒結(jié)構(gòu)相比，由于較細的晶粒結(jié)構(gòu)通常會含有較多的溶劑/催化劑或金屬粘合劑，因此它們趨向于顯示出降低的熱穩(wěn)定性。這種較細晶粒結(jié)構(gòu)在最優(yōu)特性上的降低會導致實際應用中的實質(zhì)問題，然而在實際應用中最優(yōu)性能需要提高的耐磨性。
[0007]通常情況下，多晶金剛石是在超高壓高溫條件下，是用很長的時間與觸媒金屬的參與下，由石墨轉(zhuǎn)化而成的高品級多晶人造金剛石。這種傳統(tǒng)的長時間的合成生產(chǎn)，成本比較高，生產(chǎn)效率低且產(chǎn)品質(zhì)量得不到穩(wěn)定控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種多晶金剛石的制造方法，將基礎(chǔ)材料置于真空室內(nèi)，在真空室內(nèi)創(chuàng)造一個高溫環(huán)境，之后注入碳氫化合物氣體和含有第三族元素的化合物氣體，采用氣相沉積法得到石墨，再對石墨加熱加壓，使其轉(zhuǎn)化為多晶金剛石，最后對多晶金剛石進行清洗、烘干、提純和分級，得到最終產(chǎn)品。
[0009]—種多晶金剛石的制造方法，其包括如下步驟:
(I)準備真空室，使真空室的真空度達到2-10Gpa。
[0010](2)加熱，將基礎(chǔ)材料在真空室內(nèi)加熱到1500-3000攝氏度。加熱方法可使用已知的常見技術(shù)，例如，可以安裝加熱器，可以把加熱溫度在1500攝氏度以上的基材直接或間接放到真空室內(nèi)。
[0011](3)注入氣體，將碳氫化合物氣體和含有第三族元素的化合物氣體注入真空室，真空室內(nèi)維持高溫氛圍，溫度為1500-1800攝氏度，碳氫化合物氣體和含有第三族元素的化合物氣體在真空室內(nèi)混溶反應，形成石墨顆粒沉積在基礎(chǔ)材料上。
[0012](4)轉(zhuǎn)化，經(jīng)過60M反應時間得到石墨顆粒，對真空室內(nèi)的石墨加壓，同時維持高溫，溫度為1800-3000攝氏度，壓力為8 — 12Mpa，經(jīng)過30M的反應時間，石墨轉(zhuǎn)化為金剛石。
[0013](5)處理，對多晶金剛石進行清洗、烘干、提純和分級，得到最終產(chǎn)品。
[0014]所述基礎(chǔ)材料為任何金屬、無機陶瓷材料和碳材料的一種或幾種混合。
[0015]所述石墨的密度為0.8-3.2克/立方厘米。
[0016]所述多晶金剛石晶體的尺寸為5-10nm。
[0017]本發(fā)明的有益效果
1、本發(fā)明可快速穩(wěn)定地制造多晶金剛石。
[0018]2、本發(fā)明降低了制造多晶金剛石的成本。
[0019]3、本發(fā)明可生產(chǎn)出高品級多晶人造金剛石。
[0020]4、在生產(chǎn)過程中可控性強。
[0021]5、本發(fā)明生產(chǎn)出的高品級多晶人造金剛石，適合用來研磨表面由不同硬度材料構(gòu)成的工件。
【具體實施方式】
[0022]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種多晶金剛石的制造方法，將基礎(chǔ)材料置于真空室內(nèi)，在真空室內(nèi)創(chuàng)造一個高溫環(huán)境，之后注入碳氫化合物氣體和含有第三族元素的化合物氣體，采用氣相沉積法得到石墨，再對石墨加熱加壓，使其轉(zhuǎn)化為多晶金剛石，最后對多晶金剛石進行清洗、烘干、提純和分級，得到最終產(chǎn)品。
[0023]—種多晶金剛石的制造方法，其包括如下步驟:
(I)準備真空室，使真空室的真空度達到2-10Gpa。
[0024](2)加熱，將基礎(chǔ)材料在真空室內(nèi)加熱到1500-3000攝氏度。加熱方法可使用已知的常見技術(shù)，例如，可以安裝加熱器，可以把加熱溫度在1500攝氏度以上的基材直接或間接放到真空室內(nèi)。
[0025](3)注入氣體，將碳氫化合物氣體和含有第三族元素的化合物氣體注入真空室，真空室內(nèi)維持高溫氛圍，溫度為1500-1800攝氏度，碳氫化合物氣體和含有第三族元素的化合物氣體在真空室內(nèi)混溶反應，形成石墨顆粒沉積在基礎(chǔ)材料上。
[0026](4)轉(zhuǎn)化，經(jīng)過60M反應時間得到石墨顆粒，對真空室內(nèi)的石墨加壓，同時維持高溫，溫度為1800-3000攝氏度，壓力為8-12Mpa，經(jīng)過30M的反應時間，石墨轉(zhuǎn)化為金剛石。
[0027](5)處理，對多晶金剛石進行清洗、烘干、提純和分級，得到最終產(chǎn)品。
[0028]所述基礎(chǔ)材料為任何金屬、無機陶瓷材料和碳材料的一種或幾種混合。
[0029]所述石墨的密度為0.8-3.2克/立方厘米。
[0030]所述多晶金剛石晶體的尺寸為5-10nm。
[0031]實施例1
在真空室中，三甲基硼與甲烷混合比例為1:1，反應溫度為1900攝氏度同時，真空室的真空度設(shè)置為2_4Gpa，一段時間后，襯底上的石墨上有硼積累，石墨的體積密度是2.0克/立方厘米，根據(jù)ICP極限分析，石墨的硼濃度是0.06%。
