合成金刚石用加热元件的制作方法
【专利摘要】合成金刚石用加热元件，其特征在于：包括加热管和加热片，加热管的材料为合金，合金由以下质量百分比的原料组成：纯化的铬金属10-22%，钼金属3-8%，钛金属2-5%，余量为铁金属。本发明所述的加热元件电阻为1.9-2.6μΩ·m（20℃），因此电能利用率高；壁厚薄，最薄能够达到0.02mm，能够增加合成腔体的体积，增加产量；本发明所述的加热元件的壁厚可以更薄，经试验检测，壁厚为0.04mm条件下电阻值最高，电能利用率最佳。
【专利说明】合成金刚石用加热元件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金刚石合成用加热件，确切地说是一种合成金刚石用加热元件。【背景技术】
[0002]人造金刚石是在高温高压下合成的，合成设备主要是六面顶压机。合成所需高温采用向合成块中的加热元件通电加热的方式间接加热。目前的间接加热方式的合成块为合成芯住外围套钢杯，钢杯外围涂覆绝缘层，绝缘层外围套加热元件。目前现有的加热元件为加热管和加热片，材质为石墨板材。该加热元件的电阻较低，壁厚较厚，因此电能利用率低，合成腔体小，影响合成产量。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本发明的目的是提供一种合成金刚石用加热元件。
[0004]合成金刚石用加热元件，包括加热管和加热片，加热片扣装在加热管上，加热管的材料为合金，合金由以下质量百分比的原料组成:纯化的铬金属10-22%，钥金属3-8%，钛金属2-5%，余量为铁金属。
[0005]所述的加热片的材料为石墨板材。
[0006]所述的加热管的厚度为0.02-0.05mm。
[0007]所述的加热管的制作方法为:①将铬金属置入80°C溴酸钾溶液中，超声波振动I分钟，再用蒸馏水冲洗2分钟，烘干，得到纯化的铬金属；②按下述重量百分比取原料:纯化的铬金属10-22%，钥金属3-8%，钛金属2-5%，余量为铁金属；③将钥金属、钛金属、铁金属和纯化的铬金属加入冶炼炉中熔炼，得到毛坯，将毛坯锻压为合金金属带；④将将步骤③制备合金金属带剪切，剪切后`的金属带的长度与制备成型的加热管的周长相同；使用金属清洗剂对合金金属带表面进行清洗；将合金金属带焊接成管状；⑤管状的金属带在置入烧结淬火一体炉内进行氢气气氛烧结I小时，再进行风冷淬火处理，得到加热管。
[0008]步骤⑤制备的加热管置入浓硝酸20s，取出后擦拭干净。
[0009]所述的加热管的制备方法中步骤⑤中的烧结淬火一体炉包括炉体，炉体底部设置氢气进气管4，炉体内均匀设置数根接热管；炉体内设置数个固定圈，固定圈分层排列，固定圈的侧边与炉体内壁通过固定柄连接，固定圈上均匀分布数个固定座，固定座由数根呈圆形均匀分布竖杆和圆环组成，圆环将与各个竖杆连接，固定圈设置固定座处开设通孔；炉体上安装搅拌装置和通气装置，搅拌装置和通气装置分别与炉体配合，所述的搅拌装置由封盖、搅拌电机、搅拌轴、搅拌叶组成，封盖与炉体的顶部配合，封盖顶部设置搅拌电机，封盖下部设置搅拌轴，搅拌轴与搅拌电机的输出轴连接，搅拌轴上设置搅拌叶，搅拌轴穿过固定圈；所述的通气装置由顶盖、冷风进气管4、环形管、数个冷风支管连接构成，顶盖与炉体的顶部配合，顶盖上部安装环形管，环形管上连接冷风进气管4，环形管下部设置冷风支管，冷风支管上开设出风口，冷风支管底部为通透的孔，冷风支管穿过通孔，出风口的高度与固定座位置相同。所述的炉体底部为弧形底。