合成金剛石用加熱元件的制作方法
【專利摘要】合成金剛石用加熱元件，其特征在于：包括加熱管和加熱片，加熱管的材料為合金，合金由以下質(zhì)量百分比的原料組成：純化的鉻金屬10-22%，鉬金屬3-8%，鈦金屬2-5%，余量為鐵金屬。本發(fā)明所述的加熱元件電阻為1.9-2.6μΩ·m（20℃），因此電能利用率高；壁厚薄，最薄能夠達(dá)到0.02mm，能夠增加合成腔體的體積，增加產(chǎn)量；本發(fā)明所述的加熱元件的壁厚可以更薄，經(jīng)試驗(yàn)檢測，壁厚為0.04mm條件下電阻值最高，電能利用率最佳。
【專利說明】合成金剛石用加熱元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金剛石合成用加熱件，確切地說是一種合成金剛石用加熱元件。【背景技術(shù)】
[0002]人造金剛石是在高溫高壓下合成的，合成設(shè)備主要是六面頂壓機(jī)。合成所需高溫采用向合成塊中的加熱元件通電加熱的方式間接加熱。目前的間接加熱方式的合成塊為合成芯住外圍套鋼杯，鋼杯外圍涂覆絕緣層，絕緣層外圍套加熱元件。目前現(xiàn)有的加熱元件為加熱管和加熱片，材質(zhì)為石墨板材。該加熱元件的電阻較低，壁厚較厚，因此電能利用率低，合成腔體小，影響合成產(chǎn)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種合成金剛石用加熱元件。
[0004]合成金剛石用加熱元件，包括加熱管和加熱片，加熱片扣裝在加熱管上，加熱管的材料為合金，合金由以下質(zhì)量百分比的原料組成:純化的鉻金屬10-22%，鑰金屬3-8%，鈦金屬2-5%，余量為鐵金屬。
[0005]所述的加熱片的材料為石墨板材。
[0006]所述的加熱管的厚度為0.02-0.05mm。
[0007]所述的加熱管的制作方法為:①將鉻金屬置入80°C溴酸鉀溶液中，超聲波振動I分鐘，再用蒸餾水沖洗2分鐘，烘干，得到純化的鉻金屬；②按下述重量百分比取原料:純化的鉻金屬10-22%，鑰金屬3-8%，鈦金屬2-5%，余量為鐵金屬；③將鑰金屬、鈦金屬、鐵金屬和純化的鉻金屬加入冶煉爐中熔煉，得到毛坯，將毛坯鍛壓為合金金屬帶；④將將步驟③制備合金金屬帶剪切，剪切后`的金屬帶的長度與制備成型的加熱管的周長相同；使用金屬清洗劑對合金金屬帶表面進(jìn)行清洗；將合金金屬帶焊接成管狀；⑤管狀的金屬帶在置入燒結(jié)淬火一體爐內(nèi)進(jìn)行氫氣氣氛燒結(jié)I小時，再進(jìn)行風(fēng)冷淬火處理，得到加熱管。
[0008]步驟⑤制備的加熱管置入濃硝酸20s，取出后擦拭干凈。
[0009]所述的加熱管的制備方法中步驟⑤中的燒結(jié)淬火一體爐包括爐體，爐體底部設(shè)置氫氣進(jìn)氣管4，爐體內(nèi)均勻設(shè)置數(shù)根接熱管；爐體內(nèi)設(shè)置數(shù)個固定圈，固定圈分層排列，固定圈的側(cè)邊與爐體內(nèi)壁通過固定柄連接，固定圈上均勻分布數(shù)個固定座，固定座由數(shù)根呈圓形均勻分布豎桿和圓環(huán)組成，圓環(huán)將與各個豎桿連接，固定圈設(shè)置固定座處開設(shè)通孔；爐體上安裝攪拌裝置和通氣裝置，攪拌裝置和通氣裝置分別與爐體配合，所述的攪拌裝置由封蓋、攪拌電機(jī)、攪拌軸、攪拌葉組成，封蓋與爐體的頂部配合，封蓋頂部設(shè)置攪拌電機(jī)，封蓋下部設(shè)置攪拌軸，攪拌軸與攪拌電機(jī)的輸出軸連接，攪拌軸上設(shè)置攪拌葉，攪拌軸穿過固定圈；所述的通氣裝置由頂蓋、冷風(fēng)進(jìn)氣管4、環(huán)形管、數(shù)個冷風(fēng)支管連接構(gòu)成，頂蓋與爐體的頂部配合，頂蓋上部安裝環(huán)形管，環(huán)形管上連接冷風(fēng)進(jìn)氣管4，環(huán)形管下部設(shè)置冷風(fēng)支管，冷風(fēng)支管上開設(shè)出風(fēng)口，冷風(fēng)支管底部為通透的孔，冷風(fēng)支管穿過通孔，出風(fēng)口的高度與固定座位置相同。