一种扩大金刚石合成单次产量的装置及方法

摘要

一种扩大金刚石合成单次产量的装置，包括导电圈和从外到里依次套设的座体、外衬保温碗、石墨碗、内衬保温碗、石墨球，石墨球为球形，座体、外衬保温碗、石墨碗、内衬保温碗、石墨球均为两个，座体为上部设有碗状凹槽的长方体，外衬保温碗、石墨碗、内衬保温碗均为上方开口的碗状，两个座体扣合后形成一个中部为球形空腔的长方体，两个外衬保温碗相对扣合后形成一个完整的壳状球体，本发明具有经济效益明显、安全性好、节省材料等诸多优势，减少一次性辅助材料的消耗，为企业节约成本并创造更大的利益。

权利要求

1.一种扩大金刚石合成单次产量的装置，其特征在于：包括导电圈和从外到里依次套设的座体、外衬保温碗、石墨碗、内衬保温碗、石墨球，石墨球为球形，座体、外衬保温碗、石墨碗、内衬保温碗、石墨球均为两个，座体为上部设有碗状凹槽的长方体，外衬保温碗、石墨碗、内衬保温碗均为上方开口的碗状，两个座体扣合后形成一个中部为球形空腔的长方体，两个外衬保温碗相对扣合后形成一个完整的壳状球体，两个石墨碗相对扣合后也形成一个完整的壳状球体，两个内衬保温碗相对扣合后也形成一个完整的壳状球体，两个内衬保温碗扣合后形成的圆球形空腔内放置石墨球；座体的碗状凹槽所在面与外衬保温碗的外侧面相接触且形状相适配，外衬保温碗的内侧面与石墨碗的外侧面接触且形状相适配，石墨碗的内侧面与相邻的内衬保温碗的外侧面接触且形状相适配，内衬保温碗的内侧面与相邻的石墨球的外侧面接触且形状相适配；

所述座体、外衬保温碗的底部中间位置均设有竖向连通的通孔，导电圈包括底板和立柱，立柱为上侧开口的空心柱体，立柱的底端固定连接在底板上，所述立柱插入座体以及外衬保温碗的通孔内，立柱的顶端与石墨碗的外侧面接触，所述石墨球材质为石墨，所述石墨碗的材质为石墨，所述石墨碗的碗口厚度大于碗底的厚度，从碗口向碗底逐渐过渡变薄。

2.根据权利要求1所述的扩大金刚石合成单次产量的装置，其特征在于：所述外衬保温碗的碗口厚度小于碗底的厚度，外衬保温碗的壁厚从碗口向碗底逐渐加厚。

3.根据权利要求2所述的扩大金刚石合成单次产量的装置，其特征在于：外衬保温碗的碗底最厚处的壁厚为7mm。

4.根据权利要求1所述的扩大金刚石合成单次产量的装置，其特征在于：所述座体、外衬保温碗的底部中间位置竖向开设的通孔的位置相对应且二者的孔径均为12mm。

5.根据权利要求1所述的扩大金刚石合成单次产量的装置，其特征在于：立柱的中间填装白云石粉。

6.根据权利要求1所述的扩大金刚石合成单次产量的装置，其特征在于：外衬保温碗和内衬保温碗的材料均为白云石和石墨的混合材料。

7.根据权利要求1所述的扩大金刚石合成单次产量的装置，其特征在于：座体的材质为叶腊石。

8.根据权利要求1所述的扩大金刚石合成单次产量的装置，其特征在于：空心的立柱的外径为12mm，壁厚为2mm，高度为12mm。

说明书

一种扩大金刚石合成单次产量的装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及超硬材料合成技术领域，尤其是一种超硬材料合成过程中提高合成效率和合成品质的装置。

背景技术

[0002] 人造金刚石在六面顶压机上的合成过程，在高温超高压条件下，由于触媒的参与，降低石墨和金刚石之间进行转化的相平衡点。而合成装置的加热类型和密封性能会影响金刚石合成过程中的安全性，密封效果不好直接会导致放炮。而一味的追求安全性，则会影响合成效率，从而降低单块合成效益。

[0003] 目前国内六面顶压机采用的都是圆柱形石墨柱，利用方形叶腊石块进行密封，经过效果分析和理论计算可知：每个顶锤面中心20mm范围的叶腊石是不起密封作用的，相应地还会影响到合成装置的传压性能和保温效果，所以改进金刚石合成结构装置，能够加大合成效率，能够在金刚石制造业创造出更大的效益。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种扩大金刚石合成单次产量的装置及方法，更充分的利用内部空间，更合理的结构分配，提高金刚石合成效益。

