MarkingSuper——length PCD by Means of Cubic Chamber
Abstract Cylinder chamber is popularly used in diamond crystal and PCD production on cubicpresses made in china．When making super—length PCD，cubic chamber can effectively im—prove distribution of temperature and pressure in synthetic area，The ratio of abrasive resist—ance，shape，output and finished products are improved．
Key words cubic chamber super—length PCD finished product rate
1 前言
国内聚晶生产已有近40年的历史，从结构类型上分为烧结型和生长型，生长型又有钴基和硅基两大类；从用途上分为钻探类聚晶、拉丝模聚晶、热稳定聚晶(TSP)和磨宝石聚晶等；形状上有圆柱形、三角形和异形等。在高压合成过程中，当聚晶的最大尺寸与最小尺寸的比值超过2：1时，聚晶很容易断裂，当比值超过3：1时，断裂更加严重，成品率往往不足60％。通过降低回程压力，可在一定程度上提高成品率，但幅度有限。本文认为，造成聚晶断裂的主要原因是聚晶内部存在应力，在卸压过程尤其是回程过程中存在冲击，当聚晶内部的结合力不足以抵抗冲击和内部应力的共同作用时，聚晶就会断裂。聚晶内部的应力主要是由组装结构造成的。现在普遍采用的外方内圆的叶腊石块，合成腔内存在比较大的压力梯度，而聚晶分布的不均匀，使得合成腔内的电流密度不均匀，存在一定的温度梯度。提高超长聚晶的成品率，应该从组装方式人手。
2 方腔体的特点
2．1 压力分布
对于外方内圆的合成腔体，从图l可以看出，石墨模具到顶锤的距离不同，因此，石墨模具所受的压力不同，合成腔内存在明显的压力梯度，在卸压的过程中，合成腔中的压力梯度很有可能使部分聚晶断裂。对于外方内方的合成腔体，从图2可以看出来，石墨模具到顶锤的距离相同，合成腔内无结构引起的压力梯度。
图 1 图 2
2．2 温度分布
从图3可以看出，对于外方内圆的合成腔体，金刚石聚晶的分布无法做到均匀分布，导电石墨的分布就更加不均匀，进而电流密度的分布不均匀，聚晶受热不均匀，聚晶内部存在热应力。对于外方内方的合成腔体，从图4可以看出，金刚石聚晶可以做到均匀分布，大大减低聚晶内部的热应力。
图 3 图 4nextpage
3．2 6×6×26聚晶
对于6×6×26聚晶，长宽比超过4：1，采用圆柱形腔体很难排布，且腔体的利用率很低，合成电流极高，合成时往往造成烧钢碗的情况，从而引起放炮，而聚晶由于温度低的原因磨耗低。署硐图5所示的方腔体，四层叠装，层与层之间用厚度0．05～0．I mm的钼片隔开。由于聚晶的几何尺寸比3×3×10的大，因此，具有较强的抗冲击能力。合成后用王水除去金属钼，然后球磨，便得到6×6×26聚晶。某单位利用方腔体生产此规格聚晶10000粒，成品率达到98．4％，取得了令人满意的结果。
圆腔体与方腔体生产情况对照表
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>合成情况
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>合成块数(块)
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>合成粒数(粒)
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>生产总数（粒）
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>成品率（%）
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>合成电流（A）
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=left>废品情况（%）
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=left>腔体
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>断裂
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>扭曲
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>磨耗比低
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=left>圆腔体
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>100
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>36
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>3600
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>51.2
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>2100
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>30.8
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>12.3
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>5.7
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=left>方腔体
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>100
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>60
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>6000
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>93.7
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>1300
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>1.8
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>2.8
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: left" align=left>1.7
此外，由于金刚石料与石墨模具的收缩率不同，对于超长聚晶，组装时要求聚晶对齐。实际生产情况表明，当两个石墨模具错开20。以上时，超长聚晶基本上全部断裂。由于空气阻力的影响，圆形腔体很难保证不转动，特别是在多层组装的情况下，层与层之间往往错位，轻者影响聚晶形状，重者造成聚晶断裂。方腔体很好地解决了聚晶对不齐的问题。
图5
4 讨论
4．1 不论单晶还是聚晶的合成，一直以来，国内普遍采用圆柱形腔体。笔者认为，这种情况的原因可能是 ：(1)受两面顶压机合成腔体的影响。两面顶压机的合成腔本身就是圆柱形，采用圆柱形腔体当然是比较理想的，而六面顶压机的合成腔是立方体，采用圆柱形合成腔，如图l所示，必定会造成压力场的分布不匀。(2)叶腊石加工上的难度。笔者于2000年首次采用方腔体时，只能用锉刀将圆柱形腔体加工成方腔体，直到2003年下半年，北京增方源公司经过努力，制造出了边长53ram、内孔为23 X23mm的方腔体叶腊石。(3)原材料加工上存在难度。对于圆片状的触媒和碳片，通过简单的车制就可实现，而方片状的触媒和石墨则需要在铣床上实现。
4．2 同样大小的正方形和圆的面积比是4：π，在高度相同的情况下，腔体的体积比也是4：π。笔者认为，适当调节加热方式，将方腔体用于单晶合成，很可能提高单产，这有待于验证。
5 结论
①方腔体可有效改善合成腔内的压力分布，使聚晶受力均匀。
②使用方腔体，能使聚晶的排布均匀，大大改善合成腔内的温度分布，有效减小聚晶内部的热应力。
③方腔体可提高腔体的利用率，有效降低合成电流，在提高产能的同时，降低了顶锤消耗。
