超細金剛石合成用發(fā)熱元件及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種超細金剛石合成用發(fā)熱元件及其制備方法，由發(fā)熱元件基體和固定在發(fā)熱元件基體外壁上的發(fā)熱體組成，所述發(fā)熱元件基體和發(fā)熱體分別為上、下兩端開口的圓柱筒形結構，其中發(fā)熱體以發(fā)熱元件基體的軸線的中線為中心對稱布置。本發(fā)明發(fā)熱元件基體外壁上復合金屬發(fā)熱體，能夠快速提升合成溫度達到金剛石合成條件，并從而提高超細顆粒金剛石合成質量和合成工作效率，其制備方法制備方法，采用熱鍛減少常規(guī)壓合鑄錠存在的疏松、氣孔等鑄造缺陷，提高了合金的塑性和密度均勻性，提高了合金電阻的穩(wěn)定性。
【專利說明】超細金剛石合成用發(fā)熱元件及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及超硬材料合成設施【技術領域】，具體涉及一種用于人造金剛石合成的超細金剛石合成用發(fā)熱元件及其制備方法。

【背景技術】
[0002]超硬材料人造金剛石合成的主要方法是高壓高溫法，其一般合成溫度在1200—1300°C,合成壓力5.0一5.5Gpa ；目前國內普遍采用間接發(fā)熱方式,發(fā)熱元件為石墨紙發(fā)熱管和金屬發(fā)熱管；由于發(fā)熱方式和結構的固有缺陷，這種發(fā)熱方式往往存在兩端溫度低，中心溫度高的弊端；其中石墨紙發(fā)熱管，電阻小升溫速率較慢；而金屬發(fā)熱管一般為0.2mm金屬帶焊接而成，雖然升溫速率有所提升，但發(fā)熱分布均勻性差，合成質量往往較差；超細顆粒金剛石合成具有成核量大、時間短、粒度細的特點，常規(guī)發(fā)熱元件難以滿足合成需要。因此，如何提高合成溫度的升溫速率和溫度的均勻性是合成超細顆粒金剛石所需解決的重要問題。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的不足和缺陷，提供一種能夠在快速提升合成溫度的同時，進一步改善合成腔體溫度分布的均勻性超細金剛石合成用發(fā)熱元件及其制備方法。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是:一種超細金剛石合成用發(fā)熱元件，由發(fā)熱元件基體和固定在發(fā)熱元件基體外壁上的發(fā)熱體組成，所述發(fā)熱元件基體和發(fā)熱體分別為上、下兩端開口的圓柱筒形結構，其中發(fā)熱體以發(fā)熱元件基體的軸線的中線為中心對稱布置。
[0005]上述超細金剛石合成用發(fā)熱元件中，所述發(fā)熱元件基體和發(fā)熱體厚度分別為
0.1mnT0.15mm,發(fā)熱體的外徑為42mnT50mm,發(fā)熱體的高度為發(fā)熱元件基體高度的4?6%,所述發(fā)熱元件基體的高度為42mnT50mm。
[0006]上述超細金剛石合成用發(fā)熱元件中，所述的發(fā)熱元件基體和發(fā)熱體分別由鎳基合金材料制成，鎳基合金由以下質量百分比的原料組成:鐵含量為0.1%-1%，鉻含量為28%-31%，余量為鎳，所述鎳基合金的耐熱溫度為1250°C -1380°C。所述發(fā)熱體通過點焊焊接在發(fā)熱元件基體外壁上。
[0007]上述超細金剛石合成用發(fā)熱元件的制備方法，包括以下步驟:
(O按照權利要求3中所述鎳基合金的原料組成稱取各種合金成分，將其合金成分加入合金冶煉真空爐，抽真空至8Pa，升溫至1450°C ^1500°C，熔煉45 min?50min，熔煉后得到的合金液燒鑄冷卻成鑄錠；
(2)將步驟(I)得到的合金錠加熱至100(Tl20(rC，在此溫度條件下保溫4(T45min，鍛造成厚度為15 ± 2mm的鍛還;