[0032]上述石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的合成溫度2200攝氏度，壓強為15Gpa，多晶體金剛石中有硼添加，多晶體鉆石的晶粒直徑(長度之間的耦合晶粒)為10 - 100納米，這個納米級別的多晶體鉆石的努氏硬度是120HK，當多晶體金剛石被切割成3毫米X I毫米大小時，基體的電阻測量是100歐姆。
[0033]實施例2
在真空室中，硼酸三甲酯與甲烷混合比例為1:1，反應溫度為1900攝氏度同時，真空室的真空度設(shè)置為2-4Gpa，一段時間后，襯底上的石墨上有硼積累，石墨的體積密度是2.0克/立方厘米，根據(jù)ICP極限分析，石墨的硼濃度是0.5%。
[0034]上述石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的合成溫度2200攝氏度，壓強為15Gpa，多晶體金剛石中有硼添加，多晶體鉆石的晶粒直徑(長度之間的耦合晶粒)為10 - 100納米，這個納米級別的多晶體鉆石的努氏硬度是120HK，當多晶體金剛石被切割成3毫米X I毫米大小時，基體的電阻測量是10歐姆。
[0035]實施例3
在真空室中，硼酸三甲酯與甲烷混合比例為1:1，反應溫度為1900攝氏度同時，真空室的真空度設(shè)置為2-4Gpa，一段時間后，襯底上的石墨上有硼積累，石墨的體積密度是2.0克/立方厘米，根據(jù)ICP極限分析，石墨的硼濃度是0.5%。
[0036]上述石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的合成溫度2200攝氏度，壓強為8Gpa，多晶體金剛石中有硼添加，多晶體鉆石的晶粒直徑(長度之間的耦合晶粒)為10 - 100納米，這個納米級別的多晶體鉆石的努氏硬度是120HK，當多晶體金剛石被切割成3毫米X I毫米大小時，基體的電阻測量是10歐姆。
[0037]實施例4
在真空室中，硼酸三甲酯與甲烷混合比例為1:1，反應溫度為1900攝氏度同時，真空室的真空度設(shè)置為2-4Gpa，一段時間后，襯底上的石墨上有硼積累，石墨的體積密度是2.0克/立方厘米，根據(jù)ICP極限分析，石墨的硼濃度是0.5%。
[0038]上述石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的合成溫度1800攝氏度，壓強為15Gpa，多晶體金剛石中有硼添加，多晶體鉆石的晶粒直徑(長度之間的耦合晶粒)為10 - 100納米，這個納米級別的多晶體鉆石的努氏硬度是120HK，當多晶體金剛石被切割成3毫米X I毫米大小時，基體的電阻測量是10歐姆。
[0039]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【主權(quán)項】
1.一種多晶金剛石的制造方法，其特征在于，其包括如下步驟: 步驟一:準備真空室，真空室的真空度達到2-10Gpa; 步驟二:加熱，將基礎(chǔ)材料在真空室內(nèi)加熱到1500-3000攝氏度； 步驟三:注入氣體，將碳氫化合物氣體和含有第三族元素的化合物氣體注入真空室，真空室內(nèi)維持高溫氛圍，溫度為1500-1800攝氏度，碳氫化合物氣體和含有第三族元素的化合物氣體在真空室內(nèi)混溶反應，形成石墨顆粒沉積在基礎(chǔ)材料上； 步驟四:轉(zhuǎn)化，經(jīng)過60m反應時間得到石墨顆粒，對真空室內(nèi)的石墨加壓，同時維持高溫，溫度為1800-3000攝氏度，壓力為8 — 12Mpa，經(jīng)過30m的反應時間，石墨轉(zhuǎn)化為金剛石；步驟五:處理，對多晶金剛石進行清洗、烘干、提純和分級，得到多晶金剛石。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶金剛石的制造方法，其特征在于，所述基礎(chǔ)材料為金屬材料、無機陶瓷材料和碳材料的一種或幾種混合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶金剛石的制造方法，其特征在于，所述石墨的密度為.0.8-3.2克/立方厘米。
【專利摘要】本發(fā)明涉及超硬材料合成領(lǐng)域，具體為一種多晶金剛石的制造方法。本發(fā)明提供一種多晶金剛石的制造方法，將基礎(chǔ)材料置于真空室內(nèi)，在真空室內(nèi)創(chuàng)造一個高溫環(huán)境，之后注入碳氫化合物氣體和含有第三族元素的化合物氣體，采用氣相沉積法得到石墨，再對石墨加熱加壓，使其轉(zhuǎn)化為多晶金剛石。本發(fā)明可快速穩(wěn)定地制造多晶金剛石，降低了制造多晶金剛石的成本，生產(chǎn)出高品級多而且在生產(chǎn)過程中可控性強。
【IPC分類】B01J3/06, C01B31/06
【公開號】CN105561882
【申請?zhí)枴緾N201510994708
【發(fā)明人】連新蘭, 毛寶占
【申請人】河南廣度超硬材料有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月28日