一种多晶金刚石的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超硬材料合成领域，具体为一种多晶金刚石的制造方法。
【背景技术】
[0002 ]多晶金刚石是利用独特的定向爆破法由石墨制得，高爆速炸药定向爆破的冲击波使金属飞片加速飞行，撞击石墨片从而导致石墨转化为多晶金刚石。其结构与天然的金刚石极为相似，通过不饱和键结合而成，具有很好的韧性。
[0003]多晶金刚石结构与天然的金刚石极为相似，由球形的微晶聚集而成，微晶尺寸仅有3-10nm。多晶金刚石具有优异的磨削性能，较高的去除率和韧性，具有自锐性;与单晶金刚石比起来，更不容易产生表面划伤;更适合用来研磨表面由不同硬度材料构成的工件。
[0004]多晶金刚石作为精密磨料，用于蓝宝石、磁头、硬盘、硬质玻璃和晶体、陶瓷以及硬质合金的超精密研磨和抛光，如用于LED蓝宝石的减薄。作为镀膜添加剂，用于金属模具、工具、部件等的镀膜，能够大大提高表面耐磨性、表面硬度、延长使用寿命。多晶金刚石主要用于研磨，一般配制成研磨液来使用。
[0005]也有可能制作刀具，切割时不容易产生崩裂。多晶金刚石材料可以用作用于切割、机械加工、碾磨、研磨、钻孔或退化硬或粗糙材料例如岩石、金属、陶瓷、复合材料和含木质材料的各种各样的工具中的磨具，例如，包含多晶金刚石材料的工具镶嵌件在石油和天然气钻探行业中广泛应用于向土地中钻孔的钻头中。
[0006]与较粗的晶粒结构相比，由于较细的晶粒结构通常会含有较多的溶剂/催化剂或金属粘合剂，因此它们趋向于显示出降低的热稳定性。这种较细晶粒结构在最优特性上的降低会导致实际应用中的实质问题，然而在实际应用中最优性能需要提高的耐磨性。
[0007]通常情况下，多晶金刚石是在超高压高温条件下，是用很长的时间与触媒金属的参与下，由石墨转化而成的高品级多晶人造金刚石。这种传统的长时间的合成生产，成本比较高，生产效率低且产品质量得不到稳定控制。
【发明内容】
[0008]针对上述问题，本发明的目的是提供一种多晶金刚石的制造方法，将基础材料置于真空室内，在真空室内创造一个高温环境，之后注入碳氢化合物气体和含有第三族元素的化合物气体，采用气相沉积法得到石墨，再对石墨加热加压，使其转化为多晶金刚石，最后对多晶金刚石进行清洗、烘干、提纯和分级，得到最终产品。
[0009]—种多晶金刚石的制造方法，其包括如下步骤:
(I)准备真空室，使真空室的真空度达到2-10Gpa。
[0010](2)加热，将基础材料在真空室内加热到1500-3000摄氏度。加热方法可使用已知的常见技术，例如，可以安装加热器，可以把加热温度在1500摄氏度以上的基材直接或间接放到真空室内。
[0011](3)注入气体，将碳氢化合物气体和含有第三族元素的化合物气体注入真空室，真空室内维持高温氛围，温度为1500-1800摄氏度，碳氢化合物气体和含有第三族元素的化合物气体在真空室内混溶反应，形成石墨颗粒沉积在基础材料上。
[0012](4)转化，经过60M反应时间得到石墨颗粒，对真空室内的石墨加压，同时维持高温，温度为1800-3000摄氏度，压力为8 — 12Mpa，经过30M的反应时间，石墨转化为金刚石。
[0013](5)处理，对多晶金刚石进行清洗、烘干、提纯和分级，得到最终产品。
[0014]所述基础材料为任何金属、无机陶瓷材料和碳材料的一种或几种混合。
[0015]所述石墨的密度为0.8-3.2克/立方厘米。
[0016]所述多晶金刚石晶体的尺寸为5-10nm。
[0017]本发明的有益效果
1、本发明可快速稳定地制造多晶金刚石。
[0018]2、本发明降低了制造多晶金刚石的成本。
[0019]3、本发明可生产出高品级多晶人造金刚石。
[0020]4、在生产过程中可控性强。
[0021]5、本发明生产出的高品级多晶人造金刚石，适合用来研磨表面由不同硬度材料构成的工件。
【具体实施方式】
[0022]针对上述问题，本发明的目的是提供一种多晶金刚石的制造方法，将基础材料置于真空室内，在真空室内创造一个高温环境，之后注入碳氢化合物气体和含有第三族元素的化合物气体，采用气相沉积法得到石墨，再对石墨加热加压，使其转化为多晶金刚石，最后对多晶金刚石进行清洗、烘干、提纯和分级，得到最终产品。
[0023]—种多晶金刚石的制造方法，其包括如下步骤:
(I)准备真空室，使真空室的真空度达到2-10Gpa。
[0024](2)加热，将基础材料在真空室内加热到1500-3000摄氏度。加热方法可使用已知的常见技术，例如，可以安装加热器，可以把加热温度在1500摄氏度以上的基材直接或间接放到真空室内。
[0025](3)注入气体，将碳氢化合物气体和含有第三族元素的化合物气体注入真空室，真空室内维持高温氛围，温度为1500-1800摄氏度，碳氢化合物气体和含有第三族元素的化合物气体在真空室内混溶反应，形成石墨颗粒沉积在基础材料上。