所述的爐體底部為弧形底。[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明所述的加熱元件電阻為1.9-2.6ιιΩ.m(20°C)，因此電能利用率高；壁厚薄，最薄能夠達(dá)到0.02mm，能夠增加合成腔體的體積，增加產(chǎn)量；本發(fā)明所述的加熱元件的壁厚可以更薄，經(jīng)試驗(yàn)檢測，壁厚為0.04mm條件下電阻值最高，電能利用率最佳。加熱管整體強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好，與其他合金的加熱管相比，經(jīng)過處理的鉻金屬帶不再有氧化的三氧化二鉻的雜質(zhì)，合金中雜質(zhì)少、純度高，導(dǎo)熱效果好；鈦與鑰之間具有固溶強(qiáng)化作用，低溫狀態(tài)下塑形高，便于加工成形；鑰能夠增加導(dǎo)熱性和低的膨脹系數(shù)，在高溫下(1100~1650°C)有高的強(qiáng)度。
【專利附圖】

【附圖說明】 [0011]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖之一；圖2是沿圖1A-A線的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖之二 ；圖4是本發(fā)明的攪拌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明通氣裝置結(jié)構(gòu)意圖；圖6是圖5的俯視結(jié)構(gòu)意圖；圖7是圖1的I局部放大結(jié)構(gòu)意圖。
[0012]附圖標(biāo)記:1攪拌電機(jī)2封蓋3攪拌軸4氫氣進(jìn)氣管5固定柄6固定圈7固定座8金屬帶9攪拌葉10爐體11加熱管12弧形底13通孔14冷風(fēng)進(jìn)氣管15環(huán)形管16頂蓋17冷風(fēng)支管18出風(fēng)口。
【具體實(shí)施方式】
[0013]合成金剛石用加熱元件，包括加熱管和加熱片，加熱片扣裝在加熱管上，加熱管的材料為合金，合金由以下質(zhì)量百分比的原料組成:純化的鉻金屬10-22%，鑰金屬3-8%，鈦金屬2-5%，余量為鐵金屬。
[0014]制備每1000g合金由以下原料組成:
1、純化的鉻金屬100g，鑰金屬30g，鈦金屬20g，鐵金屬850g:電阻為1.9u Ω.πι(20。。)，壁厚0.05mm; 2、純化的鉻金屬160g，鑰金屬50g，鈦金屬40g，鐵金屬750g:電阻為2.3u Ω.m(20°C)，壁厚0.02mm ； 3、純化的鉻金屬220g，鑰金屬80g，鈦金屬50g，鐵金屬650g:電阻為 2.2ιιΩ * m (20°C)，壁厚 0.03mm ;
4、純化的鉻金屬180g,鑰金屬70g,鈦金屬30g,鐵金屬720g:電阻為2.6u Ω.m(20°C )，壁厚 0.04mm。
[0015]所述的加熱片的材料為石墨板材，加熱片可以采用合金，能夠進(jìn)一步提高電能利用率。但優(yōu)選采用石墨板材，由于加熱片與金剛石接觸面積有限，提高的電能利用率有限，所以仍采用石墨板材，降低生產(chǎn)的成本。
