专利名称：均压型金刚石合成装置以及基于该装置的金刚石合成方法
技术领域：
本发明涉及一种金刚石合成装置，还涉及ー种基于该合成装置的金刚石合成方法。
背景技术：
金刚石是最为坚固的ー种碳结构，其中的碳原子以晶体结构的形式排列，每ー个碳原子与另外四个碳原子紧密键合，金刚石原子间是立体的正四面体结构，呈金字塔形结构，成空间网状结构，最終形成了ー种硬度大、活性差的固体；石墨中碳原子以平面层状结构键合在一起，层与层之间键合比较脆弱，因此层与层之间容易滑动而被分开。在高温高压 状态下，石墨不同层之间的碳原子之间能够形成共价键，当这种高温高压状态持续时间达到一定的时限，大量的石墨不同层的碳原子之间互相形成共价键，石墨的层状结构逐渐转化为网状结构，石墨转化为金刚石。所以，在高温高压状态，在触媒的作用下，可以利用石墨合成金刚石。现在合成金刚石单晶的主要设备有两种ー是国外的两面顶；ニ是国内的六面顶。原理都是在高温高压下使石墨触媒转变成金刚石。目前都是采用方形叶腊石块(保温、传压、隔热、绝缘功能)、导电钢圈(俗称“堵头”)、合成柱(产生金刚石的触媒柱)。组装好以后经过加热处理，然后放在六面顶里进行合成。由于整个组装件都是方形或平面圆形，这种结构影响了腔体内部的温度均衡和压カ的均衡，所以生产出的金刚石粒度、形态、硬度等等ー些特性不均衡。同样，因为传统的压机顶锤是方形的，而叶腊石组装块的腔体内部是圆柱体，因此内部压カ的传递和电流的走向不均衡，因此叶腊石组装块内部的合成柱的温度和压カ也不均衡，影响金刚石的合成效率。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供ー种能够保证原料合成块受压和受热均匀，从而提高金刚石合成效率的均压型金刚石合成装置。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是均压型金刚石合成装置，包括六面顶，所述六面顶的顶锤具有内凹弧形顶压面，所述内凹弧形顶压面形成球状顶压腔，其中一对相对的所述顶锤上分別设有导电电极，所述导电电极与对应的所述顶锤之间绝缘；
还包括由石墨和触媒制成的球状原料合成块，所述原料合成块上安装有与所述球状顶压腔匹配的球形叶腊石合成钵，所述叶腊石合成钵上安装有与所述导电电极和所述原料合成块对应的导电连通装置。作为ー种优选的技术方案，六个所述内凹弧形顶压面形状相同。作为ー种优选的技术方案，所述导电连通装置包括与所述导电电极和所述原料合成块对应的导电帽，所述导电帽与所有所述顶锤之间绝缘。作为ー种优选的技术方案，所述球形叶腊石合成钵包括两个相互匹配的半球形叶腊石合成钵。
由于采用了上述技术方案，均压型金刚石合成装置，包括六面顶，所述六面顶的顶锤具有内凹弧形顶压面，所述内凹弧形顶压面形成球状顶压腔，其中一对相对的所述顶锤上分別设有导电电极，所述导电电极与对应的所述顶锤之间绝缘；还包括由石墨和触媒制成的球状原料合成块，所述原料合成块上安装有与所述球状顶压腔匹配的球形叶腊石合成钵，所述叶腊石合成钵上安装有与所述导电电极和所述原料合成块对应的导电连通装置；原料合成块和叶腊石合成钵为相互匹配的球形，顶锤的顶压面是与之相匹配的内凹弧形，顶锤从六个方向对原料合成块施压，球状顶压腔内压カ均匀，原料合成块的任何角度都能受到均匀挤压；同时对原料合成块通电加热，由于原料合成块阻值较高，升温迅速均匀；提高了金刚石的合成效率。本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种基于均压型金刚石合成装置的金刚石合成方法。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种基于均压型金刚石合成装置的金刚石合成方法，包括如下步骤
⑴将石墨粉和触媒混合均匀，制作成球状原料合成块；
⑵制作球状叶腊石合成鉢，所述球状叶腊石合成钵具有容纳所述球状原料合成块的空腔，并将所述原料合成块安装到所述球状叶腊石合成钵内；所述叶腊石合成钵上安装有与所述导电电极和所述原料合成块对应的导电连通装置；
⑶然后将叶腊石合成钵和原料合成块的组装体放置到六面顶的工作台上，所述六面顶的顶锤具有内凹弧形顶压面，所述内凹弧形顶压面形成球状顶压腔，所述叶腊石合成钵和原料合成块的组装体位于所述状顶压腔内，其中一对相对的所述顶锤上分别设有导电电极，所述导电电极与对应的所述顶锤之间绝缘；使所述叶腊石合成钵上的所述导电连通装置与所述导电电极相对应；
