專利名稱：：生產超硬磨粒的方法生產超硬磨粒的方法
背景技術：
：本發(fā)明涉及生產超硬磨粒，尤其金剛石粒子的方法。通過合成生產金剛石和立方氮化硼磨粒的方法是本領域眾所周知的?？晌⒄{該方法生產具有特定特征的粒子。例如，可微調該方法生產諸如在粉碎之類應用中使用的發(fā)脆的金剛石粒子?；蛘撸晌⒄{該方法生產良好質量的堅固塊狀金剛石。這種金剛石典型地用于鋸和粉碎應用中。通過通常在金剛石溶劑存在下，將碳源，即金剛石的前體置于金剛石在其下晶體學穩(wěn)定的升高的溫度和壓力條件下，合成金剛石。類似地，通過在用于立方氮化硼的溶劑/催化劑存在下，將六方氮化硼，即立方氮化硼的前體置于立方氮化硼在其下晶體學穩(wěn)定的升高的溫度和壓力條件下，合成立方氮化硼粒子。EP0737510公開了通過用非金剛石碳材料，金屬粉末形式的催化劑/溶劑和有機粘合劑的至少一層涂布金剛石微粒，以使得它們至少部分彼此接觸的方式壓實涂布的粒子，將壓實的結構置于合適的合成容器中，并將該壓實的結構置于金剛石在其下晶體學穩(wěn)定的溫度和壓力條件下，合成金剛石粒子的方法。使用涂布的金剛石微粒形成顆粒以供合成較大的金剛石具有數個優(yōu)點?？蓧簩嵾@種顆粒，以便得到微細的金剛石種子以規(guī)則陣列排列或者彼此至少隔開某一最小距離的壓制品(compact)。使用這種壓制品合成金剛石的潛力是與若種子金剛石在整個壓制品中無規(guī)分布的情況相比，將得到較大量質量高的金剛石。然而，在壓實顆粒，形成在金剛石合成工藝中使用的固體壓制品之前，需要從顆粒中除去粘合劑材料。這典型地通過在加熱爐內，在選擇的氛圍和壓力下，使顆粒置于升高的溫度下來實現。所要求的溫度取決于所使用的粘合劑材料。EP0737510教導了范圍為300-600°C的范圍，該專利還教導了加熱爐內氛圍應當為還原或者惰性氛圍，以便最小化壓制品內溶劑金屬的氧化。所公開的實例是在400至600°C的溫度下，經30至60分鐘的時間段在顆粒上流過的氫氣或氫氣/氮氣混合物的物流。它是間歇工藝，其中顆粒填充在加熱爐內并保持靜態(tài)，同時所選氣體的加熱氣氛在其上流過，并將粘合劑去除工藝中的氣體副產物泵送出加熱爐。在EP0737510中公開的粘合劑去除工藝的潛在缺點是，由于粘合劑的去除，顆粒顯著弱化(weaken),而粘合劑的目的是將各成分粘結在一起。在隨后的處理和輸送過程中，在其壓實之前，這可能會增加顆粒破碎的可能性，其結果是會降低導致優(yōu)異金剛石質量的有益的?；ЧＯ拗茰囟鹊叫∮?00'C的另一缺點是，在升高的溫度下需要度過相對長的時間，以便實現粘合劑的完全去除，這是因為去除速度傾向于隨著溫度增加而增加。這具有傾向于增加溶劑金屬氧化程度的有害效果，其中在升高的溫度下以及在該溫度本身下，溶劑金屬的氧化隨著時間增加而增加。間歇熔煉方法除去粘合劑的進一步的缺點是，粘合劑的去除速度可能不同，因此對于在加熱爐內的不同部分處的顆粒來說，實際粘合劑的去除不同。若顆粒以相對厚的層填充在彼此頂部，則這一問題會惡化，這是因為在這一構造內，不同位置的顆粒可經歷不同的溫度、加熱速度以及粘合劑燃燒速度和氣體副產物去除速度。因此，在去除工藝之后一些顆?；蛘呷匀槐Ａ粢恍┱澈蟿┎牧希蛘吖に嚂r間比所需的要長，其結果是溶劑金屬的氧化比必需的大。