[0016]所述的加熱管的制作方法為:①將鉻金屬置入80°C溴酸鉀溶液中，超聲波振動I分鐘，再用蒸餾水沖洗2分鐘，烘干，得到純化的鉻金屬；鉻金屬的表面在空氣中氧化形成三氧化二鉻，經(jīng)過該步驟處理后，三氧化二鉻溶于溴酸鉀溶液中，避免加熱管中含有三氧化二鉻，影響加熱管的質(zhì)量，提高合金的純度，避免因雜質(zhì)產(chǎn)生進(jìn)一步氧化破壞加熱管的強(qiáng)度，增加加熱管的壽命；超聲波振動能夠加快三氧化二鉻的溶解速度，減少該步驟的時間，增加效率；蒸餾水沖洗保持鉻金屬表面清潔，去除殘留在表面的溴酸鉀。②按下述重量百分比取原料:純化的鉻金屬10-22%，鑰金屬3-8%，鈦金屬2-5%，余量為鐵金屬；③將鑰金屬、鈦金屬、鐵金屬和步驟②制備的純化的鉻金屬加入冶煉爐中熔煉，得到毛坯，將毛坯鍛壓為合金金屬帶。經(jīng)過熔煉和鍛壓后，各金屬有效分散，保持合金金屬帶各個部位的穩(wěn)定性和一致性。④將將步驟③制備合金金屬帶剪切，剪切后的金屬帶的長度與制備成型的加熱管的周長相同；使用金屬清洗劑對合金金屬帶表面進(jìn)行清洗；清洗后將合金金屬帶表面的雜質(zhì)去除，避免下一步焊接過程中合金金屬帶表面的雜質(zhì)影響焊接的質(zhì)量，提高焊接質(zhì)量；將合金金屬帶焊接成管狀；⑤管狀的金屬帶在置入燒結(jié)淬火一體爐內(nèi)進(jìn)行氫氣氣氛燒結(jié)I小時，再進(jìn)行風(fēng)冷淬火處理，得到加熱管。在氫氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，能夠?qū)埩舻难趸镞M(jìn)行還原，提高加熱管的純度，提高電阻；風(fēng)冷淬火能夠?qū)辖疬M(jìn)行一次改性，進(jìn)一步將電阻值提高10%，增加電能利用率。步驟⑤制備的加熱管置入濃硝酸20s，取出后擦拭干凈。金屬管表面在濃硝酸中迅速鈍化，表面產(chǎn)生一層保護(hù)膜，避免金屬管長期在空氣中被氧化，提高金屬管的壽命。
[0017]管狀的金屬帶在可以在普通的氫氣氣氛燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，再移送至風(fēng)冷淬火爐中進(jìn)行淬火處理，但是由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，目前沒有一種氫氣氣氛燒結(jié)爐和風(fēng)冷淬火爐能夠滿足上述要求。并且在移送過程中，容易損壞高溫狀態(tài)下的管狀金屬帶，造成損失。為了克服上述問題，如圖1和圖3所示，所述的燒結(jié)淬火一體爐包括爐體10，爐體10底部設(shè)置氫氣進(jìn)氣管4，氫氣由底部進(jìn)入爐體10，由于氫氣質(zhì)量輕向上將空氣擠出，當(dāng)爐體10頂部測試到氫氣氣氛時可以停止通氫氣。爐體10內(nèi)均勻設(shè)置數(shù)根接熱管11，加熱管11為爐體10提高溫度，數(shù)根加熱管11均勻分布，將爐體10內(nèi)各個部位的溫度同時提高。如圖2所示，爐體10內(nèi)設(shè)置數(shù)個固定圈6，固定圈6分層排列，有效利用爐體10的空間，固定圈6的側(cè)邊與爐體10內(nèi)壁通過固定柄5連接，固定圈6上均勻分布數(shù)個固定座7，金屬帶8套裝在固定座7上，如圖7所示，固定座7由數(shù)根呈圓形均勻分布豎桿和圓環(huán)組成，圓環(huán)將與各個豎桿連接，這種結(jié)構(gòu)方便風(fēng)冷淬火時冷風(fēng)通過。固定圈6設(shè)置固定座7處開設(shè)通孔13。爐體10上安裝攪拌裝置和通氣裝置，攪拌裝置和通氣裝置分別與爐體10配合。