一种宝石级金刚石合成用人造石墨发热管的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种宝石级金刚石合成用人造石墨发热管，芯柱表面内嵌金刚石种晶，在芯柱外套有金属杯，金属杯外面套有绝缘杯，绝缘杯外面套有人造石墨材质的石墨发热管，石墨发热热管高度与绝缘杯高度一致，石墨发热管与绝缘杯上端连接加热片，加热片连接石墨发热管，堵头、叶腊石块、加热片、石墨发热管、绝缘杯、金属杯、芯柱、晶床连接外部套有白云石管，白云石管外套有两端连接带有白云石的堵头。结构简单，使用方便，高温时有较高抗压强度，能长时间稳定工作，且导热性能良好。
【专利说明】
一种宝石级金刚石合成用人造石墨发热管
技术领域
[0001]本实用新型涉及超硬材料合成设施技术领域，更具体涉及一种宝石级金刚石合成用石墨发热管，适用于宝石级金刚石的合成。
【背景技术】
[0002]超硬材料行业中，常见的用于锯切的粗颗粒人造金刚石的合成(如35/40、40/45)主要是通过静压触媒法，即用约60wt.%石墨和40wt.%的催化剂(人造金刚石行业称之为触媒)混合后压制成型的粉柱高温高压下作用形成的，其条件一般为1300?1400°C，压力为5-
5.5GPa，时间为40-60分钟，对发热元件质量要求较高，稍有不慎就有可能产生“放炮”现象，损坏顶锤。目前，其发热元件材质一般为金属合金，如申请号为201420518521.1 “一种金刚石合成用加热装置”、申请号201410458540.4“超细金刚石合成用发热元件及其制备方法”、申请号为201420518467.0 “超细金刚石合成用发热元件及其合成块”。
[0003]与此同时，工业上Imm以上宝石级金刚石的合成主要还是在传统的静压触媒法的基础上进行改进得到的，其要求能提供稳定的温度场和压力场，并能保持长时间的正常工作。如GE公司生长I克拉的优质宝石级金刚石需要100个小时，而Debeers生长的25克拉的宝石级金刚石用了 1000多个小时。在宝石级金刚石合成上，随着时间大大的延长，传统的合金发热元器件无法保证正常工作，有必要进行改进。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型解决的问题是:在宝石级金刚石合成过程中，克服现有金属合金发热管性能无法保证长期高温高压下正常工作的问题，本实用新型的目的是在于提供了一种宝石级金刚石合成用人造石墨发热管，结构简单，使用方便，高温时有较高抗压强度，能长时间稳定工作，且导热性能良好。
[0005]为了实现上述的目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]—种应用了石墨发热管的宝石级金刚石合成块，它由带白云石堵头，叶腊石块，加热片(材质为普通鳞片石墨)，石墨发热管，绝缘杯(材质为氧化镁)，金属杯，芯柱，晶床组成。其连接关系是:芯柱表面内嵌金刚石种晶，在芯柱外套有金属杯，金属杯外面套有绝缘杯，绝缘杯外面套有人造石墨材质的石墨发热管，石墨发热管高度与绝缘杯高度一致，然后在石墨发热管和绝缘杯上端连接普通鳞片石墨材质的加热片。加热片连接石墨发热管，整个(带白云石的堵头、叶腊石块、加热片、石墨发热管、绝缘杯、金属杯、芯柱、晶床)连接外部套有白云石管，白云石管外套有两端连接带有白云石的堵头，同时堵头还与加热片连接。最后白云石管外部再套叶腊石块。所述的芯柱表面内嵌金刚石种晶(臧传义等，在Fe-Al-C系统中合成优质IIa型宝石级金刚石单晶，金刚石与磨料磨具工程，2005(5): 10-17)，芯柱外套有金属杯，金属杯隔离外部白云石杯中杂质进去芯柱内；金属杯外部套有绝缘杯起到保温和传压作用;绝缘杯外套有人造石墨材质的发热管，两端覆盖有普通石墨材质的加热片，起到加热作用；石墨发热管外套有内嵌的叶腊石块，石墨发热管两端与内嵌叶腊石块的堵头相连，堵头起密封传压作用。