[0010]本发明的优点在于:本发明所述的加热元件电阻为1.9-2.6ιιΩ.m(20°C)，因此电能利用率高；壁厚薄，最薄能够达到0.02mm，能够增加合成腔体的体积，增加产量；本发明所述的加热元件的壁厚可以更薄，经试验检测，壁厚为0.04mm条件下电阻值最高，电能利用率最佳。加热管整体强度高、导热性好，与其他合金的加热管相比，经过处理的铬金属带不再有氧化的三氧化二铬的杂质，合金中杂质少、纯度高，导热效果好；钛与钥之间具有固溶强化作用，低温状态下塑形高，便于加工成形；钥能够增加导热性和低的膨胀系数，在高温下(1100~1650°C)有高的强度。
【专利附图】
【附图说明】 [0011]图1是本发明的结构示意图之一；图2是沿图1A-A线的剖视结构示意图；图3是本发明的结构示意图之二 ；图4是本发明的搅拌装置的结构示意图；图5是本发明通气装置结构意图；图6是图5的俯视结构意图；图7是图1的I局部放大结构意图。
[0012]附图标记:1搅拌电机2封盖3搅拌轴4氢气进气管5固定柄6固定圈7固定座8金属带9搅拌叶10炉体11加热管12弧形底13通孔14冷风进气管15环形管16顶盖17冷风支管18出风口。
【具体实施方式】
[0013]合成金刚石用加热元件，包括加热管和加热片，加热片扣装在加热管上，加热管的材料为合金，合金由以下质量百分比的原料组成:纯化的铬金属10-22%，钥金属3-8%，钛金属2-5%，余量为铁金属。
[0014]制备每1000g合金由以下原料组成:
1、纯化的铬金属100g，钥金属30g，钛金属20g，铁金属850g:电阻为1.9u Ω.πι(20。。)，壁厚0.05mm; 2、纯化的铬金属160g，钥金属50g，钛金属40g，铁金属750g:电阻为2.3u Ω.m(20°C)，壁厚0.02mm ； 3、纯化的铬金属220g，钥金属80g，钛金属50g，铁金属650g:电阻为 2.2ιιΩ * m (20°C)，壁厚 0.03mm ;
4、纯化的铬金属180g,钥金属70g,钛金属30g,铁金属720g:电阻为2.6u Ω.m(20°C )，壁厚 0.04mm。
[0015]所述的加热片的材料为石墨板材，加热片可以采用合金，能够进一步提高电能利用率。但优选采用石墨板材，由于加热片与金刚石接触面积有限，提高的电能利用率有限，所以仍采用石墨板材，降低生产的成本。
[0016]所述的加热管的制作方法为:①将铬金属置入80°C溴酸钾溶液中，超声波振动I分钟，再用蒸馏水冲洗2分钟，烘干，得到纯化的铬金属；铬金属的表面在空气中氧化形成三氧化二铬，经过该步骤处理后，三氧化二铬溶于溴酸钾溶液中，避免加热管中含有三氧化二铬，影响加热管的质量，提高合金的纯度，避免因杂质产生进一步氧化破坏加热管的强度，增加加热管的寿命；超声波振动能够加快三氧化二铬的溶解速度，减少该步骤的时间，增加效率；蒸馏水冲洗保持铬金属表面清洁，去除残留在表面的溴酸钾。②按下述重量百分比取原料:纯化的铬金属10-22%，钥金属3-8%，钛金属2-5%，余量为铁金属；③将钥金属、钛金属、铁金属和步骤②制备的纯化的铬金属加入冶炼炉中熔炼，得到毛坯，将毛坯锻压为合金金属带。经过熔炼和锻压后，各金属有效分散，保持合金金属带各个部位的稳定性和一致性。④将将步骤③制备合金金属带剪切，剪切后的金属带的长度与制备成型的加热管的周长相同；使用金属清洗剂对合金金属带表面进行清洗；清洗后将合金金属带表面的杂质去除，避免下一步焊接过程中合金金属带表面的杂质影响焊接的质量，提高焊接质量；将合金金属带焊接成管状；⑤管状的金属带在置入烧结淬火一体炉内进行氢气气氛烧结I小时，再进行风冷淬火处理，得到加热管。在氢气气氛中进行烧结，能够将残留的氧化物进行还原，提高加热管的纯度，提高电阻；风冷淬火能够对合金进行一次改性，进一步将电阻值提高10%，增加电能利用率。步骤⑤制备的加热管置入浓硝酸20s，取出后擦拭干净。金属管表面在浓硝酸中迅速钝化，表面产生一层保护膜，避免金属管长期在空气中被氧化，提高金属管的寿命。
