一種寶石級(jí)金剛石合成用導(dǎo)電鋼圈的制作方法
【專利摘要】一種寶石級(jí)金剛石合成用導(dǎo)電鋼圈，包括鋼圈以及在鋼圈內(nèi)填充滿的多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)，所述多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)包括內(nèi)層的傳壓層和外層的隔熱層，隔熱層高度為0.5~2mm，所述傳壓層為葉臘石層，隔熱層為氣凝膠層。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，單晶生長(zhǎng)好，使用壽命長(zhǎng)，還能有效的節(jié)約成本，效果顯著。
【專利說明】
一種寶石級(jí)金剛石合成用導(dǎo)電鋼圈
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于超硬材料的高溫高壓合成領(lǐng)域，具體為一種寶石級(jí)金剛石合成用導(dǎo)電鋼圈。
【背景技術(shù)】
[0002]在寶石級(jí)金剛石的合成設(shè)備中，高溫高壓的產(chǎn)生主要由六面頂壓機(jī)作用于葉臘石合成塊，葉臘石合成塊腔體兩端都有兩個(gè)導(dǎo)電鋼圈，因在超硬材料合成領(lǐng)域?qū)щ娊饘俨馁|(zhì)多為鋼材，所以統(tǒng)稱為導(dǎo)電鋼圈。導(dǎo)電鋼圈在合成塊兩端的中間位置，其與合成頂錘面直接接觸，把樣品封堵在腔體內(nèi)部，加熱時(shí)通過導(dǎo)電鋼圈把電流輸送到加熱介質(zhì)，最后由加熱介質(zhì)發(fā)熱使腔體內(nèi)部獲得高溫環(huán)境?，F(xiàn)在普遍使用的導(dǎo)電鋼圈多為博士帽鋼圈和碗式鋼圈，其尺寸隨合成腔體大小的改變而改變。導(dǎo)電鋼圈外部與兩個(gè)頂錘直接接觸，主要起到了封閉、導(dǎo)電、傳壓、散熱以及有效保護(hù)頂錘不被燒裂的作用。為了使導(dǎo)電鋼圈發(fā)揮更好的作用，一般在導(dǎo)電鋼圈內(nèi)部填充葉臘石和白云石介質(zhì)，以提高其傳壓和保溫性能。但由于在高溫高壓下葉臘石有相變，在5.5?6.0GPa條件下，溫度達(dá)到700°C左右時(shí)，葉臘石中的結(jié)晶水促使葉臘石相變成藍(lán)晶石和柯石英，體積收縮率是葉臘石的12.6%，這種相變及伴隨著的體積收縮，使得傳壓性能變差;所以目前導(dǎo)電鋼圈內(nèi)部以填充材料白云石(如圖1所示)居多，因白云石熱膨脹系數(shù)大，不含水，高溫高壓下不發(fā)生相變，具有良好的保溫效果。
[0003]白云石被填充在導(dǎo)電鋼圈內(nèi)部，雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)驗(yàn)過程中高溫位置附近的白云石部分分解為碳酸鎂、碳酸鈣，容易破壞合成環(huán)境的穩(wěn)定性，部分工作者將導(dǎo)電鋼圈側(cè)壁的厚度制作的很薄，來保證導(dǎo)電堵頭具有良好的保溫性，但導(dǎo)電鋼圈厚度太薄會(huì)造成導(dǎo)電鋼圈與加熱端片的接觸面過小，由于合成腔體內(nèi)污染較嚴(yán)重，因此經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)電鋼圈底端與加熱端片接觸不良的情況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)事故。還有將碗式鋼圈變小，以此阻止腔體內(nèi)熱量從加熱兩端盡快流失，減少腔體溫度梯度。盡管在磨料級(jí)金剛石生產(chǎn)過程中，這種鋼圈會(huì)發(fā)揮很好的作用，但對(duì)溫度梯度法生長(zhǎng)寶石級(jí)金剛石單晶來說，其作用不是很明顯。另一方面，白云石被填充在導(dǎo)電鋼圈內(nèi)部只起到保溫的作用，在傳壓方面不起傳壓的作用。雖然葉臘石具有良好的傳壓作用，但由于葉臘石高溫高壓存在相變，導(dǎo)電鋼圈內(nèi)部沒有良好的傳壓介質(zhì)來代替葉臘石，所以配套組裝塊一般采用的是腔體加熱端面組裝高度大于組裝塊，這種突出的高度使壓機(jī)工作缸在擠壓合成塊時(shí)產(chǎn)生的相對(duì)反作用力可以減小導(dǎo)電鋼圈傳壓性能的不足，但在六面頂壓機(jī)六缸到位擠壓合成塊的同時(shí)，內(nèi)部的加熱介質(zhì)等容易被擠裂，從而降低部分輔件原有的工作特性，所以也不能很好的保證合成腔體內(nèi)部壓力與溫度的穩(wěn)定。