[0007]一种应用了石墨加热管的宝石级金刚石合成块其特征在于使用人造石墨材质石墨发热管取代了原来的金属材质的发热管。
[0008]本实用新型的有益效果是:
[0009]—种宝石级金刚石合成用人造石墨发热管，结构简单，使用方便，其主要优点在于高温时，有较高抗压强度，能长时间稳定工作，且导热性能良好。
【附图说明】
[0010]图1为一种宝石级金刚石合成用人造石墨发热管的示意图。
[0011](图1a为主视图，图1b为俯视图)。
[0012]图2为一种人造金刚石合成组装块的结构示意图。
[0013]其中:1_带白云石的堵头，2-叶腊石块，3-加热片(材质为普通鳞片石墨)，4_石墨发热管，5-绝缘杯，6-金属杯，7-芯柱，8-晶床，9-白云石管。
【具体实施方式】
[0014]实施例1:
[0015]现在结合附图对本实用新型作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
[0016]根据图1、图2所示，一种宝石级金刚石合成用合成块，它由带白云石的堵头I，叶腊石块2，加热片3(材质为普通鳞片石墨)，石墨发热管4，绝缘杯5，金属杯6，芯柱7，晶床8组成，其特征在于:芯柱7表面内嵌金刚石种晶，在芯柱7外套有金属杯6，金属杯6外面套有绝缘杯5，绝缘杯5外面套有人造石墨材质的石墨发热管4，石墨发热热管4高度与绝缘杯5高度一致，石墨发热管4与绝缘杯5上端连接普通鳞片石墨材质的加热片3。加热片3连接石墨发热管4，加热片上3端连接带白云石的堵头I，整个(带白云石的堵头I，加热片3、石墨发热管
4、绝缘杯5、金属杯6、芯柱7、晶床8)连接外部套有叶腊石块2。所述的芯柱7表面内嵌金刚石种晶(臧传义等，在Fe-Al-C系统中合成优质IIa型宝石级金刚石单晶，金刚石与磨料磨具工程，2005(5): 10-17)，芯柱7外套有金属杯6，金属杯6隔离外部白云石杯中杂质进去芯柱7内；金属杯6外部套有绝缘杯5起到保温和传压作用;绝缘杯5外套有人造石墨材质的石墨发热管4，石墨发热管4两端覆盖有普通石墨材质的加热片3，起到加热作用;石墨发热管4外套有叶腊石块2，石墨发热管4两端与内嵌叶腊石块2的堵头I相连，堵头I起密封传压作用。
[0017]石墨发热管4其材质为人造石墨，密度在1.80g/cm3以上。该人造石墨发热管是采用优质超细石油焦颗粒、沥青焦颗粒和沥青(以100份质量原料计，其中石油焦颗粒80wt.%?90wt%，沥青焦颗粒1wt.%~20wt.%，沥青用量为原料总质量的25wt.%~30wt.%)为原料，经过混捏、压辊、“三浸四焙”、石墨化后得到人造石墨砖再经机械加工得到。其中，石油焦颗粒和沥青焦颗粒的平均粒径约为10微米，石油焦、沥青焦及沥青的灰分质量百分含量不大于
0.05wt.%。超细的原料颗粒保证了在相同体积和体积密度下，石墨化后的颗粒与颗粒之间有更大的接触电阻，提高了石墨的电阻率，克服了传统以粗颗粒石墨或鳞片石墨为原料时石墨发热管发热效率低的缺点，能有效提高石墨发热管的发热效率，节省电能;高纯的原料保证了在高温高压的合成条件下，杂质不会带入到金刚石中，影响金刚石的品质;高强指的是该人造石墨砖具有较高的强度(常温下抗折强度不小于35MPa，抗压强度不小于72MPa)，这样一方面便于后期的机械加工，另一方面由于石墨特有的性质，即2600°C以下时，石墨的强度还会随着温度的升高而增大，因此保证了在宝石级金刚石合成过程中能长期有较大的机械强度，人造石墨发热管能保持长期正常工作。此外，该人造石墨发热管还具有石墨本身的热导率高、热膨胀系数小的特点，这些均有利于宝石级金刚石的合成。因此，基于上述分析和实际使用情况，人造石墨发热管能满足宝石级金刚石高温高压环境长期稳定的工作这一要求，是一种理想的宝石级金刚石合成用发热元件。
