专利名称：一种由超细炭粉合成金刚石粉粒体的制备方法
技术领域：
本发明属于一种金刚石粉体的制备方法，具体地说涉及一种由超细炭粉制备金刚石粉粒体的方法。
金刚石作为一种理想的超硬材料，已被广泛地应用于地质钻探、大理石切割等众多行业中。由于天然金刚石的资源有限，难以满足工业发展的需要，利用石墨人工合成金刚石已成为主要来源。
人工合成金刚石的方法很多，但工业生产主要采用静压触媒法。静压触媒合成法是将碳源石墨材料与触媒合金分层装入380℃焙烧的粉压叶蜡石合成腔内组成压块，合成腔为横片结构，经120℃烘干后，在5．5-5．7Gpa的压力和约1450℃-1500℃的温度下，加热一定的时间合成。其碳源石墨多采用以石墨化的锻后石油焦粉为基料，以熔化沥青作为粘结剂，经过混合、轧辊、磨粉、压制、焙烧、浸渍、石墨化等工序处理，最后在精磨或机械加工成所需规格厚度的圆片。触媒材料为合金圆片。
目前尚未见到利用炭质水性中间相制得的超细炭粉制备金刚石的报道。
本发明的制备方法包括如下步骤1．以炭质水性中间相溶胶为原料，将炭质水性中间相与有机溶剂或无机碱性溶液按重量比1∶5-50混合，溶解后得到炭质溶胶-凝胶；2．将乙醇加入炭质溶胶-凝胶中，脱除炭质溶胶-凝胶中的有机溶剂或无机溶剂，得到净炭质溶胶；3．将净炭质溶胶，放入高压釜中，在200-280℃，4．0-8．5MPa下进行超临界干燥，放出超临界介质后，以惰性气体进行吹扫并冷却至室温，制得超细炭原粉；4．将制得的超细炭原粉，在惰性气氛或隔绝空气的条件下以(0．1-3)℃／分的升温速率加热至1000℃-1300℃，维持温度2小时，然后以(20-100)℃／分的升温速率升温到1700℃-3000℃进行热处理，维持温度30分钟，冷却后得到超细炭粉；5．以300目～400目的合金粉末为触媒材料，将超细炭粉和合金粉末按重量比98～60∶2～40的配比混合研磨1小时，然后再预压成φ18×20mm的圆柱；6．将碳-合金触媒圆柱装入32．5×32．5×32．5mm叶蜡石方块，在5-6GPa的压力和约1350-1450℃的温度下，合成1-12分钟，制得的金刚石粒径为1-200μm。
本发明具有如下优点1．金刚石成核和晶型完整率优于石墨原料生长的金刚石。
2．金刚石的转化率高。
3．金刚石粒径可控制，粒径分布均匀。
所述超细炭由炭质水性中间相通过超临界干燥制备。
所述的有机溶剂是有机酰胺、乙二醇、丙三醇、丙酮。
所述的无机碱性溶液是钾、，钠碱性溶液或氨水。
所述合金触媒粉末为Ni67Mn3Fe30、Ni70Mn25Co5、Ni70Mn30。
实施例1(1)将10克煤沥青制炭质水性中间相，溶解于50克氨水中，得到炭质凝胶；(2)将炭质溶胶，放入玻璃烧结漏斗中，用1000克乙醇冲洗脱除其中的氨水，制得净炭质溶胶；(3)将净炭质溶胶，放入0．5升高压釜中的50ml的不锈钢筒中，于釜中加入300ml乙醇，升温至280℃，8．5MPa，维持温度、压力120分钟。放出乙醇，以氨水吹扫冷却至室温，制得超细炭原粉；(4)将制得的超细炭原粉，在隔绝空气的条件下以0．1℃／分的升温速率加热至1000℃，维持温度2小时，然后以20℃／分的升温速率升温到1700℃进行热处理，维持温度30分钟，冷却后得到超细炭粉；(5)以300目Ni67Mn3Fe30合金粉末为触媒材料，将超细炭粉和合金粉末按重量比60∶40的配比混合研磨1小时，然后再预压成φ18×20mm的圆柱；(6)将碳-合金触媒圆柱装入32．5×32．5×32．5mm叶蜡石方块，在6GPa的压力和约1450℃的温度下，合成12分钟，制得的金刚石粒径为40-50μm。
实施例2
(1)如实施例1步骤(1)、(2)、(3)制得超细炭原粉；(2)将水性中间相制得的超细炭原粉，在压气气氛的条件下以2℃／分的升温速率加热至1200℃，维持温度2小时，然后以50℃／分的升温速率升温到2400℃进行热处理，维持温度30分钟，冷却后得到超细炭粉；(3)以约350目的Ni70Mn30合金粉末为触媒材料，将超细炭粉和合金粉末按重量比70∶30的配比混合研磨1小时，然后再预压成φ18×20mm的圆柱；(4)将碳-合金触媒圆柱装入32．5×32．5×32．5mm叶蜡石方块，在5GPa的压力和约1350℃的温度下，合成6分钟，制得的金刚石粒径为20-100μm。
实施例3(1)将5克石油生焦制炭质水性中间相，于室温下溶解于250克丙酮中，制得炭质溶胶；(2)将炭质溶胶进行加热脱除其中大部分丙酮，再加入50克乙醇，分三次加入，继续加热蒸馏，脱除其中的丙酮，得净炭质溶胶；(3)将净炭质溶胶，放入0．5升高压釜中的50ml金属筒中，通入CO2气体至7．5MPa，升温至200℃，维持温度、压力120分钟，放出CO2气体。用氮气吹扫冷却至室温，制得超细炭原粉；(4)将制得的超细炭原粉，在氩气气氛的条件下以0．5℃／分的升温速率加热至1300℃，维持温度2小时，然后以100℃／分的升温速率升温到3000℃进行热处理，维持温度30分钟，冷却后得到超细炭粉；(5)以约400目的Ni70Mn25Co5合金粉末为触媒材料，将超细炭粉和合金粉末按重量比98∶2的配比混合研磨1小时，然后再预压成φ18×20mm的圆柱；(6)将碳-合金触媒圆柱装入32．5×32．5×32．5mm叶蜡石方块，在5．5GPa的压力和约1400℃的温度下，合成9分钟，制得的金刚石粒径为100-200μm。