[0017]管状的金属带在可以在普通的氢气气氛烧结炉内进行烧结，再移送至风冷淬火炉中进行淬火处理，但是由于其结构的特殊性，目前没有一种氢气气氛烧结炉和风冷淬火炉能够满足上述要求。并且在移送过程中，容易损坏高温状态下的管状金属带，造成损失。为了克服上述问题，如图1和图3所示，所述的烧结淬火一体炉包括炉体10，炉体10底部设置氢气进气管4，氢气由底部进入炉体10，由于氢气质量轻向上将空气挤出，当炉体10顶部测试到氢气气氛时可以停止通氢气。炉体10内均匀设置数根接热管11，加热管11为炉体10提高温度，数根加热管11均匀分布，将炉体10内各个部位的温度同时提高。如图2所示，炉体10内设置数个固定圈6，固定圈6分层排列，有效利用炉体10的空间，固定圈6的侧边与炉体10内壁通过固定柄5连接，固定圈6上均匀分布数个固定座7，金属带8套装在固定座7上，如图7所示，固定座7由数根呈圆形均匀分布竖杆和圆环组成，圆环将与各个竖杆连接，这种结构方便风冷淬火时冷风通过。固定圈6设置固定座7处开设通孔13。炉体10上安装搅拌装置和通气装置，搅拌装置和通气装置分别与炉体10配合。氢气气氛烧结过程中采用搅拌装置，风冷淬火过程采用通气装置。如图4所示，所述的搅拌装置由封盖2、搅拌电机1、搅拌轴3、搅拌叶9组成，封盖2与炉体10的顶部配合，封盖2顶部设置搅拌电机1，封盖2下部设置搅拌轴3，搅拌轴3与搅拌电机I的输出轴连接，搅拌轴3上设置搅拌叶9，搅拌轴3穿过固定圈6，搅拌装置在氢气气氛烧结过程中将加热的氢气气氛充分混合，保持各部位温度均匀，搅拌叶9在不同高度，能够保持各个层面的温度平衡。如图5和图6所示，所述的通气装置由顶盖16、冷风进气管14、环形管15、数个冷风支管17连接构成，顶盖16与炉体10的顶部配合，顶盖16上部安装环形管15，环形管15上连接冷风进气管14，环形管15下部设置冷风支管17，冷风支管17上开设出风口 18，冷风支管17底部为通透的孔，冷风支管17穿过通孔13，出风口 18的高度与固定座7位置相同。烧结完成后将搅拌装置取下，将通气装置安装在炉体10上，通过冷风进气管14进入冷风，冷风由环形管15分配至各个冷风支管17，由冷风支管17上的出风口喷射到金属带8内壁上。所述的炉体10底部为弧形底12，冷风同时又冷风支管17底部排出，经过弧形底12产生内部循环，向上喷射到金属带8的外壁上。本装置能够将氢气气氛烧结和冷风淬火在同一装置中实现，避免金属带移送过程中损坏，提高金属带的质量。金属带与本装置完全配合，氢气气氛烧结充分，冷风淬火均匀，保证该步骤的高效地进行。
[0018]所述的烧结淬火一体炉的工作过程为:将金属带8套装在固定座7上，再通过氢气进气管4向炉体10内通入氢气，当炉体10顶部的检测到氢气时，停止通气。将搅拌装置安装在炉体10上，通过封盖2密封，启动搅拌电机I进行搅拌，同时通过加热管11进行加热烧结。烧结完成后，取下搅拌装置，将通气装置安装在炉体10上，向通知装置的冷风进气管14通冷风，进行风冷淬火。