[0018]人造石墨材质的发热管是通过对经过混捏、压辊、“三浸四焙”、石墨化后得到人造石墨砖进行机械加工得到。其尺寸大小为人造石墨发热管的外径等于加热片的直径，人造发热管的内径等于绝缘杯的外径，高度与芯柱一致。
[0019]以直径50腔体装配为例，需要用1-堵头组件，尺寸直径Φ50πιπιΧ 13mm，导电碗直径Φ 22mm; 2-叶腊石块，尺寸长70mm X宽70mm，中间孔柱直径Φ 54mm; 3-加热片(普通膨胀石墨)，直径Φ 54mmX厚度1.2mm;4-人造石墨发热管:外径Φ 54mm，内径Φ52mm，高度43mm，厚度Imm;5-绝缘杯:外径Φ52mm，内径Φ 50mm，厚度Imm;6-金属杯:外径50mm，内径49.4mm，厚度0.3mm; 7-芯柱(高纯度的石墨粉末压制而成):外径49.4mm; 8-晶床;9-白云石管。
[0020 ]通电加热时，合成块两端的堵头1、加热片3、石墨发热管4一起组成电流通路，大电流通过人造石墨发热管4，热量透过绝缘杯5、金属杯6间接给芯柱7和晶床8加热。
[0021]组装成合成块，合成块放置于六面顶压机中，按程序将压力和温度升到所需值并保持至合成时间。所得合成棒经电解、破碎、筛选即可得产品。合成条件:温度1350°C;压力5.2 GPa大气压;合成时间24小时。最后所得产品:直径1.2mm以上宝石级金刚石单晶25克拉，最大颗粒直径2.6mm。
【主权项】
1.一种宝石级金刚石合成用人造石墨发热管，它由堵头(I)、叶腊石块(2)、加热片(3)、石墨发热管(4)、绝缘杯(5)、金属杯(6)、芯柱(7)、晶床(8)组成，其特征在于:芯柱(7)表面内嵌金刚石种晶，在芯柱(7)外套有金属杯(6)，金属杯(6)外面套有绝缘杯(5)，绝缘杯(5)外面套有人造石墨材质的石墨发热管(4)，石墨发热热管(4)高度与绝缘杯(5)高度一致，石墨发热管(4)与绝缘杯(5 )上端连接加热片(3 )。2.根据权利要求1所述的一种宝石级金刚石合成用人造石墨发热管，其特征在于:所述的加热片(3)连接石墨发热管4，堵头(1)、叶腊石块(2)、加热片(3)、石墨发热管(4)、绝缘杯(5)、金属杯(6)、芯柱(7)、晶床(8)连接外部套有白云石管(9)，白云石管(9)外套有两端连接带有白云石的堵头(I)。3.根据权利要求1所述的一种宝石级金刚石合成用人造石墨发热管，其特征在于:所述的堵头(I)与加热片(3)连接，白云石管(9)外部再套叶腊石块(2)。4.根据权利要求1所述的一种宝石级金刚石合成用人造石墨发热管，其特征在于:所述的芯柱(7)表面内嵌金刚石种晶，芯柱(7)外套有金属杯(6)。5.根据权利要求1所述的一种宝石级金刚石合成用人造石墨发热管，其特征在于:所述的石墨发热管(4)外套有内嵌的叶腊石块(2)，石墨发热管(4)两端与内嵌叶腊石块(2)的堵头(I)相连。6.根据权利要求1所述一种宝石级金刚石合成用人造石墨发热管，其特征在于:所述的石墨发热管(4)为人造石墨。
【文档编号】B01J3/06GK205517637SQ201620309936
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】向后奎, 何南兵, 王腾吉, 赵亚良
【申请人】湖北鄂信钻石科技股份有限公司