[0005] 本发明的技术方案是：

[0006] 一种扩大金刚石合成单次产量的装置，包括导电圈和从外到里依次套设的座体、外衬保温碗、石墨碗、内衬保温碗、石墨球，石墨球为球形，座体、外衬保温碗、石墨碗、内衬保温碗、石墨球均为两个，座体为上部设有碗状凹槽的长方体，外衬保温碗、石墨碗、内衬保温碗均为上方开口的碗状，两个座体扣合后形成一个中部为球形空腔的长方体，两个外衬保温碗相对扣合后形成一个完整的壳状球体，两个石墨碗相对扣合后也形成一个完整的壳状球体，两个内衬保温碗相对扣合后也形成一个完整的壳状球体，两个内衬保温碗扣合后形成的圆球形空腔内放置石墨球；座体的碗状凹槽所在面与外衬保温碗的外侧面相接触且形状相适配，外衬保温碗的内侧面与石墨碗的内侧面接触且形状相适配，石墨碗的内侧面与相邻的内衬保温碗的外侧面接触且形状相适配，内衬保温碗的内侧面与相邻的石墨球的外侧面接触且形状相适配；

[0007] 所述座体、外衬保温碗的底部中间位置均设有竖向连通的通孔，导电圈包括底板和立柱，立柱为上侧开口的空心柱体，立柱的底端固定连接在底板上，所述立柱插入座体以及外衬保温碗的通孔内，立柱的顶端与石墨碗的外侧面接触，

[0008] 所述石墨球材质为石墨，所述石墨碗的材质为石墨，所述石墨碗的碗口厚度大于碗底的厚度，从碗口向碗底逐渐过渡变薄。

[0009] 所述外衬保温碗的碗口厚度小于碗底的厚度，外衬保温碗的壁厚从碗口向碗底逐渐加厚。

[0010] 外衬保温碗的碗底最厚处的壁厚为7mm。

[0011] 所述座体、外衬保温碗的底部中间位置竖向开设的通孔的位置相对应且二者的孔径均为12mm。

[0012] 立柱的中间填装白云石粉。

[0013] 外衬保温碗和内衬保温碗的材料均为白云石和石墨的混合材料。

[0014] 座体的材质为叶腊石。

[0015] 空心的立柱的外径为12mm，壁厚为2mm，高度为12mm。

[0016] 采用所述扩大金刚石合成单次产量的装置的扩大金刚石合成单次产量的方法，制作石墨球：先将铁粉、钼粉、镍粉制成合金粉，再与石墨、晶种均匀混合，制成球形合成体，制成石墨球。

[0017] 加热方式：通过导电圈的立柱将电流送至石墨碗，石墨碗为碗口壁厚大于碗底壁厚的碗状，扣合后的石墨碗的碗口的壁厚大于石墨碗碗底的厚度，加热电流在石墨碗上成放射状分布，通过内衬保温碗对位于内衬保温碗内的石墨球加热。

[0018] 本发明为超硬材料合成过程中提高单产合成产量和安全性能的装置及方法。本发明的装置包括球型石墨柱、刨体叶腊石块、碗状白云石、碗状碳纸片、导电圈等。通过对金刚石合成腔内部特征的计算和分析，内部成分和组成改进，有效地控制了热量的流失，提高了传压性能和保温性能，提高金刚石合成效益，为超硬材料的发展起到了推动性作用。

[0019] 本发明适用于所有合成金刚石合成行业，其优越性和实用性主要表现在以下几个方面：

[0020] 1、成本低廉：本发明的结构较正常组装结构相比，一次性辅助材料减少，有效材料增多，在超硬材料合成领域有更好的发展空间。

[0021] 2、能创造更多经济效益：利用本发明的结构，可以提高单次合成量22%；同时使用了更多的传压材料，使合成压力降低；还具有较好的保温性能，减少了合成过程中热量的浪费，同时拥有优良的隔热性能，使传导在顶锤上的热量减少，降低了顶锤的消耗。