(3)將步驟(2)得到的鍛坯加熱到900°C±10°C并保溫60 min?65min，熱軋成厚度為2.5± Imm的板材，氬弧焊對接打卷成帶，將得到的合金帶置入5%_10%氫氧化鈉溶液30-60S，取出沖水清洗后，置入15%硝酸水溶液2min，取出后清水沖洗，烘干；
(4)將步驟(3)得到的合金帶室溫下連續(xù)冷軋，達到厚度為0.1?0.15mm ；
(5)按照上述步驟(I)到步驟(4)同樣的方法制成合金條；所得合金條的寬度為步驟
(4)所得合金帶寬度的4-6% ；
(6)將步驟(5)得到的合金條沿長度方向焊接到步驟(4)所得合金帶的中線上，焊接時合金條中線與合金帶中線重合，焊接后得到復合合金金屬帶；
(7)將步驟(6)焊接后得到的復合合金金屬帶剪切，剪切后的復合合金金屬帶采用無水乙醇進行表面擦洗清理，剪切后的復合合金金屬帶的長度與制備成型的發(fā)熱元件基體的周長相等，將合金金屬帶卷成或焊接成圓筒狀，得到發(fā)熱元件。
[0008]上述超細金剛石合成用發(fā)熱元件的制備方法中，步驟(4)所得的合金帶寬度為42mnT50mm，合金帶耐熱溫度為1250°C?1380°C。
[0009]上述超細金剛石合成用發(fā)熱元件的制備方法中，步驟(5)所得的合金條的合金帶耐熱溫度為1250°C -1380°C。
[0010]上述超細金剛石合成用發(fā)熱元件的制備方法中，在步驟(2)中，在步驟(6)中，焊接采用點焊焊接方式，點焊時所用的電壓260V，焊接時間為0.05秒，焊點間距為8mm ?10mnin
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明通過將金屬發(fā)熱元件減薄至0.1-0.15_，并在發(fā)熱元件基體外壁上復合金屬發(fā)熱體，制作成發(fā)熱元件，能夠在超細顆粒金剛石合成中快速提升合成溫度達到金剛石合成條件，并有效解決現(xiàn)有結構兩端溫度低中心溫度高的缺陷，從而提高超細顆粒金剛石合成質量和合成工作效率。
[0012]2、采用本發(fā)明制備方法得出的超細金剛石合成用發(fā)熱元件，在低電壓大電流作用下，本發(fā)明發(fā)熱熱元件采用超薄發(fā)熱體，可快速提升合成溫度達到超細顆粒金剛石合成條件，由于發(fā)熱體的增加，降低了發(fā)熱元件基體體中心電阻，從而達到平衡均勻溫度的目的，因此該發(fā)熱元件的使用可為超細顆粒金剛石合成提供均勻穩(wěn)定的生長環(huán)境，從而提高合成質量和工作效率。
[0013]3、本發(fā)明超細金剛石合成用發(fā)熱元件壁厚較薄，增加合成塊腔體的體積，增加產量，本發(fā)明結構簡單，易于制作，成本低。
[0014]4、本發(fā)明超細金剛石合成用發(fā)熱元件的制備方法，采用熱鍛減少常規(guī)壓合鑄錠存在的疏松、氣孔等鑄造缺陷，提高了合金的塑性和密度均勻性，提高了合金電阻的穩(wěn)定性，在加熱時，有利于合成溫度的穩(wěn)定控制；另采用帶狀連續(xù)冷軋的方式，提高了生產效率，有效保證了尺寸的連續(xù)均一性，有利于合成穩(wěn)定性的提高。
[0015]

【專利附圖】

【附圖說明】
圖1是本發(fā)明的超細金剛石合成用發(fā)熱元件的主視結構示意圖；
圖2是本發(fā)明的超細金剛石合成用發(fā)熱元件的俯視結構示意圖；
圖3是本發(fā)明超細金剛石合成用發(fā)熱元件制成前的復合合金金屬帶的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述: 實施例1:參見圖1和圖2，圖中標號所代表的意義為:1、發(fā)熱元件基體，2、發(fā)熱體。一種超細金剛石合成用發(fā)熱元件，由發(fā)熱元件基體I和固定在發(fā)熱元件基體I外壁上的發(fā)熱體組成，所述發(fā)熱元件基體I和發(fā)熱體2分別為上、下兩端開口的圓柱筒形結構，其中發(fā)熱體2以發(fā)熱元件基體I的軸線的中線為中心對稱布置。
