生产大颗粒金刚石的方法和设备的制造方法_3

文档序号:8440418阅读:来源:国知局
动发生装置、震动装置或机械搬运装置可以通过气动、震动、机械搬运、倒置或抛运的方式,控制耐高温小颗粒种子动态通过反应区域或者控制耐高温小颗粒种子在该反应区域中处于运动状态,优选的,还控制颗粒自身转动;其中,动态通过该反应区域的方式可以是自下而上或自上而下,也可以是水平或以任一定角度通过。
[0060]需要说明的是,当动态发生装置包括:喷动床反应器、流化床反应器、移动床反应器或回转炉反应器时,动态发生装置本身就是一反应器,提供了金刚石生长反应所需的反应器腔体;而当动态发生装置包括气动发生装置、震动装置或机械搬运装置时,动态发生装置仅仅是一传送或震动装置,由此需要一反应器腔体。
[0061]并且,反应区域产生装置的设置包括以下情况之一:使动态发生装置位于反应区域内,或者,使反应区域形成于动态发生装置内。
[0062]反应区域产生装置可以包括以下任一装置或其任意组合:用于将含碳气体和辅助气体形成直流电弧的装置;用于将含碳气体和辅助气体燃烧形成高温火焰的装置;用于将含碳气体和辅助气体通过热丝形成激活区域的装置;用于将含碳气体和辅助气体通过微波激活形成微波等离子区域的装置;用于将含碳气体和辅助气体通过高频形成射频等离子激活区域的装置。
[0063]并且,反应区域产生装置可以有一个或多个,以形成一个或多个反应区域,多个反应区域可以是垂直或水平串联的。
[0064]进一步的,该设备还可以包括:气体混合装置和冷却收集装置。
[0065]气体混合装置与反应区域产生装置的气体入口连接,用于将含碳气体和辅助气体输送给反应区域产生装置。
[0066]冷却收集装置用于冷却和收集生成的大颗粒金刚石。
[0067]进一步的,当适于生长金刚石的反应区域为微波等离子区域,或者为射频等离子激活区域时,本实施例提供的设备还可以包括真空发生装置,该真空发生装置用于给反应区域提供真空环境。金刚石在微波等离子区域或者射频等离子激活区域中生长时需要一定的真空度,由此需要真空发生装置来为反应器腔体内提供一定的真空度。
[0068]使用本实施例提供的设备可以进行间歇式或连续化生产大颗粒金刚石;当连续化生产大颗粒金刚石时,该设备中可以还包括连续加料装置,以在反应器中不断的加入耐高温小颗粒种子,并通过收集装置不断的从反应器中将较大颗粒的金刚石分离出来,以实现大规模连续化生产。
[0069]使用本实施例提供的设备生产大颗粒金刚石的方法,参见本发明方法实施例的描述,在此不再赘述。
[0070]本发明实施例提供的设备,可以控制耐高温小颗粒种子在适于金刚石生长的温度下、在适于金刚石生长的反应区域中保持动态,使得耐高温小颗粒种子的各表面不断生长出金刚石,由此生成了大颗粒金刚石,实现了大规模、低成本的生产大颗粒金刚石。并且使用本实施例提供的设备来生产大颗粒金刚石,还具有方法实施例中所述的优点,在此不再赘述。
[0071]下面再结合附图对本发明实施例进行进一步描述。
[0072]图2为本发明生产大颗粒金刚石的流程实施例一的示意图,该流程为多区域生产大颗粒金刚石的示意图,如图2所示:
[0073]该生产大颗粒金刚石的设备包括多个等离子发生器110、反应器腔体130、输送系统140、真空泵160 ;输送系统140和等离子发生器110喷射出的等离子焰位于反应器腔体130内部。由多个等离子发生器110分别喷射出多个等离子焰激活区120 (即相当于前述实施例中的反应区域);由输送系统140可以使多个耐高温小颗粒种子形成循环的颗粒流150 ;真空泵160为反应器腔体130内部提供需要的真空度。
[0074]含碳气体和氢气通入多个等离子发生器110中,然后由多个等离子发生器110喷射出多个等离子焰激活区120 ;真空泵160为反应器腔体130内部提供适于金刚石生长的真空度;输送系统140对耐高温小颗粒种子进行搬运,使这些小颗粒种子循环通过多个等离子焰激活区120,小颗粒种子在通过等离子焰激活区120时,不断反应吸收金刚石成份而逐渐生长成尺寸较大的金刚石颗粒。
[0075]该实施例中使用多个等离子发生器,使得小颗粒种子在一次循环中就可通过多个等离子氛围,提高了金刚石的生长速度。当然本实施例并不限定等离子发生器的个数,可以为一个或多个。
[0076]图3为本发明生产大颗粒金刚石的流程实施例二的示意图,该流程中的反应器为喷动床反应器,如图3所示:
