专利名称：铁基合金催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，特别是用于合成高品位金刚石单晶的铁基合金催化剂及其制备方法。
金刚石的人工合成主要是利用石墨与催化剂在高温高压条件下的物理反应，促使石墨中碳原子的SP2杂化态向金刚石结构的SP3杂化态转化。国内外广泛应用镍基合金作合成金刚石的催化剂，这主要由于催化剂片的制作工艺通常采用如下技术路线真空熔炼-浇铸-热轧开坯-温轧-真空退火-酸洗-冷轧-精轧-冲片-成品检验。因此，要求催化剂材料具有良好的延展性，镍基合金可以基本满足上述工艺要求。例如吉林大学出版社1996年出版的《人工合成金刚石》第76页公开的镍-锰-钴三元合金催化剂，就是采用上述工艺方法。但利用该工艺方法生产的镍基合金催化剂片成品率不足30％。由于原材料成本和生产工艺成本很高，所以，镍基合金催化剂片的售价昂贵，难以降低。此外，Ni在人工合成金刚石过程中极易进入金刚石晶格，作为杂质存在，导致金刚石在磨削发热时，因Ni的膨胀系数大使金刚石产生微裂纹。所以，用镍基合金作催化剂，合成的金刚石品位低，抗压强度低，而且粒度偏小。
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种成本低、生产工序简单、成品率高的铁基合金催化剂及其制备方法。
本发明是通过以下方式实现的铁基合金催化剂，含有铁、镍、锰、钴、铜，其特征是它还包括石墨，各组份的重要百分比为铁 镍 钴锰 铜 石墨50～76％14～40％ 0.2～2％3～8％1.5～3％0.5～1.5％基于上述权利要求1的铁基合金催化剂的制备方法，其特征是包括以下工艺步骤(1)把铁粉、镍粉、钴粉、锰粉、铜粉、石墨粉，按比例混合均匀，并球磨至200目左右，烘干去潮气；(2)将混合粉料在500～600MPa压力下冷压成形为片状；(3)把片状坯料在烧结炉中通入保护气氛加热，进行低温烧结，保温时间不少于4小时；(4)烧结后进行精整形，表面清理，除去污染、斑点和氧化膜。
上述工艺过程中的低温烧结温度为700℃～1050℃。
由于铁基合金中的Fe不易进入金刚石晶格，因而用铁基合金催化剂合成的金刚石品位高，粒度大(直径0.5mm以上)，且生产成本低。利用该方法生产铁基合金催化剂，成品率可达95％以上，并且可以消除常规工艺造成催化剂片的加工硬化和酸表面深度污染等缺陷。
下面给出本发明的一个最佳实施例采用如下配方配制铁基合金催化剂铁粉76％(w.t.)镍粉18％(w.t.)钴粉1％(w.t.)锰粉4％(w.t.)铜粉0.5％(w.t.)石墨粉0.5％(w.t.)将上述粉料称量配比，混合均匀后用四柱液压成形机，在570MPa压力下成形，制成φ23mm，厚度为0.4mm的圆片，然后在烧结炉中加热到870℃，通入氢气保护，保温4小时。然后精整，清理表面。
在六面顶压机上，按常规合成金刚石单晶的工艺规范操作。获得金刚石颗粒尺寸≥0.5mm，抗压强度在27～34kgf范围，符合SMD25级优质产品的标准要求。
权利要求
1.铁基合金催化剂，含有铁、镍、锰、钴、铜，其特征是它还包括石墨，各组份的重量百分比为铁镍 钴锰 铜石墨50～70％ 14～40％ 0.2～2％3～8％1.5～3％ 0.5～1.5％
2.基于权利要求1所述的铁基合金催化剂的制备方法，其特征是包括以下工艺步骤(1)把铁粉、镍粉、钴粉、锰粉、铜粉、石墨粉，按比例混合均匀，并球磨至200目左右，烘干去潮气；(2)将混合粉料在500～600MPa压力下冷压成形为片状；(3)把片状坯料在烧结炉中通入保护气氛加热，进行低温烧结，保温时间不少于4小时；(4)烧结后进行精整形、表面清理、除去污染、斑点和氧化膜。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于低温烧结温度为700℃～1050℃。
全文摘要
本发明涉及一种用于合成高品位金刚石单晶的铁基合金催化剂及其制备方法。该催化剂包括铁、镍、锰、钴、铜,还有石墨,其中铁的含量为50～76%。该催化剂的制备方法是:先把各种组份制成粉料按比例混合均匀,再冷压成形,在烧结炉中低温烧结,最后进行整形、表面清理。利用该方法生产的铁基合金催化剂,成品率高,利用铁基合金催化剂合成的金刚石品位高,强度高,粒度大,且成本低。
文档编号B01J23/889GK1261553SQ0011086
公开日2000年8月2日 申请日期2000年1月31日 优先权日2000年1月31日
发明者李木森, 姚章映, 公志光, 尹龙卫, 崔建军, 李秀森, 郝兆印, 李执敏 申请人:山东工业大学