(4)启动六面顶，顶锤挤压叶腊石合成钵，叶腊石合成钵内的压カ升高，待压カ升高至2. I 5. 8Gpa，同时将导电电极与电源接通，原料合成块通电加热，温度升高至1100 1500°C，保温2 5分钟后，缓慢冷却至80°C以下，然后缓慢卸除压カ至常压，去除叶腊石合成钵，最后取出含有金刚石的烧结体。作为ー种优选的技术方案，所述球形叶腊石合成钵包括两个相互匹配的半球形叶腊石合成钵。作为ー种优选的技术方案，所述导电连通装置包括与所述导电电极和所述原料合成块对应的导电帽，所述导电帽与所有所述顶锤之间绝缘。作为ー种优选的技术方案，六个所述内凹弧形顶压面形状相同。由于均压型金刚石合成装置能够保证原料合成块受压均匀和受热均匀，即压カ传 导均衡，电流走向均衡；叶腊石合成钵围成的腔体内部温度均衡，不仅能够提高合成金刚石的效率，而且合成金刚石的品级更高、形态更完整。
以下附图仅g在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图I是本发明实施例顶压状态示意 图2是本发明实施例待顶压状态示意 图3是本发明实施例球形叶腊石合成钵和原料合成块的组装状态示意图；图4是本发明实施例球形叶腊石合成钵和原料合成块拆开状态示意 图中1_顶锤；11_内凹弧形顶压面；2_球状顶压腔；3_导电电极；4_原料合成块；5-叶腊石合成钵；61_导电帽；62_绝缘层；63_电极插孔。
具体实施例方式下面參照附图详细描述根据本发明的示例性实施例。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予结构以及功能基本相同的组成部分，并且为了使说明书更加简明，省略了关于基本上相同的组成部分的冗余描述。如图I和图2所示，均压型金刚石合成装置，包括六面顶，包括六个顶锤1，图I和图2中仅示出了上下和左右的四个顶锤I剖面，垂直剖面方向的两个顶锤I图中未示出；所述六面顶的顶锤I具有内凹弧形顶压面11，六个所述内凹弧形顶压面11形状相同，所述内凹弧形顶压面11形成球状顶压腔2，其中一对相对的所述顶锤上分別设有导电电极3，所述导电电极3与对应的所述顶锤I之间绝缘；
如图3和图4所示，还包括由石墨和触媒制成的球状原料合成块4，所述原料合成块4上安装有与所述球状顶压腔2匹配的球形叶腊石合成钵5，所述球形叶腊石合成钵5包括两个相互匹配的半球形叶腊石合成钵5 ;所述叶腊石合成钵5的半球形叶腊石合成钵5上安装有与所述导电电极3和所述原料合成块4对应的导电连通装置，所述导电连通装置包括与所述导电电极3和所述原料合成块4对应的导电帽61，所述导电帽61与所有所述顶锤I之间绝缘，所述导电帽61面向相邻的所述顶锤I的端面上设有绝缘层62，所述绝缘层62上设有与所述导电电极3对应的电极插孔63，所述导电电极3的端部插入所述电极插孔63与所述导电帽61接触。即位于相对的两个顶锤I内的导电电极3通过相对应的导电帽61与原料合成块4连通。原料合成块4由石墨粉和触媒粉混合后制成，触媒可以采用Co、Ni等材料。原料合成块4为球形，顶锤I的顶压面是与之相匹配的内凹弧形，启动六面顶后，顶锤I从六个方向对原料合成块4施压，球状顶压腔2内压カ均匀，叶腊石合成钵5围成的合成腔内压カ也均匀，原料合成块4的任何角度都能受到均匀挤压；将位于两个相对顶锤I上的导电电极3接入电路，电流经过ー个导电电极3、与该电极对应的导电帽61、原料合成块4、另ー个电帽和另ー个导电电极3，对原料合成块4通电加热，由于原料合成块4阻值较高，产生热量非常多，升温迅速均匀；均匀平衡的压カ和均匀平衡的温度提高了金刚石的合成效率。一种基于均压型金刚石合成装置的金刚石合成方法，包括如下步骤
⑴将石墨粉和触媒混合均匀，制作成球状原料合成块4 ;
⑵制作球状叶腊石合成钵2，所述球形叶腊石合成钵2包括两个相互匹配的半球形叶腊石合成钵2 ;所述球状叶腊石合成钵2具有容纳所述球状原料合成块4的空腔，并将所述原料合成块4安装到所述球状叶腊石合成钵2内；所述叶腊石合成钵2上安装有与所述导电电极3和所述原料合成块4对应的导电连通装置，所述导电连通装置包括与所述导电电极3和所述原料合成块4对应的导电帽61，所述导电帽61与所有所述顶锤I之间绝缘；
⑶然后将叶腊石合成钵2和原料合成块4的组装体放置到六面顶的工作台上，所述六面顶的顶锤I具有内凹弧形顶压面11，六个所述内凹弧形顶压面11形状相同；所述内凹弧形顶压面11形成球状顶压腔2，所述叶腊石合成钵2和原料合成块4的组装体位于所述球状顶压腔2内，其中一对相对的所述顶锤I上分別设有导电电极3，所述导电电极3与对应的所述顶锤I之间绝缘；使所述叶腊石合成钵2上的所述导电帽61与所述导电电极3相对应；