[0017]上述超細金剛石合成用發(fā)熱元件中，所述發(fā)熱元件基體I和發(fā)熱體2厚度分別為0.1mm,發(fā)熱體2的外徑為42mm,所述發(fā)熱元件基體I的高度為42mm。
[0018]上述超細金剛石合成用發(fā)熱元件中，所述的發(fā)熱元件基體和發(fā)熱體分別由鎳基合金材料制成，鎳基合金由以下質量百分比的原料組成:鐵含量為:0.1%，鉻含量為:28%，余量為鎳，所述鎳基合金的耐熱溫度為1250°C -1380°C。
[0019]上述超細金剛石合成用發(fā)熱元件中，所述發(fā)熱體2通過點焊焊接在發(fā)熱元件基體I外壁上，發(fā)熱體的高度為發(fā)熱元件基體高度的4%。
[0020]上述超細金剛石合成用發(fā)熱元件的制備方法，包括以下步驟:參見圖3，圖中a表示合金帶，b表示合金條，c表示合金帶中線；
(1)按上述鎳基合金的原料組成稱取各種合金成分，將其合金成分加入合金冶煉真空爐，抽真空至8Pa，升溫至1450°C，熔煉50min，熔煉后得到的合金液澆鑄冷卻成鑄錠；
(2)將步驟(I)得到的合金錠加熱至1000°C，在此溫度條件下保溫45min，鍛造成厚度為13mm的鍛還；
(3)將步驟(2)得到的鍛坯加熱到890°C并保溫65min，熱軋成厚度為1.5mm的板材，氬弧焊對接打卷成帶，將得到的合金帶置入5%氫氧化鈉溶液60s，取出沖水清洗后，置入15%硝酸水溶液2min，取出后清水沖洗，烘干；
(4)將步驟(3)得到的合金帶室溫下連續(xù)冷軋，達到厚度為0.15_ ; (5)按照上述步驟(I)到步驟(4)同樣的方法制成合金條；所得合金條的寬度為步驟(4)所得合金帶寬度的4% ；
(6)將步驟(5)得到的合金條沿長度方向焊接到步驟(4)所得合金帶的中線上，焊接時合金條中線與合金帶中線重合，焊接后得到復合合金金屬帶；
(7)將步驟(6)焊接后得到的復合合金金屬帶剪切，剪切后的復合合金金屬帶采用無水乙醇進行表面擦洗清理，剪切后的復合合金金屬帶的長度與制備成型的發(fā)熱元件基體的周長相等，將合金金屬帶卷成或焊接成圓筒狀，得到發(fā)熱元件。
[0021]上述超細金剛石合成用發(fā)熱元件的制備方法中，步驟(4)所得的合金帶寬度為42mm，合金帶耐熱溫度為1250°C。
[0022]上述超細金剛石合成用發(fā)熱元件的制備方法中，步驟(5)所得的合金帶耐熱溫度為 1250。。。
[0023]上述超細金剛石合成用發(fā)熱元件的制備方法中，在步驟(2)中，在步驟(6)中，焊接采用點焊焊接方式，點焊時所用的電壓260V，焊接時間為0.05秒，焊點間距為8mm。
[0024]實施例2:實施2與實施例1基本相同，相同之處不重述，不同之處在于:超細金剛石合成用發(fā)熱元件的發(fā)熱元件基體和發(fā)熱體分別由鎳基合金材料制成，發(fā)熱元件基體I的高度為46mm，鎳基合金由以下質量百分比的原料組成:鐵含量為:0.12%，鉻含量為:29.5%，余量為鎳，所述鎳基合金的耐熱溫度為1300°C。制備上述超細金剛石合成用發(fā)熱元件時，按上述鎳基合金的原料組成稱取各種合金成分，將其合金成分加入合金冶煉真空爐，抽真空至8Pa，升溫至1480°C，熔煉48min，熔煉后得到的合金液澆鑄冷卻成鑄錠；然后將鑄錠加熱至1100°C，在此溫度下保溫43min，鍛造成厚度為15mm的鍛坯；將上述的鍛坯加熱到900°C并保溫62 min，熱軋成厚度為2.8的板材，氬弧焊對接打卷成帶，將得到的合金帶置入8%氫氧化鈉溶液40s,取出沖水清洗后,置入15%硝酸水溶液2min,取出后清水沖洗,烘干；將合金帶室溫下連續(xù)冷軋，厚度為0.12mm ;以制備合金帶同樣的方法制備合金條,合金條的寬度合金帶寬度的5% ;將合金條通過點焊焊到合金帶的中線上，焊點間距為9mm，焊接時合金條中線與合金帶中線重合，焊接后得到復合合金金屬帶；將復合合金金屬帶進行剪切，剪切后的復合合金金屬帶的長度與制備成型的發(fā)熱元件基體的周長相等，剪切后的復合合金金屬帶采用無水乙醇進行表面擦洗清理，將合金金屬帶卷成或焊接成圓筒狀，得到發(fā)熱元件。
