一种合成块的制作方法

1.本实用新型涉及人造金刚石聚晶合成技术领域，具体而言，涉及一种合成块。


背景技术：

2.人造金刚石聚晶(polly-crystalline diamond，简称pcd)因其高硬度、高耐磨性、抗冲击等优越的性能，在地质钻探钻具、材料加工刀具、磨具等领域获得了广泛应用。目前pcd的合成方法是将工业人造金刚石微粉与co等金属粘结剂混合、烧结成型，但其内部含有co等金属粘结剂。在常压-高温下，易将金刚石重新转化成石墨，不利于高温环境下使用。
3.而现有的高温-高压温度梯度法所使用的合成块无法合成pcd。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种合成块，以改善上述问题。为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下
5.本技术提供了一种合成块，包括：合成模板，所述合成模板上开设有至少一个合成盲孔，每个所述合成盲孔内均设有至少一层金刚石微粉层、至少一层催化剂层和至少一层碳源层；两个导电钢帽，两个所述导电钢帽分别位于所述合成模板的上方和下方；以及加热管，所述加热管套设于所述合成模板外表面。
6.进一步地，所述合成模板为两个，两个所述合成模板的底壁分别与一个导电钢帽接触，所述合成块内从上到下依次为金刚石微粉层、催化剂层、碳源层、催化剂层和金刚石微粉层。
7.进一步地，两个所述合成模板之间夹设有隔板。
8.进一步地，所述合成模板上开设有与合成盲孔数目相同的安置盲孔，每个所述安置盲孔分别设于一个合成盲孔内，每个所述合成盲孔内均设有柱体，每个所述柱体的一端部均设于安置盲孔内，每个所述柱体的另一端部的端面均与合成模板端面齐平。
9.进一步地，所述安置盲孔的内径与所述柱体的直径相同。
10.进一步地，所述柱体和所述隔板均为mgo或zro2或mgo-zro2复合材料制成。
11.进一步地，所述合成盲孔为柱状。
12.本实用新型的有益效果为：
13.本实用新型改造合成块的结构，使其可以利用高温-高压温度梯度法的技术路线，合成不同形状的、不含金属粘结剂的人造金刚石聚晶产品，例如可以根据所需生产需求调整合成盲孔的形状，而不含金属粘结剂的人造金刚石聚晶，其耐磨性将大大增加，例如在用作超高压纳米匀质机阀孔、阀芯后，使用寿命可超过100小时，比含粘结剂同类金刚石聚晶产品提高4倍以上。
14.本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
16.图1为本实用新型中所述的实施例的结构示意图；
17.图2为本实用新型中所述的合成模板的结构示意图。
18.图中标记：1、合成模板；11、合成盲孔；111、安置盲孔；2、导电钢帽；3、加热管；4、金刚石微粉层；5、催化剂层；6、碳源层；7、隔板；8、柱体。
具体实施方式
19.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.目前普通pcd的合成方法，是将工业人造金刚石微粉与co等金属粘结剂混合、成型后，置于约6gpa-1500℃的高温-高压下烧结而成。采用上述方法制备的金刚石聚晶，其内部均含有co等金属粘结剂。这些金属通常对金刚石又具有催化作用，在常压-高温下，易将金刚石重新转化成石墨。而pcd经常需要在高温工况下使用：例如作为车刀进行材料加工、作为钻头进行地质钻探等；而在其他一些室温-强磨损的使用条件下：例如水刀喷嘴、纳米超高压匀质阀孔(阀芯)等，超细粉体又会快速将pcd中的金属粘结剂磨除，使金刚石晶粒失去支撑与互联，最终导致pcd的不正常快速磨损。例如目前纳米超高压匀质机在处理氧化硅、氧化铝等硬度较高的无机纳米粉末时，其pcd阀座、阀芯的工作寿命仅为20小时左右。
