專利名稱：合成高強(qiáng)度金剛石用觸媒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合成高強(qiáng)度金剛石用觸媒。
眾所周知，國(guó)外靜壓合成金剛石的壓機(jī)噸位大，合成腔體亦大，多用鎳、鈷等過(guò)渡族的單一金屬或以此為基組成的合金態(tài)觸媒。相反，國(guó)內(nèi)壓機(jī)噸位小，合成腔體小，設(shè)備的保溫保壓性能差，一般用多元合金組成的觸媒。如國(guó)內(nèi)早期使用的Ni-Cr-Fe，Ni40-Mn30-Co30，Ni-Mn30等?，F(xiàn)在通用的且使用長(zhǎng)達(dá)十多年的是Ni70-Mn25-Co5。
隨著近幾年合成金剛石的大量外銷，人們發(fā)現(xiàn)，大多成交的以低質(zhì)金剛石為主，無(wú)法穩(wěn)定供應(yīng)高強(qiáng)度金剛石。況且，隨著國(guó)內(nèi)金剛石制品業(yè)的迅猛發(fā)展，高強(qiáng)度金剛石在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已供不應(yīng)求。其原因除上述的設(shè)備問(wèn)題外，更主要的原因是我國(guó)使用的Ni70-Mn25-Co5觸媒合成的金剛石氣孔多，透明度差，雜質(zhì)含量高，磁性大，強(qiáng)度低，以致嚴(yán)重影響金剛石的使用效果。
本發(fā)明旨在充分發(fā)揮我國(guó)現(xiàn)有小型設(shè)備潛力基礎(chǔ)上，提供一種合成高強(qiáng)度金剛石用觸媒，在合成工藝接近的條件下，用該種觸媒合成出的金剛石與Ni70-Mn25-Co5對(duì)比，具有氣孔率低，雜質(zhì)含量少，透明度高，無(wú)磁性或顯弱磁性，顏色金黃帶油綠色，45～50、50～60目的強(qiáng)度高出3～10公后，是制作高質(zhì)電鍍及金屬結(jié)合劑金剛石制品的理想原料。
本發(fā)明提供了一種合成高強(qiáng)度金剛石用觸媒，其化學(xué)成分為(重量)錳1～20%，碳0.02～1%，鈷0～4%，余量為鎳和微量的鐵、硅及雜質(zhì)。
本發(fā)明觸媒合金元素的作用以及成分范圍確定的理由如下NiNi是合成金剛石用觸媒的重要元素之一，Ni的晶體結(jié)構(gòu)與金剛石接近，對(duì)碳有較大的溶解度，在7GPa、1400℃下即可轉(zhuǎn)化為金剛石，1500℃以上金剛石的轉(zhuǎn)化率為70%以上。由于我國(guó)合成金剛石的壓機(jī)噸位較小，用純Ni作觸媒時(shí)，需要較高的合成溫度和壓力，因此，選用純Ni作觸媒，在我國(guó)不合適，其具體含量要視合成金剛石的設(shè)備及其它觸媒組元的添加量來(lái)確定，本發(fā)明觸媒選定Ni含量為(重量)75～98.98%。
Mn在Ni-Mn狀態(tài)圖中，Mn的加入明顯降低熔點(diǎn)，同時(shí)與Ni生成多種化合物。在Ni-Mn0-40-Co5系列觸媒合成實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)，隨著Mn的增加，觸媒對(duì)C的溶解度增大，合成出的金剛石的粒度變粗，但金剛石的透明度、顏色、強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性變差，同時(shí)氣孔率及雜質(zhì)含量明顯增多。多次試驗(yàn)證實(shí)，Mn含量不宜超過(guò)20%。
COCO與Ni在國(guó)外常以單一金屬作為觸媒使用，在合成金剛石方面，CO和Ni有很多相似之處。在Ni基觸媒中，CO的參與可促使C的擴(kuò)散速度加快。CO在高溫下形成的碳化物的晶格常數(shù)接近金剛石，有利于金剛石的成核及長(zhǎng)大，同時(shí)易造成金剛石裹雜，致使金剛石顯磁性，這就給合成的電鍍金剛石制品帶來(lái)不利影響，加之CO的價(jià)格高，本發(fā)明的CO含量限制在≤4%。