已知在這一階段中粘合劑的不完全去除對在隨后的合成工藝過程中生長的金剛石的質量和產率具有有害的影響。發(fā)明概述根據本發(fā)明，從多個顆粒中除去粘合劑材料的方法包括在足以從基本上所有顆粒中除去粘合劑材料的溫度和時間下，使顆粒連續(xù)地穿過加熱區(qū)，其中所述多個顆粒包括至少一個磨粒，磨粒的前體，磨粒/前體用溶劑/催化劑，和粘合劑材料。實施方案的說明本發(fā)明是制備用于金剛石合成的金剛石種子涂布的顆粒中使用的有機粘合劑材料的除去方法。特別地，本發(fā)明涉及適合于在高壓高溫金剛石或立方氮化硼合成中使用的顆?；虿牧?下文稱為顆粒)的脫除粘合劑(debinder)和/或純化方法，該方法包括下述步驟使顆粒以連續(xù)的方式穿過具有控制氛圍和溫度的區(qū)域，該區(qū)域具有在該區(qū)域內大于約600。C的最大溫度，其中在該區(qū)域內每一顆粒所度過的時間小于30分鐘。優(yōu)選地，顆粒以層，優(yōu)選薄層形式填充在傳送帶體系上并以連續(xù)而不是間歇模式穿過具有控制的氛圍和溫度的區(qū)域，其中在該區(qū)域內的最大溫度大于約600。C(熱區(qū))，并且其中在該熱區(qū)內每一顆粒度過的時間小于30分鐘。含氫氣的氣體物流(它典型地包括另一氣體，如氮氣和/或惰性氣體)連續(xù)地穿過熱區(qū)并在移動的顆粒上通過，從而帶走去除工藝中的氣體副產物。術語薄層是指包括小于20mm深的顆粒層，更優(yōu)選小于10mm深，更優(yōu)選小于9mm深，更優(yōu)選小于8fflffl深，更優(yōu)選小于7咖深，更優(yōu)選小于6mm深，最優(yōu)選小于5mm深。優(yōu)選地，熱區(qū)的溫度大于70(TC，更優(yōu)選大于750'C，更優(yōu)選大于800°C，更優(yōu)選大于850。C，最優(yōu)選大于900'C。優(yōu)選地，最小溫度是顆粒內包含的粘合劑的熱解溫度。優(yōu)選地，熱區(qū)的溫度小于1300'C，更優(yōu)選小于119(TC,更優(yōu)選小于1180°C，更優(yōu)選小于1170°C，更優(yōu)選小于1160°C，最優(yōu)選小于1150°C。優(yōu)選地，在熱區(qū)內每一顆粒度過的時間小于io分鐘，更優(yōu)選小于9分鐘，更優(yōu)選小于8分鐘，更優(yōu)選小于7分鐘，更優(yōu)選小于6分鐘，最優(yōu)選小于5分鐘?？衫眠@一方法很好地控制顆粒穿過熱區(qū)的速度、氣體物流在熱區(qū)內的流動速度和因此氣體副產物的去除速度，以及熱區(qū)的溫度和尺寸。因此，可非常好地控制粘合劑的去除工藝，因為這樣可在顆粒內均勻地除去粘合劑。優(yōu)選地，穿過熱區(qū)的氣體物流的速度和顆粒的通過速度存在凈差(netdifference)。要理解，氣體物流和顆?？稍谙嗤姆较蛏闲羞M(在不同的速度下)，但在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，氣體物流與顆粒穿過的方向相反。本發(fā)明方法的重要特征是如此布局以便每一顆粒經歷基本上相同的溫度和氣體環(huán)境條件。其結果是，粘合劑的去除反應，反應產物的去除和通過該方法引起的顆粒的任何變化對于每一顆粒來說基本上相同。