22.高温-高压温度梯度法所使用的合成块目前仅用于合成人造金刚石单晶。为了使用高温-高压温度梯度法制备pcd，参见图1，图中示出一种合成块，包括合成模板1、两个导电钢帽2、加热管3、叶蜡石穿压介质、保温层。本合成块由外到内依次为叶蜡石传压介质、保温层和合成模板1。具体而言，加热管3套设于合成模板1外表面，用于对合成模板1加热，而两个导电钢帽2分别位于合成模板1的上方和下方用于向合成模块提供高温。在本实施例中，由mgo或zro2或mgo-zro2复合材料材料制成的合成模板1上开设有至少一个合成盲孔11，每个合成盲孔11内均设有至少一层金刚石微粉层4、至少一层催化剂层5和至少一层碳源层6。具体而言，合成盲孔11的数量由合成盲孔11的大小决定，而盲孔的大小由生产所需的pcd
的尺寸有关，所需的pcd越大其所需要的合成盲孔11的空间越大，以一个合成模板1为一个单位体积来说，一个合成模板1上所能开设的合成盲孔11数量被合成模板1的体积限制，换而言之，一个合成模板1上所能开设的合成盲孔11数量最终由所需生产的pcd大小所制约，参见图2，图2示出了本实施例中合成模板1上能开设四个合成盲孔11。而在合成盲孔11内设置的原料的层数优选为一层金刚石微粉层4、一层催化剂层5和一层碳源层6，其中对于不同的合成工艺，金刚石微粉层4、催化剂层5和碳源层6的层数数量、厚度以及堆叠方式都可以不同，即本实施中不对金刚石微粉层4、催化剂层5和碳源层6的层数数量进行具体的限制。
23.进一步地，在本实施中，为了能实现直接合成柱状、片式等形状pcd，盲孔的形状由所需合成的pcd的形状决定，在本实施例中优选为柱状。同时，为了提升能量利用率，在单次合成中能生产更多的pcd，在本实施中，合成模板1的数量为两个，两个合成模板1的底壁分别与一个导电钢帽2接触，参见图1，两个合成模板1相对设置并且相互接触形成一种上下对称的结构，这种合成块的结构能与现有的高温-高压温度梯度法所相适应，利用超高压合成工艺中的发热元件温场上-下对称的特点，有效提升单次合成的效率。
24.进一步地，在上文中所采用的上下对称的方式设置合成模块，其在放置有金刚石微粉层4、催化剂层5和碳源层6会存在在放置时，一端的合成模块内的金刚石微粉层4、催化剂层5和碳源层6会在重力的作用下掉落出来，为了减少上述现象发生的记录，便于实际生产中装填金刚石微粉层4、催化剂层5和碳源层6。在本实施例中，参见图1，两个合成模板1之间夹设有隔板7，其中为了最后合成的pcd质量不受到隔板7的影响，在本实施例中对于隔板7优选为mgo或zro2或mgo-zro2复合材料材料制成，需要说明的是，在本实施例中所采用的碳源为石墨。
25.并且为了实现对环形pcd产品的生产，在本实施例中，合成模板1上开设有与合成盲孔11数目相同的安置盲孔111，安置盲孔111设于合成腔内，合成盲孔11内设有柱体8，柱体8的一端部设于安置盲孔111内，柱体8的另一端部的端面与合成模板1端面齐平。因此在本实施例中可以通过控制柱体8的尺寸和形状可以控制最终合成的pcd产品的内环尺寸和大小。同时为了减少柱体8与安置盲孔111的间隙，减少pcd产品异形的概率，在本实施例中，安置盲孔111的内径与柱体8的直径相同。并且与上文中所提及的理由相同，在本实施例中对于柱体8优选为mgo或zro2或mgo-zro2复合材料材料制成。
26.通过上采用上述结构的实施例，可以利用现有的高温-高压温度梯度法生产的无粘结剂人造金刚石聚晶，采用本实施例在高温-高压温度梯度法下合成的无粘结剂人造金刚石聚晶由于不含金属粘结剂，在用作超高压纳米匀质机阀孔、阀芯后，使用寿命可超过100小时，比含粘结剂同类金刚石聚晶产品提高4倍以上。
27.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
28.以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。