[0026](4)转化，经过60M反应时间得到石墨颗粒，对真空室内的石墨加压，同时维持高温，温度为1800-3000摄氏度，压力为8-12Mpa，经过30M的反应时间，石墨转化为金刚石。
[0027](5)处理，对多晶金刚石进行清洗、烘干、提纯和分级，得到最终产品。
[0028]所述基础材料为任何金属、无机陶瓷材料和碳材料的一种或几种混合。
[0029]所述石墨的密度为0.8-3.2克/立方厘米。
[0030]所述多晶金刚石晶体的尺寸为5-10nm。
[0031]实施例1
在真空室中，三甲基硼与甲烷混合比例为1:1，反应温度为1900摄氏度同时，真空室的真空度设置为2_4Gpa，一段时间后，衬底上的石墨上有硼积累，石墨的体积密度是2.0克/立方厘米，根据ICP极限分析，石墨的硼浓度是0.06%。
[0032]上述石墨转化为金刚石的合成温度2200摄氏度，压强为15Gpa，多晶体金刚石中有硼添加，多晶体钻石的晶粒直径(长度之间的耦合晶粒)为10 - 100纳米，这个纳米级别的多晶体钻石的努氏硬度是120HK，当多晶体金刚石被切割成3毫米X I毫米大小时，基体的电阻测量是100欧姆。
[0033]实施例2
在真空室中，硼酸三甲酯与甲烷混合比例为1:1，反应温度为1900摄氏度同时，真空室的真空度设置为2-4Gpa，一段时间后，衬底上的石墨上有硼积累，石墨的体积密度是2.0克/立方厘米，根据ICP极限分析，石墨的硼浓度是0.5%。
[0034]上述石墨转化为金刚石的合成温度2200摄氏度，压强为15Gpa，多晶体金刚石中有硼添加，多晶体钻石的晶粒直径(长度之间的耦合晶粒)为10 - 100纳米，这个纳米级别的多晶体钻石的努氏硬度是120HK，当多晶体金刚石被切割成3毫米X I毫米大小时，基体的电阻测量是10欧姆。
[0035]实施例3
在真空室中，硼酸三甲酯与甲烷混合比例为1:1，反应温度为1900摄氏度同时，真空室的真空度设置为2-4Gpa，一段时间后，衬底上的石墨上有硼积累，石墨的体积密度是2.0克/立方厘米，根据ICP极限分析，石墨的硼浓度是0.5%。
[0036]上述石墨转化为金刚石的合成温度2200摄氏度，压强为8Gpa，多晶体金刚石中有硼添加，多晶体钻石的晶粒直径(长度之间的耦合晶粒)为10 - 100纳米，这个纳米级别的多晶体钻石的努氏硬度是120HK，当多晶体金刚石被切割成3毫米X I毫米大小时，基体的电阻测量是10欧姆。
[0037]实施例4
在真空室中，硼酸三甲酯与甲烷混合比例为1:1，反应温度为1900摄氏度同时，真空室的真空度设置为2-4Gpa，一段时间后，衬底上的石墨上有硼积累，石墨的体积密度是2.0克/立方厘米，根据ICP极限分析，石墨的硼浓度是0.5%。
[0038]上述石墨转化为金刚石的合成温度1800摄氏度，压强为15Gpa，多晶体金刚石中有硼添加，多晶体钻石的晶粒直径(长度之间的耦合晶粒)为10 - 100纳米，这个纳米级别的多晶体钻石的努氏硬度是120HK，当多晶体金刚石被切割成3毫米X I毫米大小时，基体的电阻测量是10欧姆。
[0039]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种多晶金刚石的制造方法，其特征在于，其包括如下步骤: 步骤一:准备真空室，真空室的真空度达到2-10Gpa; 步骤二:加热，将基础材料在真空室内加热到1500-3000摄氏度； 步骤三:注入气体，将碳氢化合物气体和含有第三族元素的化合物气体注入真空室，真空室内维持高温氛围，温度为1500-1800摄氏度，碳氢化合物气体和含有第三族元素的化合物气体在真空室内混溶反应，形成石墨颗粒沉积在基础材料上； 步骤四:转化，经过60m反应时间得到石墨颗粒，对真空室内的石墨加压，同时维持高温，温度为1800-3000摄氏度，压力为8 — 12Mpa，经过30m的反应时间，石墨转化为金刚石；步骤五:处理，对多晶金刚石进行清洗、烘干、提纯和分级，得到多晶金刚石。2.根据权利要求1所述的一种多晶金刚石的制造方法，其特征在于，所述基础材料为金属材料、无机陶瓷材料和碳材料的一种或几种混合。3.根据权利要求1所述的一种多晶金刚石的制造方法，其特征在于，所述石墨的密度为.0.8-3.2克/立方厘米。
【专利摘要】本发明涉及超硬材料合成领域，具体为一种多晶金刚石的制造方法。本发明提供一种多晶金刚石的制造方法，将基础材料置于真空室内，在真空室内创造一个高温环境，之后注入碳氢化合物气体和含有第三族元素的化合物气体，采用气相沉积法得到石墨，再对石墨加热加压，使其转化为多晶金刚石。本发明可快速稳定地制造多晶金刚石，降低了制造多晶金刚石的成本，生产出高品级多而且在生产过程中可控性强。
【IPC分类】B01J3/06, C01B31/06
【公开号】CN105561882
【申请号】CN201510994708
【发明人】连新兰, 毛宝占
【申请人】河南广度超硬材料有限公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月28日