這進而得到每一顆粒的化學和物理狀態(tài)的再現與優(yōu)化的理想結果，因為它涉及使用顆粒的壓制品制備優(yōu)異質量的合成金剛石。本發(fā)明的優(yōu)點是，所有顆粒相同地在粘合劑去除工藝中進行處理，因為在相同的時間段內它們全部暴露于同樣的溫度和大氣條件下。因此所有顆粒經歷相同的粘合劑去除速度和程度。因此，一旦優(yōu)化加熱爐內條件，則所有顆粒具有得到相同優(yōu)異質量金剛石晶體的潛力。此外，由于暴露于升高的溫度下的時間少于現有技術，因此此處所使用的較高溫度的結果是，顆粒內溶劑金屬的氧化潛力下降。使用高于60(TC的溫度的另一優(yōu)點是，顆粒內在溶劑金屬粉末之間的粘結程度更大，這是因為這種粘結程度傾向于隨著溫度增加而增加。因此，在粘合劑去除工藝之后，顆粒傾向于更加堅'固，因此更加結實，并且在處理和運輸過程中顆粒破碎的程度下降。在壓實工藝之前和壓實工藝之中顆粒更大可能地保持其結構完整性的事實意味著對于金剛石的合成來說，使用壓實顆粒的優(yōu)勢更加可能充分地實現。與間歇熔煉方法相反，在使用該顆粒隨后生產的金剛石質量方面，本發(fā)明方法的有益程度令人驚奇地大。根據本發(fā)明方法處理的顆粒各自含有超硬磨粒，和優(yōu)選僅僅一種這樣的粒子。該顆粒還含有用于磨粒的溶劑/催化劑或這種溶劑/催化劑的前體和超硬磨粒的前體。該顆粒是任何合適形狀或尺寸的各種組分的粘著物料，且可通過諸如?；⒃炝；驀娡恐惖姆椒ㄉa。該顆粒還含有粘合劑，所述粘合劑可以是有機或無機粘合劑，優(yōu)選有機粘合劑。這種粘合劑的實例是纖維素醚，有機聚合物和類似物。根據本發(fā)明的方法，在顆粒置于高溫/高壓生長條件下之前除去這種粘合劑。磨粒通常是金剛石或立方氮化硼粒子。本發(fā)明方法在生產金剛石粒子中具有特殊的應用。顆粒內的粒子通常是微細的，例如尺寸小于100微米?？梢砸詫有问交蛘咭悦恳活w粒的混合物形式提供溶劑/催化劑或其前體和用于磨粒的前體，其中優(yōu)選后者。這些組分在顆粒內通常為粉末形式。用于金剛石和立方氮化硼的溶劑/催化劑是本領域眾所周知的。金剛石溶劑/催化劑的特別合適的實例是過渡金屬，例如鈷、鐵、鎳或含有一種或更多種這些金屬的合金。也可使用溶劑/催化劑的前體。金剛石溶劑/催化劑前體的實例是諸如氧化鎳、氧化鈷或氧化鐵之類的氧化物，或將還原或熱解為氧化物的化合物，例如諸如鐵、鈷或鎳之類金屬的碳酸鹽和草酸鹽。當使用前體時，優(yōu)選顆粒進行熱處理，還原前體為金屬，之后使顆粒進行高溫/高壓燒結。用于還原的熱處理根據顆粒性質、其內容物和前體的性質而變化。溶劑/催化劑的前體還原為特別微細粒度的金屬，以便在超硬磨粒周圍提供層中各組分的微細和均勻的混合物。用于金剛石的前體是非金剛石碳，例如石墨或無定形碳。用于立方氮化硼的前體是六方氮化硼。顆粒置于其下的升高的溫度和壓力生長條件是本領域眾所周知的。典型的壓力范圍為3-8GPa和典型地溫度范圍為1000-2100°C。從高溫/高壓裝置的反應區(qū)中取出處理過的材料。使用本領域已知的回收步驟回收該材料。參考下述非限定性實施例描述本發(fā)明。實施例1:在不銹鋼盤上熱處理適合于金剛石合成的含石墨、鐵和鎳粉末的顆粒，所述不銹鋼盤穿過具有控制的還原氛圍的輸送式加熱爐，以除去粘合劑并純化顆粒。