一种用于合成金刚石聚晶的触媒组件及成型装置的制作方法

本实用新型属于金刚石聚晶的合成领域，具体涉及一种用于合成金刚石聚晶的触媒组件及成型装置。

背景技术：

金刚石聚晶是一种把金刚石与结合剂在高温高压烧结而成的聚合物，具有极高的耐热性和热稳定性。随着技术水平的不断进步，六面顶压机合成设备合成金刚石及聚晶的合成腔体迅速扩大，大尺寸金刚石及聚晶不断被合成，但目前可合成出的大尺寸聚晶均由粗粒度微粉组成，细粒度聚晶依然局限于小尺寸水平。

相对传统的粉末混合技术制备金刚石聚晶的方法，高压熔渗生长法更有利于制备高致密度、高耐磨性的纯金刚石聚晶。黄海亮等(超硬材料工程，2011年6月，第23卷第3期)研究了一种热稳定金刚石聚晶，其合成过程的组装结构包括金属杯、填充于金属杯内的金刚石微粉层，以及与金刚石微粉层的顶部端面接触的顶部触媒片。金刚石聚晶制备过程中，顶部触媒片熔化后在压力差的作用下进入金刚石层并完成渗透，促进生成金刚石聚晶。

然而，采用传统组装方式难以合成大尺寸细粒度金刚石聚晶，这是由于随着组装结构体积的增大，合成块内各部位的压力梯度变大，底部中心部位压力偏低，加上金刚石微粉粒度较细，导致金属触媒由于动力不足难以完全扫越至底部，导致金刚石聚晶底部缺失金属触媒而出现欠烧等现象，无法合成出大尺寸细粒度金刚石聚晶。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于合成金刚石聚晶的触媒组件。本实用新型同时提供一种合成金刚石聚晶的成型装置。

为了实现以上目的，本实用新型的触媒组件所采用的技术方案是：

一种用于合成金刚石聚晶的触媒组件，包括用于设于金刚石微粉层顶部的顶部触媒件以及用于设于金刚石微粉层底部中间位置的底部触媒件。

本实用新型的用于合成金刚石聚晶的触媒组件，通过在金刚石微粉层的底部中间位置设置底部触媒件，弥补合成大尺寸细粒度金刚石聚晶合成过程中，金属触媒难以扫越至底部的不足，使金刚石聚晶的合成过程顺利进行，可顺利合成出直径大于16mm，高度大于12mm的细粒度金刚石聚晶。

所述金刚石微粉层的直径≥16mm，高度≥12mm。所述金刚石微粉层中的金刚石微粉的粒度≤10μm。

所述顶部触媒件为圆片状结构，所述底部触媒件为管状结构，底部触媒件的直径小于顶部触媒件的直径。优选的，所述底部触媒件的高度与金刚石微粉层的高度之比为(0.2-0.4)：1，底部触媒件的直径与金刚石微粉层的直径之比为(0.1-0.3)：1。

为提高底部触媒件的熔渗效果，优选所述底部触媒件的壁厚≤0.5mm。

本实用新型的合成金刚石聚晶的成型装置，包括金属杯及与金属杯配合的金属盖，还包括用于设于金刚石微粉层顶部的顶部触媒件以及用于设于金刚石微粉层底部中间位置的底部触媒件。

所述顶部触媒件为圆片状结构，所述底部触媒件为管状结构，底部触媒件的轴线垂直于金属杯底面。优选的，所述顶部触媒件的直径与金属杯的内径相等，所述底部触媒件的直径小于顶部触媒件的直径。进一步优选的，所述底部触媒件的高度与金刚石微粉层的高度之比为(0.2-0.4)：1，底部触媒件的直径与金刚石微粉层的直径之比为(0.1-0.3)：1。

为提高底部触媒件的熔渗效果，优选所述底部触媒件的壁厚≤0.5mm。

所述底部触媒件或顶部触媒件可选择钴或其他材质。所述金属杯为钽杯、铌杯或钼杯。

所述金属盖包括顶板和设于顶板下端的套筒段，所述套筒段的高度不小于顶部触媒件的厚度。

进一步的，本实用新型的合成金刚石聚晶的成型装置，组装结构简单，采用该成型装置合成的金刚石聚晶无欠烧等缺陷，成品率高，性能好，对超硬材料行业大尺寸金刚石聚晶合成的发展具有一定促进作用。

附图说明

图1为大尺寸细粒度金刚石聚晶的欠烧区域的示意图；

图2为本实用新型的成型装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例

本实用新型的合成金刚石聚晶的成型装置的实施例，如图2所示，包括钼杯1，用于设于金刚石微粉层3顶部的钴片4(顶部触媒件)，金刚石微粉层的顶部端面与钼杯的开口端面平齐，钴片4的直径与钼杯的内径相等；在金刚石微粉层底部的中间位置设有钴管2(底部触媒件)，钴管2的轴线垂直于钼杯底面；在钴片4远离金刚石微粉层的端面上贴合有钼杯盖5，钼杯盖5为倒置的圆筒形杯体，包括顶板和设于顶板下端的套筒段，所述套筒段的高度不小于顶部触媒件的厚度，从而实现合成过程中钼杯的密封、屏蔽。

直径为16mm的金刚石微粉层可使用直径为3mm的底部触媒件，直径为18mm的金刚石微粉层可使用直径为5mm的底部触媒件；高度为12mm的金刚石微粉层可使用高度为3～4mm的底部触媒件，高14mm的金刚石微粉层可使用高度为4～5mm的底部触媒件。

上述组装结构通过以下方法实现：在钼杯底部中心部位放入钴管，再填充金刚石微粉形成金刚石微粉层，在金刚石微粉层上放置钴片，然后将钼杯盖扣在钴片表面实现密封、屏蔽，经过预压后，整体放入合成块中，合成块经高温高压下烧结后，得到大尺寸细粒度金刚石聚晶。

大尺寸细粒度金刚石聚晶在合成过程中的等压线和低压区域示意图如图1所示，在底部中心部位压力偏低，导致金属触媒由于动力不足难以完全扫越至底部，最终使金刚石聚晶出现欠烧。采用本实用新型的成型装置，可在欠烧区域形成触媒扫越，弥补传统组装方式的不足，易于合成大尺寸细粒度金刚石聚晶。

在本实用新型的成型装置的其他实施例中，金属杯、金属杯盖的材质可选自钽、铌或钼，金属触媒可选择合金触媒；底部触媒件可选择方管，方管的高度、孔尺寸可根据实验确定。

本实用新型的用于合成金刚石聚晶的触媒组件的实施例，与上述成型装置中，顶部触媒件和底部触媒件的结构相同，在此不再详述。