[0004]氣凝膠是一種具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的介孔材料，熱導(dǎo)率為靜止空氣的一半，可達(dá)
0.012W/(m.K)，是目前隔熱性能最優(yōu)異的固體材料，然而，并沒有應(yīng)用于本領(lǐng)域中。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種寶石級(jí)金剛石合成用導(dǎo)電鋼圈，以解決上述問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出的技術(shù)方案為:
[0007]—種寶石級(jí)金剛石合成用導(dǎo)電鋼圈，包括鋼圈以及在鋼圈內(nèi)填充滿的多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)，所述多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)包括內(nèi)層的傳壓層和外層的隔熱層，隔熱層高度為0.5?2mm，具體而言，所述傳壓層為葉臘石層，隔熱層為氣凝膠層。
[0008]在本實(shí)用新型中，所述氣凝膠為含硅氧化鋁氣凝膠。因氧化鋁的熔點(diǎn)高于2000°C，以其為主體制備的氣凝膠可兼具氣凝膠良好的保溫隔熱效果和氧化鋁較好的高溫穩(wěn)定性，并且與葉臘石的主要成分比較接近。氧化鋁氣凝膠是由鋁鹽前驅(qū)體通過一系列的水解縮聚過程得到的，1400 0C下納米孔結(jié)構(gòu)仍能保持;XRD表征指出，1300 V下不發(fā)生相變。
[0009]在本實(shí)用新型中，所述多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的傳壓層和隔熱層之間還設(shè)置有穩(wěn)定層，所述穩(wěn)定層為白云石層。
[0010]進(jìn)一步的，所述傳壓層與穩(wěn)定層的高度比例為3:2?4:1。
[0011]在本實(shí)用新型中，導(dǎo)電鋼圈內(nèi)部填充隔熱性能優(yōu)異的氣凝膠材料，高溫高壓下，腔體內(nèi)部的高溫被氧化鋁氣凝膠管隔斷，熱量不會(huì)外傳，可以阻止內(nèi)部葉臘石因?yàn)楦邷囟a(chǎn)生相變，白云石不會(huì)因高溫分解為碳酸鎂、碳酸鈣，破壞合成環(huán)境的穩(wěn)定性，給晶體的生長(zhǎng)創(chuàng)造了一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境，能夠保證晶體的質(zhì)量與寶石級(jí)金剛石的粒徑一致性。
[0012]在本實(shí)用新型中，導(dǎo)電鋼圈內(nèi)部填充隔熱性能優(yōu)異的氣凝膠材料，由于隔熱性能與傳壓性能提高，可以降低外在使用表壓和合成功率，從而達(dá)到了節(jié)約能源和降低生產(chǎn)成本的效果。
[0013]在本實(shí)用新型中，導(dǎo)電鋼圈內(nèi)部填充隔熱性能優(yōu)異的氣凝膠材料，可以給寶石級(jí)金剛石生長(zhǎng)環(huán)境提供較大的壓力和溫度梯度來加速單晶的生長(zhǎng)，有效節(jié)約生長(zhǎng)周期。
【附圖說明】