所使用的條件是每盤lkg顆粒(該盤的面積為800cm2),維持含85%&、15%H2的控制氛圍和各自6001/1201/分鐘的實際流速(足以避免在加熱爐入口和出口處空氣進入)，加熱爐的頂部溫度為1050°C，和在頂部溫度下顆粒的時間為4分鐘30秒。緊跟著在熱處理之后分析顆粒。所有的測量結果用百分數表示。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>與以上一樣釆用100。/。的H氛圍。獲得類似的分析結果。實施例3:與以上一樣在90(TC下。微量元素化學類似，但發(fā)現0的濃度較高為0.0120%。實施例3:與以上一樣在1130'C下。微量元素化學類似，但發(fā)現O的濃度較低為0.0085%。權利要求1.適合于在高壓高溫金剛石或立方氮化硼合成中使用的顆?；虿牧系拿摮澈蟿┖?或純化方法，該方法包括下述步驟使顆?；虿牧弦赃B續(xù)的方式穿過具有控制氛圍和溫度的區(qū)域，該區(qū)域具有在該區(qū)域內大于約600℃的最大溫度，其中在該區(qū)域內每一顆粒所度過的時間小于30分鐘。2.權利要求1的方法，其中含氫氣的氣體物流連續(xù)地穿過該區(qū)域并在顆?；虿牧仙洗┻^。3.權利要求2的方法，其中氣體物流進一步包括另一氣體，如氮氣和/或惰性氣體。4.權利要求2和3中任何一項的方法，其中氣體物流帶走脫除粘合劑和/或純化工藝中的氣體副產物。5.前述權利要求中任何一項的方法，其中顆粒或材料以薄層形式堆積在穿過該區(qū)域的盤內。6.前述權利要求中任何一項的方法，其中該區(qū)域具有大于700°C的溫度。7.前述權利要求中任何一項的方法，其中該區(qū)域具有小于1300i:的溫度。8.前述權利要求中任何一項的方法，其中在熱區(qū)內每一顆粒所度過的時間小于30分鐘。9.前述權利要求中任何一項的方法，其中顆?；虿牧洗┻^該區(qū)域的速度、氣體物流在該區(qū)域內的流動速度、氣體副產物的去除、該區(qū)域的溫度和尺寸是可控的。10.前述權利要求中任何一項的方法，其中穿過該區(qū)域的氣體物流的速度和穿過該區(qū)域的顆?；虿牧系乃俣却嬖趦舨?。11.權利要求10的方法，其中氣體物流與顆粒的穿過方向相反。12.前述權利要求中任何一項的方法，其中每一顆粒經歷基本上相同的溫度和氣體環(huán)境條件。13.前述權利要求中任何一項的方法，其中區(qū)域的溫度使得發(fā)生顆?；虿牧系牟糠譄Y。14.進行過權利要求1-13中任何一項的方法的顆粒。15.基本上如前所述或例舉的本發(fā)明的方法。16.基本上如前所述或例舉的本發(fā)明的顆粒。全文摘要本發(fā)明涉及適合于在高壓高溫金剛石或立方氮化硼合成中使用的顆粒或材料的脫除粘合劑和/或純化方法，該方法包括下述步驟使顆?；虿牧弦赃B續(xù)的方式穿過具有控制氛圍和溫度的區(qū)域，該區(qū)域具有在該區(qū)域內大于約600℃的最大溫度，其中在該區(qū)域內每一顆粒所度過的時間小于30分鐘。文檔編號B01J6/00GK101193695SQ200680020820公開日2008年6月4日申請日期2006年5月4日優(yōu)先權日2005年5月4日發(fā)明者M·G·芒迪申請人:六號元素(產品)(控股)公司