氫氣氣氛燒結(jié)過程中采用攪拌裝置，風(fēng)冷淬火過程采用通氣裝置。如圖4所示，所述的攪拌裝置由封蓋2、攪拌電機(jī)1、攪拌軸3、攪拌葉9組成，封蓋2與爐體10的頂部配合，封蓋2頂部設(shè)置攪拌電機(jī)1，封蓋2下部設(shè)置攪拌軸3，攪拌軸3與攪拌電機(jī)I的輸出軸連接，攪拌軸3上設(shè)置攪拌葉9，攪拌軸3穿過固定圈6，攪拌裝置在氫氣氣氛燒結(jié)過程中將加熱的氫氣氣氛充分混合，保持各部位溫度均勻，攪拌葉9在不同高度，能夠保持各個層面的溫度平衡。如圖5和圖6所示，所述的通氣裝置由頂蓋16、冷風(fēng)進(jìn)氣管14、環(huán)形管15、數(shù)個冷風(fēng)支管17連接構(gòu)成，頂蓋16與爐體10的頂部配合，頂蓋16上部安裝環(huán)形管15，環(huán)形管15上連接冷風(fēng)進(jìn)氣管14，環(huán)形管15下部設(shè)置冷風(fēng)支管17，冷風(fēng)支管17上開設(shè)出風(fēng)口 18，冷風(fēng)支管17底部為通透的孔，冷風(fēng)支管17穿過通孔13，出風(fēng)口 18的高度與固定座7位置相同。燒結(jié)完成后將攪拌裝置取下，將通氣裝置安裝在爐體10上，通過冷風(fēng)進(jìn)氣管14進(jìn)入冷風(fēng)，冷風(fēng)由環(huán)形管15分配至各個冷風(fēng)支管17，由冷風(fēng)支管17上的出風(fēng)口噴射到金屬帶8內(nèi)壁上。所述的爐體10底部為弧形底12，冷風(fēng)同時又冷風(fēng)支管17底部排出，經(jīng)過弧形底12產(chǎn)生內(nèi)部循環(huán)，向上噴射到金屬帶8的外壁上。本裝置能夠?qū)錃鈿夥諢Y(jié)和冷風(fēng)淬火在同一裝置中實(shí)現(xiàn)，避免金屬帶移送過程中損壞，提高金屬帶的質(zhì)量。金屬帶與本裝置完全配合，氫氣氣氛燒結(jié)充分，冷風(fēng)淬火均勻，保證該步驟的高效地進(jìn)行。
[0018]所述的燒結(jié)淬火一體爐的工作過程為:將金屬帶8套裝在固定座7上，再通過氫氣進(jìn)氣管4向爐體10內(nèi)通入氫氣，當(dāng)爐體10頂部的檢測到氫氣時，停止通氣。將攪拌裝置安裝在爐體10上，通過封蓋2密封，啟動攪拌電機(jī)I進(jìn)行攪拌，同時通過加熱管11進(jìn)行加熱燒結(jié)。燒結(jié)完成后，取下攪拌裝置，將通氣裝置安裝在爐體10上，向通知裝置的冷風(fēng)進(jìn)氣管14通冷風(fēng)，進(jìn)行風(fēng)冷淬火。
[0019]本發(fā)明的技術(shù)方案并不限制于本發(fā)明所述的實(shí)施例的范圍內(nèi)。本發(fā)明未詳盡描述的技術(shù)內(nèi)容均為公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.合成金剛石用加熱元件，其特征在于:包括加熱管和加熱片，加熱片扣裝在加熱管上，加熱管的材料為合金，合金由以下質(zhì)量百分比的原料組成:純化的鉻金屬10-22%，鑰金屬3-8%，鈦金屬2-5%，余量為鐵金屬。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的合成金剛石用加熱元件，其特征在于:所述的加熱片的材料為石墨板材。