间接加热技术中陶瓷杯材料的性能研究

摘要研究了五种不同的陶瓷杯材料：叶腊石、白云石、氧化镁、氧化铝、基于白云石复合材料；对五种不同陶瓷杯材料的成分、性能进行对比；同时采用它们合成金刚石，并对合成金刚石的Ti、TTi以及其它性能对比，得出结论：基于白云石复合材料陶瓷杯合成出金刚石的晶形、颜色、强度等指标明显优于其它几种材料。因此，在实际生产中大量采用基于白云石复合材料陶瓷杯。
关键词陶瓷杯材料金刚石合成

Influence of Ceramic Cup Material on Diamond Synthesis
Abstract Five kinds of different ceramic cup materials，ie，pyrophyllite，dolomite，magne—sia，aluminum oxide，dolomite compound materials were studied and compared and also used to synthesize diamonds．After testing Ti，TTi and other properties of synthesized diamonds，we found out that their color，strength and etc．were much better than other materials with the ce—ramie cup materials based on the dolomite synthesizing diamonds．Therefore，the ceramic cup
materials based on dolomite are widely used in the actual production．
Key words ceramic cup material diamond synthesis

1 绪论

        中国工业金刚石合成经过45年的发展，取得了巨大的进步，到目前为止，中等粒度的金刚石性能与国外金刚石基本一样，粗颗粒金刚石国内也已经制备出来，但性能与国外金刚石尚有一定差距。金刚石合成原材料经过约40年的片状触媒片的应用，近5年来已经逐步被粉末触媒技术所替代。国内金刚石行业目前95％以上的企业使用粉末触媒技术合成高品级的金刚石。为了不断提高粉末触媒技术合成金刚石的粒度品级，近两年来，粉末触媒直接加热的方法逐渐被间接加热的方法替代。
         间接加热合成金刚石技术相对于传统的直接加热方法合成金刚石技术有以下几大明显的优势：
        ①间接加热方法合成电流只有直接加热的三分之一，较大的节约了电费。
         ②间接加热方法中合成金刚石原材料使用范围宽，间接加热合成柱中触媒粉末的比例一般可以从30％到70％。直接加热合成柱中触媒粉末比例只能在30％左右，如果触媒比例高，在直接加热时由于合成电流太高，合成工艺不稳定，没办法控制。
         ③间接加热方法可大幅度提高合成时问，而合成金刚石的硬质合金顶锤消耗又较低。同时合成时间的延长，有利于高品级粗颗粒金刚石(35／40粒度以上)生长。
        总之，间接加热方法已成为粉末触媒合成技术的必然发展方向。随着国内工具行业对高品级粗颗粒金刚石需求的不断增加，间接加热方法在合成金刚石中的应用与研究必将获得更大的空间。但目前国内关于间接加热方法中使用的最关键的陶瓷杯材料的制备性能没有研究，极大地影响了间接加热方法在合成金刚石中的推广应用。陶瓷杯材料极大地影响合成金刚石的工艺与合成金刚石的质量。
       本文详细分析了五种不同的陶瓷杯材料。研究结果表明，陶瓷杯材料不仅影响合成金刚石工艺参数，而且也极大地影响合成金刚石的产量，质量，颜色等。

2 不同陶瓷杯材料合成金刚石的实验设计

2．1陶瓷杯制备
本实验采用五种材料制备陶瓷杯，分别为叶腊石(北京门头沟地区产)，白云石(北京房山地区产)，氧化铝(99％铝)，电熔氧化镁，基于白云石复合材料。上述材料经过破碎研磨到120目以细，加入同等比例的添加剂混合均匀，经过热注射办法成型为 qb44mm×‘4M2mm×16．5mm(h)杯状体，并且在900t2中烧结4小时，成型用于金刚石合成。

     2．2金刚石合成实验
        合成金刚石高压设备为6×25MN铰链式六面顶液压机，合成反应腔体组装形式如图1所示。其中合成柱为安泰科技制备的J35—40M型合成柱，尺寸为彬1．5mm×15．5mm，主要用于合成35／40为主粒度峰值的高品级金刚石。金刚石合成工艺采用如图2所示工艺曲线。在合成上要求有以下两点：
       ①合成金刚石晶型最大比例为六八面体。
        ②采用相同的合成时间，加热时间为40min。

①镁杯 ②铁条 ③石墨纸 ④石墨片 ⑤薄片 ⑥合成柱
⑦钢帽 ⑨叶腊石片 ⑨白云石片(或铁红片) ⑩叶腊石
图l 组装结构

图2 合成工艺参数曲线

3 合成金刚石的结果与讨论

3．1几种陶瓷杯材料的理化性能
几种陶瓷杯材料主要成份对比如表l，性能对比如表2。

表1 陶瓷杯材料原料的成分对比

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">种类

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">Sio²

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">AL²O³

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">MgO

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">CaO

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">ZrO2

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">FeO

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">其余

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">叶腊石

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">48.27

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">41.33

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">0.07