C在觸媒的制作中，C通常作為一種脫氧劑來(lái)使用。而本發(fā)明是將C作為觸媒的組元之一，因?yàn)橛|媒中本身含C，可減少在合成金剛石時(shí)，高溫高壓下C的擴(kuò)散和溶解過(guò)程，從而改善了金剛石的成核、長(zhǎng)大的合成條件。本發(fā)明選定的最佳C含量為0.02～1%。
本發(fā)明合成高強(qiáng)度金剛石用觸媒的制作工藝如下熔鑄熔鑄分別在25kg或50kg真空中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行。坩堝用電熔鎂砂摻部分鋁鎂尖晶石搗制。原料為1＃電解Ni，1＃電解Mn，1＃電解鈷和高純石墨粉。熔煉溫度為1250～1600℃，真空度控制在10-2～10-3乇。待爐料全部熔完后，精煉10～15分鐘，接著在真空下澆鑄成35×50×400mm的長(zhǎng)方錠。
熱處理鑄錠經(jīng)剝皮無(wú)缺陷后，置入箱式電爐內(nèi)，經(jīng)940℃×2小時(shí)均勻化退火處理。
熱軋本發(fā)明觸媒的熱塑性較好，使用φ320×450mm熱軋機(jī)，在750℃～940℃經(jīng)十多道次軋制，可得到約3mm厚帶材。
中間退火為了消除加工硬化及加工應(yīng)力，熱軋后的帶材需在箱式電阻爐內(nèi)經(jīng)940℃×1小時(shí)退火處理。
酸洗高溫處理及熱軋后，帶材表面形成較厚一層堅(jiān)硬的黑色氧化皮，在HCl及FeCl3溶液中浸泡去除，之后經(jīng)HNO3光亮酸洗。
冷軋沖片在φ170×300mm冷軋機(jī)上，經(jīng)近20道次軋制成0.5mm厚的帶材，然后用6.5～10噸沖床沖片，成品為φ18×0.5mm，φ21×0.5mm等多種規(guī)格。
本發(fā)明合成高強(qiáng)度金剛石用觸媒，與目前公認(rèn)最好的Ni70-Mn25-Co5觸媒在同等條件下進(jìn)行多次對(duì)比，多家用戶反應(yīng)的共同特點(diǎn)是本發(fā)明的觸媒合成45～50、50～60目金剛石強(qiáng)度高出3～10公斤，金剛石的透明度高、氣孔率少、無(wú)明顯夾雜，顏色好，而金剛石制品廠家反應(yīng)該種觸媒合成的金剛石具有磁性小，熱穩(wěn)定性高、晶型好，能明顯地提高金剛石制品的使用壽命。
表1列舉了本發(fā)明觸媒與Ni70-Mn25-Co5觸媒在同等條件下合成金剛石的結(jié)果和部分性能對(duì)比。
表1
本發(fā)明的觸媒原料成本約高于Ni70-Mn25-Co5，而合成金剛石的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)大于Ni70-Mn25-Co5。因此，該種觸媒是一種合成高質(zhì)量高強(qiáng)度金剛石的理想原料。同時(shí)，該觸媒的大量推廣應(yīng)用，將為充分發(fā)揮我國(guó)近800臺(tái)小噸位壓機(jī)的作用奠定牢固的基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種合成高強(qiáng)度金剛石用觸媒，其特征是含(重量)錳1～20%，碳0.02～1%，余量為鎳和微量的鐵、硅及雜質(zhì)。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的觸媒，其特征是還含有(重量)鈷0～4%。
全文摘要
本發(fā)明為合成高強(qiáng)度金剛石用觸媒，其化學(xué)成分為(重量)錳1—20％，碳0.02—1％，鈷0—4％，余量為鎳和微量的鐵、硅及雜質(zhì)，用該觸媒合成的金剛石Φ18腔體單產(chǎn)約4克拉，45—50、50—60目強(qiáng)度20公斤左右，50—60目以粗提取率50％以上。用該觸媒合成的金剛石透明度高；氣孔率低，雜質(zhì)含量少，無(wú)磁性或弱磁性，顯金黃帶油綠色，是高質(zhì)電鍍和金屬結(jié)合劑金剛石制品的理想原料。
文檔編號(hào)B01J3/06GK1063237SQ9110661
公開(kāi)日1992年8月5日 申請(qǐng)日期1991年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1991年1月19日
發(fā)明者郭朝林 申請(qǐng)人:郭朝林