实施例4(1)将10克煤沥青制炭质水性中间相，于100℃的温度下溶解于乙二醇中，制得炭质凝胶；
(2)将炭质凝胶，放入离心机离心杯中，用800ml乙醇分四次，进行离心分离，脱除其中乙二醇，离心沉淀物为净炭质溶胶。
(3)如实施例1中步骤(3)、(4)制得超细炭原粉；(4)将制得的超细炭原粉，在氩气气氛的条件下以3℃／分的升温速率加热至1100℃，维持温度2小时，然后以40℃／分的升温速率升温到2400℃进行热处理，维持温度30分钟，冷却后得到超细炭粉；(5)以约300目的Ni70Mn25Co5合金粉末为触媒材料，将超细炭粉和合金粉末按重量比80∶20的配比混合研磨1小时，然后再预压成φ18×20mm的圆柱；(6)将碳-合金触媒圆柱装入32．5×32．5×32．5mm叶蜡石方块，在5．5GPa的压力和约1400℃的温度下，合成1分钟，制得的金刚石粒径为1-10μm。
实施例5(1)将10克石油生焦制炭质水性中间相溶解于100克甲酰胺中，制得炭质凝胶；(2)如实施例4中步骤(2)制得净炭质溶胶。再如实施例1中步骤(3)、(4)对上述净炭质溶胶进行超临界干燥和炭化，制得超细粒炭；(3)将水性中间相制得的超细炭原粉，在氩气气氛的条件下以0．5℃／分的升温速率加热至1300℃，维持温度2小时，然后以70℃／分的升温速率升温到3000℃进行热处理，维持温度30分钟，冷却后得到超细炭粉；(4)以约400目的Ni70Mn25Co5合金粉末为触媒材料，将超细炭粉和合金粉末按重量比95∶5的配比混合研磨1小时，然后再预压成φ18×20mm的圆柱；(5)将碳-合金触媒圆柱装入32．5×32．5×32．5mm叶蜡石方块，在5．0GPa的压力和约1400℃的温度下，合成3分钟，制得的金刚石粒径为5-20μm。
权利要求
1．一种由超细炭粉合成金刚石粉粒体的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)以炭质水性中间相溶胶为原料，将炭质水性中间相与有机溶剂或无机碱性溶液按重量比1∶5-50混合，溶解后得到炭质溶胶-凝胶；(2)将乙醇加入炭质溶胶-凝胶中，脱除炭质溶胶-凝胶中的有机溶剂或无机溶剂，得到净炭质溶胶；(3)将净炭质溶胶，放入高压釜中，在200-280℃，4．0-8．5MPa下进行超临界干燥，放出超临界介质后，以惰性气体进行吹扫并冷却至室温，制得超细炭原粉；(4)将制得的超细炭原粉，在惰性气氛或隔绝空气的条件下以(0．1-3)℃／分的升温速率加热至1000℃-1300℃，维持温度2小时，然后以(20-100)℃／分的升温速率升温到1700℃-3000℃进行热处理，维持温度30分钟，冷却后得到超细炭粉；(5)以300目～400目的合金粉末为触媒材料，将超细炭粉和合金粉末按重量比98～60∶2～40的配比混合研磨1小时，然后再预压成φ18×20mm的圆柱；(6)将碳-合金触媒圆柱装入32．5×32．5×32．5mm叶蜡石方块，在5-6GPa的压力和约1350-1450℃的温度下，合成1-12分钟，制得的金刚石粒径为1-200μm。
2．根据权利要求1所述的一种由超细炭粉合成金刚石粉粒体的制备方法，其特征在于所述的超细炭为由炭质水性中间相经超临界干燥制得。
3．根据权利要求1所述的一种由超细炭粉合成金刚石粉粒体的制备方法，其特征在于所述的有机溶剂是有机酰胺、乙二醇、丙三醇或丙酮。
4．根据权利要求1所述的一种由超细炭粉合成金刚石粉粒体的制备方法，其特征在于所述的无机碱性溶液是钾、钠碱性溶液或氨水。
5．根据权利要求1所述的一种由超细炭粉合成金刚石粉粒体的制备方法，其特征在于所述的合金触媒粉末为Ni67Mn3Fe30、Ni70Mn25Co5或Ni70Mn30。
全文摘要
一种由超细炭粉合成金刚石粉粒体的制备方法,是由炭质水性中间相溶胶为原料,经溶剂处理,超临界干燥,热处理得到超细炭粉,再和合金粉未按重量比98—60∶2—40的配比混合,预压成圆柱,装入叶蜡石方块在5—6Gpa压力和1350—1450℃的温度下,合成1—12分钟,制得金刚石粒径为1—200μm。本发明的金刚石成核和晶型完整率优于石墨原料生长的金刚石,且转化率高,粒径可控制,粒径分布均匀等特点。
文档编号B01J3/06GK1281748SQ9911084
公开日2001年1月31日 申请日期1999年7月21日 优先权日1999年7月21日
发明者刘朗, 李轩科, 沈士德, 宋进仁 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所