(4)启动六面顶，顶锤I挤压叶腊石合成钵2，叶腊石合成钵2内的压カ升高，待压カ升高至2. I 5. 8Gpa ，同时将导电电极3与电源接通，原料合成块4通电加热，温度升高至1100 1500°C，保温2 5分钟后，缓慢冷却至80°C以下，然后缓慢卸除压カ至常压，去除叶腊石合成钵2，最后取出含有金刚石的烧结体。由于均压型金刚石合成装置能够保证原料合成块4受压均匀和受热均匀，即压カ传导均衡，电流走向均衡；叶腊石合成钵5围成的腔体内部温度均衡，不仅能够提高合成金刚石的效率，而且合成金刚石的品级更高、形态更完整。如上所述，已经在上面具体地描述了本发明的实施例，但是本发明不限于此。本领域的技术人员应该理解，可以根据设计要求或其他因素进行各种修改、组合、子组合或者替换，而它们在所附权利要求及其等效物的范围内。
权利要求
1.均压型金刚石合成装置，其特征在于包括六面顶，所述六面顶的顶锤具有内凹弧形顶压面，所述内凹弧形顶压面形成球状顶压腔，其中一对相对的所述顶锤上分别设有导电电极，所述导电电极与对应的所述顶锤之间绝缘； 还包括由石墨和触媒制成的球状原料合成块，所述原料合成块上安装有与所述球状顶压腔匹配的球形叶腊石合成钵，所述叶腊石合成钵上安装有与所述导电电极和所述原料合成块对应的导电连通装置。
2.如权利要求I所述的均压型金刚石合成装置，其特征在于六个所述内凹弧形顶压面形状相同。
3.如权利要求I所述的均压型金刚石合成装置，其特征在于所述导电连通装置包括与所述导电电极和所述原料合成块对应的导电帽，所述导电帽与所有所述顶锤之间绝缘。
4.如权利要求1、2或3所述的均压型金刚石合成装置，其特征在于所述球形叶腊石合成钵包括两个相互匹配的半球形叶腊石合成钵。
5.一种基于均压型金刚石合成装置的金刚石合成方法，其特征在于，包括如下步骤 ⑴将石墨粉和触媒混合均匀，制作成球状原料合成块； ⑵制作球状叶腊石合成钵，所述球状叶腊石合成钵具有容纳所述球状原料合成块的空腔，并将所述原料合成块安装到所述球状叶腊石合成钵内；所述叶腊石合成钵上安装有与所述导电电极和所述原料合成块对应的导电连通装置； ⑶然后将叶腊石合成钵和原料合成块的组装体放置到六面顶的工作台上，所述六面顶的顶锤具有内凹弧形顶压面，所述内凹弧形顶压面形成球状顶压腔，所述叶腊石合成钵和原料合成块的组装体位于所述状顶压腔内，其中一对相对的所述顶锤上分别设有导电电极，所述导电电极与对应的所述顶锤之间绝缘；使所述叶腊石合成钵上的所述导电连通装置与所述导电电极相对应； ⑷启动六面顶，顶锤挤压叶腊石合成钵，叶腊石合成钵内的压力升高，待压力升高至2. I 5. 8Gpa，同时将导电电极与电源接通，原料合成块通电加热，温度升高至1100 1500°C，保温2 5分钟后，缓慢冷却至80°C以下，然后缓慢卸除压力至常压，去除叶腊石合成钵，最后取出含有金刚石的烧结体。
6.如权利要求5所述的金刚石合成方法，其特征在于所述球形叶腊石合成钵包括两个相互匹配的半球形叶腊石合成钵。
7.如权利要求5所述的金刚石合成方法，其特征在于所述导电连通装置包括与所述导电电极和所述原料合成块对应的导电帽，所述导电帽与所有所述顶锤之间绝缘。
8.如权利要求5、6或7所述的金刚石合成方法，其特征在于六个所述内凹弧形顶压面形状相同。
全文摘要
本发明公开了一种均压型金刚石合成装置以及基于该装置的金刚石合成方法，包括六面顶，顶锤的内凹弧形顶压面形成球状顶压腔，其中一对相对的顶锤上分别设有导电电极，导电电极与对应的顶锤之间绝缘；还包括由石墨和触媒制成的球状原料合成块，原料合成块上安装有与球状顶压腔匹配的球形叶腊石合成钵，叶腊石合成钵上安装有与导电电极和原料合成块对应的导电连通装置；原料合成块和叶腊石合成钵为相互匹配的球形，顶锤的顶压面是与之相匹配的内凹弧形，顶锤从六个方向对原料合成块施压，球状顶压腔内压力均匀，原料合成块的任何角度都受到均匀挤压；同时对原料合成块通电加热，原料合成块阻值较高，升温迅速均匀；提高了金刚石的合成效率。
文档编号B01J3/06GK102658061SQ201210115199
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者陈涛 申请人:山东日能超硬材料有限公司