[0025]上述的合金金屬帶的寬度為46mm,厚度為0.12mm ;合金條的厚度為0.13mm。合金條和合金帶的耐熱溫度均為1300°C。
[0026]實施例3:實施3與實施例1基本相同，相同之處不重述，不同之處在于:超細金剛石合成用發(fā)熱元件的發(fā)熱元件基體和發(fā)熱體分別由鎳基合金材料制成，發(fā)熱元件基體I的高度為48mm，鎳基合金由以下質量百分比的原料組成:鐵含量為:0.55%，鉻含量為:30%，余量為鎳，所述鎳基合金的耐熱溫度為1350°C。制備上述超細金剛石合成用發(fā)熱元件時，按上述鎳基合金的原料組成稱取各種合金成分，將其合金成分加入合金冶煉真空爐，抽真空至8Pa，升溫至1460°C，熔煉49min，熔煉后得到的合金液澆鑄冷卻成鑄錠；然后將鑄錠加熱至1150°C，在此溫度下保溫42min，鍛造成厚度為16mm的鍛坯；將上述的鍛坯加熱到905°C并保溫61 min，熱軋成厚度為3.0的板材，氬弧焊對接打卷成帶，將得到的合金帶置入6%氫氧化鈉溶液38s,取出沖水清洗后,置入15%硝酸水溶液2min,取出后清水沖洗,烘干；將合金帶室溫下連續(xù)冷軋至厚度為0.1lmm ;以制備合金帶同樣的方法制備合金條,合金條的寬度合金帶寬度的5% ;將合金條通過點焊焊到合金帶的中線上，焊點間距為10mm，焊接時合金條中線與合金帶中線重合，焊接后得到復合合金金屬帶；將復合合金金屬帶進行剪切，剪切后的復合合金金屬帶的長度與制備成型的發(fā)熱元件基體的周長相等，剪切后的復合合金金屬帶采用無水乙醇進行表面擦洗清理，將合金金屬帶卷成或焊接成圓筒狀，得到發(fā)熱元件。
[0027]上述的合金金屬帶的寬度為48mm,厚度為0.14mm ;合金條的厚度為0.13mm。合金條耐熱溫度為1320°C，合金條耐熱溫度為1340°C。
[0028]實施例4:實施4與實施例1基本相同，相同之處不重述，不同之處在于:超細金剛石合成用發(fā)熱元件的發(fā)熱元件基體和發(fā)熱體分別由鎳基合金材料制成，發(fā)熱元件基體I的高度為50mm，鎳基合金由以下質量百分比的原料組成:鐵含量為:1%，鉻含量為:31%，余量為鎳，所述鎳基合金的耐熱溫度為1380°C。制備上述超細金剛石合成用發(fā)熱元件時，按上述鎳基合金的原料組成稱取各種合金成分，將其合金成分加入合金冶煉真空爐，抽真空至8Pa，升溫至1500°C，熔煉50min，熔煉后得到的合金液澆鑄冷卻成鑄錠；然后將鑄錠加熱至1200°C，在此溫度下保溫45min，鍛造成厚度為17mm的鍛坯；將上述的鍛坯加熱到910°C并保溫60min，熱軋成厚度為3.5的板材，氬弧焊對接打卷成帶，將得到的合金帶置入6%氫氧化鈉溶液38s,取出沖水清洗后,置入15%硝酸水溶液2min,取出后清水沖洗,烘干；將合金帶室溫下連續(xù)冷軋至厚度為0.1mm ;以制備合金帶同樣的方法制備合金條,合金條的寬度合金帶寬度的6% ;將合金條通過點焊焊到合金帶的中線上，焊點間距為8mm，焊接時合金條中線與合金帶中線重合，焊接后得到復合合金金屬帶；將復合合金金屬帶進行剪切，剪切后的復合合金金屬帶的長度與制備成型的發(fā)熱元件基體的周長相等，剪切后的復合合金金屬帶采用無水乙醇進行表面擦洗清理，將合金金屬帶卷成或焊接成圓筒狀，得到發(fā)熱元件。