[0014]圖1為現(xiàn)有導(dǎo)電鋼圈結(jié)構(gòu)不意圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一結(jié)構(gòu)不意圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例二結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:鋼圈1、白云石層2、氣凝膠層3、葉臘石層4。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0019]在本實(shí)用新型中，如圖2所示的實(shí)施例一，包括鋼圈I以及在鋼圈I內(nèi)填充滿的多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中，多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)包括內(nèi)層的傳壓層和外層的隔熱層，隔熱層高度為0.5?2mm，具體而言，所述傳壓層為葉臘石層4，隔熱層為氣凝膠層3。根據(jù)試驗(yàn)，在Φ 650型六面頂壓機(jī)上，采用Φ 53腔體合成塊，導(dǎo)電鋼圈內(nèi)部填充葉臘石和氣凝膠，葉臘石高度等于導(dǎo)電鋼圈槽深減2mm，氣凝膠高度等于2mm。合成時(shí)，比導(dǎo)電鋼圈內(nèi)部全部填充白云石的合成表壓降低了5MPa，合成功率降低了0.4KW;眼觀高溫高壓后的導(dǎo)電鋼圈砸開后，貼近高溫區(qū)處的葉臘石無相變產(chǎn)生。
[0020]在本實(shí)用新型中，如圖3所示的實(shí)施例二，在多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的傳壓層和隔熱層之間還設(shè)置有穩(wěn)定層，所述穩(wěn)定層為白云石層2。根據(jù)試驗(yàn)，在Φ 650型六面頂壓機(jī)上，采用Φ 53腔體合成塊，導(dǎo)電鋼圈內(nèi)部填充葉臘石、白云石和氣凝膠，葉臘石和白云石高度等于導(dǎo)電鋼圈槽深減1.5mm，葉臘石與白云石高度比例為3:2，氣凝膠高度等于1.5mm。合成時(shí)，比導(dǎo)電鋼圈內(nèi)部全部填充白云石的合成表壓降低了3MPa、合成功率降低了0.6KW;高溫高壓后的導(dǎo)電鋼圈砸開后，眼觀貼近高溫區(qū)處的葉臘石無相變產(chǎn)生，白云石沒有分解為碳酸鎂、碳酸鈣。
[0021]綜上，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，單晶生長(zhǎng)好，使用壽命長(zhǎng)，還能有效的節(jié)約成本，效果顯著。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種寶石級(jí)金剛石合成用導(dǎo)電鋼圈，其特征在于，包括鋼圈以及在鋼圈內(nèi)填充滿的多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)，所述多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)包括內(nèi)層的傳壓層和外層的隔熱層，隔熱層高度為0.5?2mm ο2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寶石級(jí)金剛石合成用導(dǎo)電鋼圈，其特征在于，所述傳壓層為葉臘石層，隔熱層為氣凝膠層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寶石級(jí)金剛石合成用導(dǎo)電鋼圈，其特征在于，所述氣凝膠層為含硅氧化鋁氣凝膠。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寶石級(jí)金剛石合成用導(dǎo)電鋼圈，其特征在于，所述多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的傳壓層和隔熱層之間還設(shè)置有穩(wěn)定層，所述穩(wěn)定層為白云石層。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寶石級(jí)金剛石合成用導(dǎo)電鋼圈，其特征在于，所述傳壓層與穩(wěn)定層的高度比例為3:2?4:1。
【文檔編號(hào)】B01J3/06GK205462127SQ201620019882
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年1月11日
【發(fā)明人】薛勝輝, 楊晉中, 臧傳義, 劉永奇, 毛海濤, 陳奎, 王蕊蕊
【申請(qǐng)人】鄭州華晶金剛石股份有限公司