專利名稱：鐵基合金催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別是用于合成高品位金剛石單晶的鐵基合金催化劑及其制備方法。
金剛石的人工合成主要是利用石墨與催化劑在高溫高壓條件下的物理反應(yīng)，促使石墨中碳原子的SP2雜化態(tài)向金剛石結(jié)構(gòu)的SP3雜化態(tài)轉(zhuǎn)化。國內(nèi)外廣泛應(yīng)用鎳基合金作合成金剛石的催化劑，這主要由于催化劑片的制作工藝通常采用如下技術(shù)路線真空熔煉-澆鑄-熱軋開坯-溫軋-真空退火-酸洗-冷軋-精軋-沖片-成品檢驗。因此，要求催化劑材料具有良好的延展性，鎳基合金可以基本滿足上述工藝要求。例如吉林大學(xué)出版社1996年出版的《人工合成金剛石》第76頁公開的鎳-錳-鈷三元合金催化劑，就是采用上述工藝方法。但利用該工藝方法生產(chǎn)的鎳基合金催化劑片成品率不足30％。由于原材料成本和生產(chǎn)工藝成本很高，所以，鎳基合金催化劑片的售價昂貴，難以降低。此外，Ni在人工合成金剛石過程中極易進(jìn)入金剛石晶格，作為雜質(zhì)存在，導(dǎo)致金剛石在磨削發(fā)熱時，因Ni的膨脹系數(shù)大使金剛石產(chǎn)生微裂紋。所以，用鎳基合金作催化劑，合成的金剛石品位低，抗壓強度低，而且粒度偏小。
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本低、生產(chǎn)工序簡單、成品率高的鐵基合金催化劑及其制備方法。
本發(fā)明是通過以下方式實現(xiàn)的鐵基合金催化劑，含有鐵、鎳、錳、鈷、銅，其特征是它還包括石墨，各組份的重要百分比為鐵 鎳 鈷錳 銅 石墨50～76％14～40％ 0.2～2％3～8％1.5～3％0.5～1.5％基于上述權(quán)利要求1的鐵基合金催化劑的制備方法，其特征是包括以下工藝步驟(1)把鐵粉、鎳粉、鈷粉、錳粉、銅粉、石墨粉，按比例混合均勻，并球磨至200目左右，烘干去潮氣；(2)將混合粉料在500～600MPa壓力下冷壓成形為片狀；(3)把片狀坯料在燒結(jié)爐中通入保護(hù)氣氛加熱，進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)，保溫時間不少于4小時；(4)燒結(jié)后進(jìn)行精整形，表面清理，除去污染、斑點和氧化膜。
上述工藝過程中的低溫?zé)Y(jié)溫度為700℃～1050℃。
由于鐵基合金中的Fe不易進(jìn)入金剛石晶格，因而用鐵基合金催化劑合成的金剛石品位高，粒度大(直徑0.5mm以上)，且生產(chǎn)成本低。利用該方法生產(chǎn)鐵基合金催化劑，成品率可達(dá)95％以上，并且可以消除常規(guī)工藝造成催化劑片的加工硬化和酸表面深度污染等缺陷。
下面給出本發(fā)明的一個最佳實施例采用如下配方配制鐵基合金催化劑鐵粉76％(w.t.)鎳粉18％(w.t.)鈷粉1％(w.t.)錳粉4％(w.t.)銅粉0.5％(w.t.)石墨粉0.5％(w.t.)將上述粉料稱量配比，混合均勻后用四柱液壓成形機(jī)，在570MPa壓力下成形，制成φ23mm，厚度為0.4mm的圓片，然后在燒結(jié)爐中加熱到870℃，通入氫氣保護(hù)，保溫4小時。然后精整，清理表面。
在六面頂壓機(jī)上，按常規(guī)合成金剛石單晶的工藝規(guī)范操作。獲得金剛石顆粒尺寸≥0.5mm，抗壓強度在27～34kgf范圍，符合SMD25級優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求。
權(quán)利要求
1.鐵基合金催化劑，含有鐵、鎳、錳、鈷、銅，其特征是它還包括石墨，各組份的重量百分比為鐵鎳 鈷錳 銅石墨50～70％ 14～40％ 0.2～2％3～8％1.5～3％ 0.5～1.5％
2.基于權(quán)利要求1所述的鐵基合金催化劑的制備方法，其特征是包括以下工藝步驟(1)把鐵粉、鎳粉、鈷粉、錳粉、銅粉、石墨粉，按比例混合均勻，并球磨至200目左右，烘干去潮氣；(2)將混合粉料在500～600MPa壓力下冷壓成形為片狀；(3)把片狀坯料在燒結(jié)爐中通入保護(hù)氣氛加熱，進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)，保溫時間不少于4小時；(4)燒結(jié)后進(jìn)行精整形、表面清理、除去污染、斑點和氧化膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于低溫?zé)Y(jié)溫度為700℃～1050℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于合成高品位金剛石單晶的鐵基合金催化劑及其制備方法。該催化劑包括鐵、鎳、錳、鈷、銅,還有石墨,其中鐵的含量為50～76%。該催化劑的制備方法是:先把各種組份制成粉料按比例混合均勻,再冷壓成形,在燒結(jié)爐中低溫?zé)Y(jié),最后進(jìn)行整形、表面清理。利用該方法生產(chǎn)的鐵基合金催化劑,成品率高,利用鐵基合金催化劑合成的金剛石品位高,強度高,粒度大,且成本低。
文檔編號B01J23/889GK1261553SQ0011086
公開日2000年8月2日 申請日期2000年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月31日
發(fā)明者李木森, 姚章映, 公志光, 尹龍衛(wèi), 崔建軍, 李秀森, 郝兆印, 李執(zhí)敏 申請人:山東工業(yè)大學(xué)