[0077]该生产大颗粒金刚石的设备包括喷动床反应器210、等离子发生器220。其中喷动床反应器210可以为前述各实施例中所说的一种动态发生装置。等离子发生器220喷射出等离子焰230(即相当于前述实施例中的反应区域)。在电感耦合情况下,本实施例中还可以包括RF高频感应线圈240。
[0078]放置于喷动床反应器210中的金刚石颗粒250 (本实施例中的耐高温小颗粒种子为金刚石颗粒),由于等离子发生器220形成的等离子焰230的喷动作用而上下翻腾,金刚石颗粒250不断的进出等离子焰230,每当金刚石颗粒250进入等离子焰230时,即在金刚石表面沉积并不断长大,最终生长成尺寸较大的金刚石颗粒。
[0079]图4为本发明生产大颗粒金刚石的流程实施例三的示意图,该流程中的反应器为迴转反应器,如图4所示:
[0080]该生产大颗粒金刚石的设备包括迴转反应器310、等离子发生器(图中未示出);其中迴转反应器310可以为前述各实施例中所说的一种动态发生装置,迴转反应器310包括:反应器漏斗320和抄板350。等离子发生器形成位于迴转反应器310腔体内的一垂直于纸面方向的等离子激活区域330(即相当于前述实施例中的反应区域);必要时可加真空泵为反应器内提供一定的真空度。
[0081]迴转反应器310在外力作用下逆时针方向以恒定的较低转速自转,放置在迴转反应器310中的金刚石颗粒340在反应器腔体内壁设置的抄板350搬运下到达反应器漏斗320的上方,然后在重力作用下掉入反应器漏斗320中,并通过等离子激活区域330,在通过等离子激活区域330时发生反应吸收金刚石成份而生长,在经过等离子激活区域330下落后,又被抄板350收集搬运进入下一次循环,如此反复循环进行可使较小的金刚石颗粒生长成尺寸较大的金刚石颗粒。
[0082]图5为本发明生产大颗粒金刚石的流程实施例四的示意图,该流程中的反应器为利用环状激活空间区域连续生长大颗粒金刚石的转动反应器,如图5所示:
[0083]该生产大颗粒金刚石的设备包括转动反应器410,在转动反应器410中,燃烧火焰形成一环状激活区域420(即相当于前述实施例中的反应区域);转动反应器410可以为前述各实施例中所说的一种动态发生装置,该转动反应器410内设有金刚石颗粒流动控制设备440,通过该控制设备440可以控制金刚石颗粒能够在上下运动时正好通过环状激活区域 420。
[0084]转动反应器410不断绕转动轴450上下转动,放置在控制设备440中的金刚石颗粒430在重力作用下在控制设备440内部两端来回运动并不断通过环状激活区域420,在通过环状激活区域420时发生反应吸收金刚石成份而逐渐生长成尺寸较大的金刚石颗粒。
[0085]图6为本发明生产大颗粒金刚石的流程实施例五的示意图,该流程中的反应器为利用球状状激活空间区域连续生长大颗粒金刚石的转动反应器,如图6所示,该设备包括:
[0086]该生产大颗粒金刚石的设备包括转动反应器510、等离子发生器(图中未示出)、真空泵(图中未示出)。其中,等离子发生器形成一球状等离子激活区域520,该区域为一球状,该区域内有适于金刚石生长需要的气体成份和温度条件;转动反应器510可以为前述各实施例中所说的一种动态发生装置,该转动反应器510内设有金刚石颗粒流动控制设备540,通过该控制设备540可以控制金刚石颗粒能够在上下运动时正好通过球状的等离子激活区域520。
[0087]转动反应器510不断绕转动轴550上下转动,放置在控制设备540中的金刚石颗粒530在重力作用下在控制设备540内部两端来回运动并不断通过等离子激活区域520,在通过等离子激活区域520时发生反应吸收金刚石成份而逐渐生长成尺寸较大的金刚石颗粒。
[0088]实验例
[0089]采用直径0.5-2mm的热解碳颗粒(50克),由乙炔与纯氧(比例为1:1,流量为6-7slpm)的燃烧焰在一直径为40_的锥形石英管底部喷出形成喷动床。热解碳颗粒在该喷动床中上下循环;石英管和外部未作保温处理,红外测温仪显示在稳态运行时,颗粒温度为800°C — 900°C,系统运行两小时后,改为Ar冷却到室温,发现总重量增加了 3.78克。
[0090]图7是现有的热解碳颗粒的Ram
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