叶蜡石块组装方式与合成工艺关系的研究①

丁增杰，薛胜辉

（郑州华晶金刚石股份有限公司，郑州450001）

叶蜡石块组装方式与合成工艺关系的研究①

丁增杰，薛胜辉

（郑州华晶金刚石股份有限公司，郑州450001）

在六面顶压机上采用粉末工艺技术进行了Φ40腔体组装高度不变和组装块高度提高合成金刚石产品的试验。分析了试验中出现的现象，表明组装块高度提高不仅提高了金刚石产品的产量，并且有效降低了万克拉顶锤的消耗。对试验效果的分析表明，合成腔体与合成压力一定的情况下，组装高度不变比组装块高度提高合成金刚石的生产效益要差很多，并且顶锤消耗也高。因此，提高组装块的高度是降低顶锤消耗、提高单次合成产量的选择方向。

金刚石；组装高度；合成产量；顶锤消耗

但技术人员在实际操作过程中还发现，不论是片状平装方式还是粉状混装方式，由于其组装方式或原料本身比较松散，与理论要求的密度还有较大的差距，再加上两端的绝缘片、加热片和导电钢圈配合间隙，导致合成压力提升较多，容易超出设备所能承受的压力，致使设备出现事故，锤耗偏高［3］。笔者认为在合成腔体不变的情况下，增加加热方向的高度，进而改善加压合成时两端的配合间隙是提高单次合成产量、减少设备事故的较好思路。

1 叶蜡石块组装设计

超高温高压下的组装块（如图1所示）是由合成金刚石所用的原材料合成棒，即石墨和触媒混合粉和位于石墨柱两端的导电钢圈以及合成棒外围的加热元件、绝缘元件、传压密封介质叶蜡石块按照一定方式组装而成的块状体。组装方式从外到内为：外围采用叶蜡石与白云石复合介质作为传压密封材料，两端采用导电钢圈进行通电加热，导电钢圈与其内侧加热元件紧密接触，通电时通过导电钢圈使加热元件本身发热，然后经过与加热元件内侧紧密接触的绝缘元件，透过绝缘元件把热量传至与绝缘元件内侧紧密接触的合成棒，使石墨在超高温高压条件下转化为金刚石。

图1 叶蜡石块组装方式示意图Fig.1 Sketch map of pyrophyllite blocks assembly method

2 合成工艺

在六面顶合成设备上采用粉末合成工艺（如图2所示），并严格遵循合成工艺要素，使其避过成核多的生长区域，直接到达所要求的生长点。

图2 粉末合成工艺示意图Fig.2 Sketch map of powder synthesis technology

3 实验

（1）实验设备：Φ650缸径铰链式六面顶压机；

（2）实验腔体：Φ40mm；

（3）实验材料：粉状混装合成块；

（4）实验方法：我们将Φ40腔体叶蜡石组装块内的导电钢圈逐次加高，每次加高0.1mm，高出外围的叶蜡石块高度。加压合成时，压缩合成棒与两端的绝缘片、加热片和导电钢圈配合间隙，以达到降低合成工艺压力参数与顶锤消耗的效果，而且始终控制在设备所承受的压力范围之内，使其能够生长出高品级金刚石。

4 实验结果与分析

表1 组装高度不变提高合成压力的合成效果Table 1 Synthetic effect with raising synthesis pressure and without changing assembly height

表2 合成压力不变提高组装压实高度的合成效果Table 2 Synthetic effect with increasing assembly height and without changing synthesis pressure

（1）表1说明，同样的合成腔体，在组装高度一定的情况下，合成压力提高4MPa，单次合成产量上升了9.5ct，万克拉顶锤消耗上升了0.4kg。这种高度一定的组装方式，要想获得理想的合成效果，必须提高合成压力，合成压力的逐步上升直接影响了设备的使用寿命，也导致万克拉顶锤消耗呈上升走向，严重影响了生产效益。

（2）表2说明，同样的合成腔体，随着组装块高度的逐步增加，在合成压力一定的情况下，单次合成产量呈稳步上升走向，组装块高度提高0.5mm，单次合成产量上升了6ct，万克拉顶锤消耗下降了0.2kg，呈明显的下降趋势。此种方法合成腔体与合成压力没有任何变化，表明此种方法对设备的使用寿命没有影响；随着组装块高度的逐步增加，单次合成产量与顶锤消耗得到了明显的提高，说明此种方法大大提高了生产效益。同时也证明在腔体和合成压力不变的情况下，提高组装块的高度是降低顶锤消耗、提高单次合成产量的选择方向。

5 结论

（1）合成腔体、组装高度一定的情况下，随着合成压力的提高，单次合成产量和万克拉顶锤消耗呈大幅度上升的趋势。

（2）合成腔体与合成压力一定的情况下，组装块高度提高0.5mm，单次合成产量上升了6ct，万克拉顶锤消耗下降了0.2kg，表明提高组装块的高度是降低顶锤消耗、提高单次合成产量的较好思路。

［1］ 王秦生.超硬材料及制品［M］.郑州：郑州大学出版社，2006.6.

［2］ 方啸虎.中国超硬材料新技术与进展［M］.合肥：中国科学技术大学出版社，2003.12.

［3］ 李福平，等.中国超硬材料行业技术发展论坛论文集［M］.中国机床工具工业协会超硬材料分会编，2007.11.

Research on relationship of pyrophyllite blocks assembly methods and synthesis technology

DING Zeng－jie，XUE Sheng－hui
（Zhengzhou Sino Crystal Diamond Joint Stock Co.，Ltd.，Zhengzhou450001，China）

In the paper，it has studied diamond synthesis of Φ40mm cavity synthetic block with，heightening and unchanging assembly height using powder synthesis technology by cubic press.Analysis of the test shows that heightening assembled blocks can not only increase the diamond yield，but also decrease the anvil consumption per ten thousand carats.By analyzing the testing result it shows that the productivity effect of heightening assembly heigh is much better than unchanged assembled height with fixed synthesis cavity and synthesis pressure.and the anvil consumption is also lower.Therefore，heightening assembly height of pyrophyllite blocks is a trend to decrease the anvil consumption and improve the single synthesis production.

synthetic diamond；assembled height；synthetic yield；anvil consumption

TQ164

A

1673－1433（2012）04－0014－03

0 引言

众所周知，目前国内普遍使用的合成金刚石设备是铰链式六面顶压机，合成金刚石的方法是静压触媒法；合成技术主要包括原辅材料选择、高压腔体设计、合成工艺参数确定以及技术人员操作等［1］。此技术方法主要是为了获得高品级金刚石，在这些方面，众多学者、专家与专业人士深入探索，在实践中促进超硬材料行业不断上升到新的台阶。单从高压腔体的设计方面来说，组装方式从由水平放置的石墨片和触媒片每隔一片上下相间叠加而成的片状平装合成棒提高到采用一定比例的鳞片状石墨粉和触媒粉，并加适量的粘结剂，混合均匀，预压制成合成棒的粉状混装方式，此方式给金刚石的生长提供了一个良好的“生长空间”［2］，使转化成的金刚石在晶体形状、颜色和透明度方面获得了客户的认同。

2012－07－10

丁增杰，男，郑州华晶金刚石股份有限公司原材料事业部实习。