[0022] 3、安全性好：该结构增加了边角薄弱部位密封材料使用量，提高了高压腔体的密封效果，减少甚至避免了放气泡事故。

[0023] 本发明具有经济效益明显、安全性好、节省材料等诸多优势，减少一次性辅助材料的消耗，为企业节约成本并创造更大的利益。

附图说明

[0024] 图1是本发明的装置的结构示意图；

[0025] 图2是座体的结构示意图；

[0026] 图3是外衬保温碗的结构示意图；

[0027] 图4是石墨碗的截面示意图。

具体实施方式

[0028] 如图1所示，本发明的装置包括导电圈11和从外到内依次包裹的座体、外衬保温碗、石墨碗、内衬保温碗、石墨球15。座体、外衬保温碗、石墨碗、内衬保温碗、石墨球15互相之间相邻接触面的形状相适配，彼此接触面之间没有间距。石墨球15为球形，材质为石墨。座体、外衬保温碗、石墨碗、内衬保温碗均为上下分体的结构，分为上下两个，上下两个的形状相同。上下两个外衬保温碗、石墨碗、内衬保温碗的开口扣合形成一个壳状球体，座体上下两半的开口扣合形成一个长方体。

[0029] 如图1、2所示，座体为外方内碗状，外侧为长方体，上侧的开口为碗状的凹槽。座体的底部竖向开设有座体孔9。座体为两个，分别为上座体1和下座体2。上座体1和下座体2的开口相对扣合。座体的材质为叶腊石，现有的座体为外方内圆桶状，本发明改为分体式外方内碗状结构，底部开有直径为12mm的座体孔9，分体式的壳体外形尺寸高度变为原来的一半，两块扣一起之后较原来的一块体积减少10个百分点（因为内部空腔体积的增大，可以减少叶腊石用量）。

[0030] 如图1、3所示，外衬保温碗为上方开口的碗状，材料为白云石和石墨的混合材料，外衬保温碗的上侧碗口厚度小于碗底的厚度，从碗口向碗底逐渐过渡加厚，外衬保温碗的碗底最厚处的壁厚为7mm。在外衬保温碗的碗底中部竖向开设有直径12mm的通孔：碗底孔10。外衬保温碗为两个，分别为上外衬保温碗3和下外衬保温碗4。

[0031] 座体孔9和碗底孔10位置相对应。

[0032] 如图1、4所示，石墨碗为上方开口的碗状，材料为石墨，石墨碗的上侧碗口厚度大于碗底的厚度，从碗口向碗底逐渐过渡变薄。石墨碗位于外衬保温碗内，其壁厚变化与外衬保温碗刚好相反。石墨碗包括上石墨碗5和下保温碗6。

[0033] 内衬保温碗也为上方开口的碗状，材料为白云石和石墨的混合材料，碗口到碗底的壁厚相同，壁厚为7mm。内衬保温碗也为两个，分别为上内衬保温碗7和下内衬保温碗8。

[0034] 导电圈11包括底板12和立柱13，底板12为直径为60mm，厚度为3mm的圆板，立柱13下端同轴焊接在底板12的中心处。立柱13为上侧开口的空心柱体，空心柱体的外径12mm、壁厚2mm、高度为12mm。立柱13的中间填装白云石粉。

[0035] 本发明扩大金刚石合成单次产量的方法：

[0036] 一、制作石墨球15：

[0037] 现有制作过程是将铁粉、钼粉、镍粉、石墨、晶种按照比例混合之后，压制成圆柱型的合成柱。本发明改为：先将铁粉、钼粉、镍粉按照比例制成合金粉，再与石墨、晶种均匀混合，制成球形合成体。各成分的比例根据实际生产进行设定。

[0038] 因为铁粉活性较高，极易在混合过程氧化，导致有害元素进入合成柱中影响合成效果；而合金粉抗氧化能力强，从而避免或减少有害元素的掺入。现有石墨为圆柱形，现有合成柱体积V=π*r2 *h，改成球体之后V=4/3*π*R3，而R2=r2+h2 ，因此预制石墨体的体积增大22%。

[0039] 二、加热方式，放弃原有的桶状钢带或石墨管，而采用碗口薄碗底厚均匀过渡的石墨碗，由于碗口部分扣在一起后，加热电流是成放射状分布，因而碗底部分电流相对集中，使得发热更加均匀平衡。

[0040] 整体组装步骤：1，把内衬保温碗扣在石墨球15上；2、把石墨碗再扣在内衬保温碗的外侧；3、把外衬保温碗放到座体内，且在座体下端放入导电圈；4将两个步骤3的组合体扣在步骤2的组合体上，完成组装。