[0029]上述的合金金屬帶的寬度為48mm,厚度為0.14mm ;合金條的厚度為0.13mm。合金條和合金帶耐熱溫度均為1380°C。
【權利要求】
1.一種超細金剛石合成用發(fā)熱元件，其特征在于:由發(fā)熱元件基體和固定在發(fā)熱元件基體外壁上的發(fā)熱體組成，所述發(fā)熱元件基體和發(fā)熱體分別為上、下兩端開口的圓筒狀，其中發(fā)熱體以發(fā)熱元件基體的軸線的中線為中心對稱布置。
2.根據(jù)權利要求1所述的超細金剛石合成用發(fā)熱元件，其特征在于:所述的發(fā)熱元件基體和發(fā)熱體厚度分別為0.1mnT0.15mm,發(fā)熱體的外徑為42mnT50mm,其高度為發(fā)熱元件基體高度的4?6%，所述發(fā)熱元件基體的高度為42mnT50mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的超細金剛石合成用發(fā)熱元件，其特征在于:所述的發(fā)熱元件基體和發(fā)熱體分別由鎳基合金材料制成，鎳基合金由以下質量百分比的原料組成:鐵含量為0.1%_1%，鉻含量為28%-31%，余量為鎳，所述鎳基合金的耐熱溫度為1250°C -1380°C。
4.根據(jù)權利要求1所述的超細金剛石合成用發(fā)熱元件，其特征在于:所述的發(fā)熱體通過點焊焊接在發(fā)熱元件基體外壁上。
5.權利要求1所述的超細金剛石合成用發(fā)熱元件的制備方法，包括以下步驟: (O按照權利要求3中所述鎳基合金的原料組成稱取各種合金成分，將其合金成分加入合金冶煉真空爐，抽真空至8Pa，升溫至1450°C ^1500°C，熔煉45min?50min，熔煉后得到的合金液澆鑄冷卻成鑄錠； (2)將步驟(I)得到的合金錠加熱至100(Tl20(rC，在此溫度條件下保溫4(T45min，鍛造成厚度為15 ± 2mm的鍛還； (3)將步驟(2)得到的鍛坯加熱到900±10°C并保溫60min?65min，熱軋成厚度為2.5± Imm的板材，氬弧焊對接打卷成帶，將得到的合金帶置入5%_10%氫氧化鈉溶液30iT60S，取出沖水清洗后，置入15%硝酸水溶液2min，取出清水沖洗后，烘干； (4)將步驟(3)得到的合金帶室溫下連續(xù)冷軋，達到厚度為0.1?0.15mm ； (5)按照上述步驟(I)到步驟(4)同樣的方法制成合金條；所得合金條的寬度為步驟(4)所得合金帶寬度的4-6% ； (6)將步驟(5)得到的合金條沿長度方向焊接到步驟(4)所得合金帶的中線上，焊接時合金條中線與合金帶中線重合，焊接后得到復合合金金屬帶； (7)將步驟(6)焊接后得到的復合合金金屬帶剪切，剪切后的復合合金金屬帶采用無水乙醇進行表面擦洗清理，剪切后的復合合金金屬帶的長度與制備成型的發(fā)熱元件基體的周長相等，將合金金屬帶卷成或焊接成圓筒狀，得到發(fā)熱元件。
6.根據(jù)權利要求5所述的超細金剛石合成用發(fā)熱元件的制備方法，其特征在于:步驟(4)所得的合金帶寬度為42mnT50mm，合金帶耐熱溫度為1250°C?1380°C。
7.根據(jù)權利要求5所述的超細金剛石合成用發(fā)熱元件的制備方法，其特征在于:步驟(5)所得的合金條合金帶耐熱溫度為1250°C?1380°C。
8.根據(jù)權利要求5所述的超細金剛石合成用發(fā)熱元件的制備方法，其特征在于:在步驟(6)中，焊接采用點焊焊接方式，點焊時所用的電壓260V，焊接時間為0.05秒，焊點間距為 8~1Ommn
【文檔編號】B01J3/06GK104226198SQ201410458540
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權日:2014年9月11日
【發(fā)明者】張存升 申請人:河南省力量新材料有限公司