[0019]本发明的技术方案并不限制于本发明所述的实施例的范围内。本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。
【权利要求】
1.合成金刚石用加热元件，其特征在于:包括加热管和加热片，加热片扣装在加热管上，加热管的材料为合金，合金由以下质量百分比的原料组成:纯化的铬金属10-22%，钥金属3-8%，钛金属2-5%，余量为铁金属。
2.据权利要求1所述的合成金刚石用加热元件，其特征在于:所述的加热片的材料为石墨板材。
3.根据权利要求1所述的合成金刚石用加热元件，其特征在于:所述的加热管的厚度为 0.02-0.05mm。
4.根据权利要求1所述的合成金刚石用加热元件，其特征在于:所述的加热管的制作方法为:①将铬金属置入80°C溴酸钾溶液中，超声波振动I分钟，再用蒸馏水冲洗2分钟，烘干，得到纯化的铬金属；②按下述重量百分比取原料:纯化的铬金属10-22%，钥金属3-8%，钛金属2-5%，余量为铁金属；③将钥金属、钛金属、铁金属和纯化的铬金属加入冶炼炉中熔炼，得到毛坯，将毛坯锻压为合金金属带；④将将步骤③制备合金金属带剪切，剪切后的金属带的长度与制备成型的加热管的周长相同；使用金属清洗剂对合金金属带表面进行清洗；将合金金属带焊接成管状；⑤管状的金属带在置入烧结淬火一体炉内进行氢气气氛烧结I小时，再进行风冷淬火处理，得到加热管。
5.根据权利要求4所述的合成金刚石用加热元件，其特征在于:步骤⑤制备的加热管置入浓硝酸20s,取出后擦拭干净。
6.根据权利要求4所述的合成金刚石用加热元件，其特征在于:所述的加热管的制备方法中步骤⑤中的烧结 淬火一体炉包括炉体(10)，炉体(10)底部设置氢气进气管(4)，炉体(10)内均匀设置数根接热管(11);炉体(10)内设置数个固定圈(6)，固定圈(6)分层排列，固定圈(6)的侧边与炉体(10)内壁通过固定柄(5)连接，固定圈(6)上均匀分布数个固定座(7),固定座(7)由数根呈圆形均匀分布竖杆和圆环组成，圆环将与各个竖杆连接，固定圈(6)设置固定座(7)处开设通孔(13);炉体(10)上安装搅拌装置和通气装置，搅拌装置和通气装置分别与炉体(10)配合，所述的搅拌装置由封盖(2)、搅拌电机(I)、搅拌轴(3)、搅拌叶(9)组成，封盖(2)与炉体(10)的顶部配合，封盖(2)顶部设置搅拌电机(1)，封盖(2 )下部设置搅拌轴(3 )，搅拌轴(3 )与搅拌电机(I)的输出轴连接，搅拌轴(3 )上设置搅拌叶(9)，搅拌轴(3)穿过固定圈(6);所述的通气装置由顶盖(16)、冷风进气管(14)、环形管(15)、数个冷风支管(17)连接构成，顶盖(16)与炉体(10)的顶部配合，顶盖(16)上部安装环形管(15)，环形管(15)上连接冷风进气管(14)，环形管(15)下部设置冷风支管(17)，冷风支管(17)上开设出风口(18)，冷风支管(17)底部为通透的孔，冷风支管(17)穿过通孔(13)，出风口(18)的高度与固定座(7)位置相同。
7.根据权利要求6所述的合成金刚石用加热元件，其特征在于:所述的炉体(10)底部为弧形底(12)。
【文档编号】C22C38/28GK103602906SQ201310576164
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月18日 优先权日:2013年11月18日
【发明者】蔡立超, 范建朝, 冷树良, 姬鹏鹤 申请人:山东聊城莱鑫超硬材料有限公司