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成金剛石用加熱元件，其特征在于:所述的加熱管的厚度為 0.02-0.05mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成金剛石用加熱元件，其特征在于:所述的加熱管的制作方法為:①將鉻金屬置入80°C溴酸鉀溶液中，超聲波振動I分鐘，再用蒸餾水沖洗2分鐘，烘干，得到純化的鉻金屬；②按下述重量百分比取原料:純化的鉻金屬10-22%，鑰金屬3-8%，鈦金屬2-5%，余量為鐵金屬；③將鑰金屬、鈦金屬、鐵金屬和純化的鉻金屬加入冶煉爐中熔煉，得到毛坯，將毛坯鍛壓為合金金屬帶；④將將步驟③制備合金金屬帶剪切，剪切后的金屬帶的長度與制備成型的加熱管的周長相同；使用金屬清洗劑對合金金屬帶表面進(jìn)行清洗；將合金金屬帶焊接成管狀；⑤管狀的金屬帶在置入燒結(jié)淬火一體爐內(nèi)進(jìn)行氫氣氣氛燒結(jié)I小時，再進(jìn)行風(fēng)冷淬火處理，得到加熱管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的合成金剛石用加熱元件，其特征在于:步驟⑤制備的加熱管置入濃硝酸20s,取出后擦拭干凈。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的合成金剛石用加熱元件，其特征在于:所述的加熱管的制備方法中步驟⑤中的燒結(jié) 淬火一體爐包括爐體(10)，爐體(10)底部設(shè)置氫氣進(jìn)氣管(4)，爐體(10)內(nèi)均勻設(shè)置數(shù)根接熱管(11);爐體(10)內(nèi)設(shè)置數(shù)個固定圈(6)，固定圈(6)分層排列，固定圈(6)的側(cè)邊與爐體(10)內(nèi)壁通過固定柄(5)連接，固定圈(6)上均勻分布數(shù)個固定座(7),固定座(7)由數(shù)根呈圓形均勻分布豎桿和圓環(huán)組成，圓環(huán)將與各個豎桿連接，固定圈(6)設(shè)置固定座(7)處開設(shè)通孔(13);爐體(10)上安裝攪拌裝置和通氣裝置，攪拌裝置和通氣裝置分別與爐體(10)配合，所述的攪拌裝置由封蓋(2)、攪拌電機(jī)(I)、攪拌軸(3)、攪拌葉(9)組成，封蓋(2)與爐體(10)的頂部配合，封蓋(2)頂部設(shè)置攪拌電機(jī)(1)，封蓋(2 )下部設(shè)置攪拌軸(3 )，攪拌軸(3 )與攪拌電機(jī)(I)的輸出軸連接，攪拌軸(3 )上設(shè)置攪拌葉(9)，攪拌軸(3)穿過固定圈(6);所述的通氣裝置由頂蓋(16)、冷風(fēng)進(jìn)氣管(14)、環(huán)形管(15)、數(shù)個冷風(fēng)支管(17)連接構(gòu)成，頂蓋(16)與爐體(10)的頂部配合，頂蓋(16)上部安裝環(huán)形管(15)，環(huán)形管(15)上連接冷風(fēng)進(jìn)氣管(14)，環(huán)形管(15)下部設(shè)置冷風(fēng)支管(17)，冷風(fēng)支管(17)上開設(shè)出風(fēng)口(18)，冷風(fēng)支管(17)底部為通透的孔，冷風(fēng)支管(17)穿過通孔(13)，出風(fēng)口(18)的高度與固定座(7)位置相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的合成金剛石用加熱元件，其特征在于:所述的爐體(10)底部為弧形底(12)。
【文檔編號】C22C38/28GK103602906SQ201310576164
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】蔡立超, 范建朝, 冷樹良, 姬鵬鶴 申請人:山東聊城萊鑫超硬材料有限公司