專利名稱：片狀法合成金剛石用發(fā)熱、保溫碳片及生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于人工合成金剛石用發(fā)熱、保溫碳片及其生產(chǎn)方法。特別是一種片狀法合成金剛石用發(fā)熱、保溫碳片及該碳片的生產(chǎn)方法。該碳片尤其適合用于合成棒兩端以降低合成過程中的軸向溫差、提高合成金剛石的產(chǎn)量和質(zhì)量等。
背景技術(shù)：
常規(guī)采用片狀法合成金剛石是將作為合成金剛石原料的碳片與觸媒片交替疊裝成合成棒，兩端各設(shè)置一石墨片和一導電鋼圈，再將其置于作為傳壓和保溫介質(zhì)的葉蠟石內(nèi)的圓孔(合成腔)中，組成合成塊；然后再將合成塊置于六面頂或兩面頂?shù)膲簷C上，在高溫、高壓的條件下，經(jīng)10～30分鐘反應(yīng)，使碳片轉(zhuǎn)化為同素異構(gòu)體的金剛石。但采用該方法由于合成腔內(nèi)的溫度中部最高，然后迅速向兩端擴散，加之兩端無隔熱保溫層，因此，在整個合成腔內(nèi)軸向溫差大，根據(jù)測試數(shù)據(jù)表明該軸向溫差高達170℃以上，亦即高達金剛石合成溫度的11％以上。這種兩端低、中間高的軸向溫度場對金剛石的合成極為不利，且很難調(diào)節(jié)、控制，即當中間長好時則兩端差，反之亦然，優(yōu)晶區(qū)的范圍窄；合成腔體越大、兩端溫度的散熱面積就越大，溫差就越大，對金剛石產(chǎn)量和質(zhì)量的影響也就越大。因此，該方法在合成棒的兩端與石墨片和導電鋼圈之間一直沒找到合適的既可發(fā)熱，又可保溫，且不影響金剛質(zhì)量的材料。在常規(guī)采用粉末法生產(chǎn)合成金剛石粉或微粉技術(shù)中采用的發(fā)熱、保溫片雖然克服了金剛石粉或微粉合成中軸向溫差大的問題，但這類發(fā)熱、保溫片一般采用純化后的石墨粉再添加20wt％的碳黑或白云石粉、云母粉，混合后，在無粘結(jié)劑的條件下模壓成厚3.0mm左右的片材；或采用人造石墨塊破碎成粉末，再添加30～40wt％的葉臘石粉或白云石粉、云母粉等，用水玻璃做粘合劑、混合后模壓成片。上述兩種技術(shù)均存在片體厚，電阻值高達300μΩ·m以上且穩(wěn)定性差，在超過一定時間后電阻值(性能)即會發(fā)生變化，加之發(fā)熱量大而隔熱效果較差，因而不能用于片狀合成金剛石。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是研究一種片狀法合成金剛石用發(fā)熱、保溫碳片及其生產(chǎn)方法，以達到電阻率可根據(jù)生產(chǎn)要求調(diào)節(jié)且穩(wěn)定可靠、片體簿，發(fā)熱、保溫效果好，用于片狀法 合成金剛石可有效降低合成棒軸向溫差和提高金剛石的質(zhì)量等目的。
本發(fā)明的解決方案是采用酸素石墨為主要原料，而采用碳黑或云母粉、葉蠟石粉、白云石粉作為添加劑以調(diào)配其電阻值，混合后經(jīng)高溫膨脹處理，最后再將其碾壓、切片而成。因此，本發(fā)明碳片包括石墨及添加劑；關(guān)鍵在于該碳片為厚度0.1～0.5mm、直徑為φ25～100mm、密度0.7～1.5g/cm3、電阻率30～150μΩ·m的柔性碳片；其中的石墨為蠕蟲狀石墨，添加劑為碳黑或云母粉、葉蠟石粉亦或白云石粉；其組份以石墨的重量份為100計，其中添加劑為5～15份。
上述發(fā)熱、保溫碳片的生產(chǎn)方法包括A、配料將粒度為50～300目的酸素石墨粉與添加劑碳黑或云母粉、葉蠟石粉亦或白云石粉充分混合后，待用；按重量份計，其中酸素石墨為100份，添加劑則為5～15份；B、膨化處理將上述混合料置于高溫膨脹爐中，在900～1100℃的溫度下膨化處理5～10秒鐘，使其中的酸素石墨粉膨脹呈蠕蟲狀；C、制片將膨化處理后的物料置于輥壓機內(nèi)，壓制成厚度為0.1～0.5mm、密度0.7～1.5g/cm3、電阻率30～150μΩ·m的柔性簿片；該片材再經(jīng)切片成φ25～100mm的圓片，即制成本發(fā)明所述的碳片。
上述添加劑碳黑為粒度800～1000目、含碳量98～99.8％，密度為1.8～1.9/cm3的碳黑；而云母粉、葉蠟石粉及白云石粉的純度均為常規(guī)工業(yè)級、粒度為100～300目。
本發(fā)明由于采用純度高、延展性好及在導電和傳熱方面具有各向異性的膨脹石墨為基材，以碳黑粉等添加劑為電阻值調(diào)節(jié)劑，因而具有片體簿，電阻率可根據(jù)產(chǎn)品要求調(diào)配且穩(wěn)定性好。經(jīng)國家超硬材料實驗室試驗，具有較好的發(fā)熱、保溫效果、穩(wěn)定性好；經(jīng)在兩面頂壓力機上進行片狀合成金剛石試驗，可使金剛石合成過程能耗下降5％左右。由于合成棒兩端溫度場得到保護，軸向溫差降低，兩端金剛石較背景技術(shù)長得更豐滿，色差減小，峰值較集中、優(yōu)晶區(qū)范圍及高強比提高、生產(chǎn)率亦可提高10％左右且重復(fù)性好。
實施例1本實施例以采用碳黑為添加劑生產(chǎn)發(fā)熱、保溫碳片為例1、配料將粒度為200目的酸素石墨粉50kg、粒度為900目含C量99.0％的半補強碳黑5kg置于攪拌機內(nèi)混合均勻；B、膨化處理將混合均勻的混合料送入溫度為1000℃的電加熱臥式膨化爐內(nèi)，加熱膨化處理8秒種，使酸素石墨高倍膨脹呈蠕蟲狀；C、制片將上述經(jīng)膨化處理后的物料送入500mm寬的四輥式壓延機，壓制成0.4mm柔性簿片；然后再將其沖制成直徑為φ30mm的可用于片狀法合成金剛石用發(fā)熱、保溫碳片。
該碳片密度0.9g/cm3，石墨化度89.0％，灰分＜0.5％，電阻率50μΩ·m，可在-200°～1650℃環(huán)境溫度下使用。
實施例2本實施例以云母粉為添加劑，生產(chǎn)片厚為0.3mm、電阻率為80μΩ·m的碳片為例首先將粒度為100目的酸素石墨粉50kg及粒度為150目的云母粉2.9kg混合均勻待用云母粉采用京龍礦業(yè)有限公司產(chǎn)品，其中主要成份為SiO247.80％，AlO331.05％，F(xiàn)e2O32.03％，K2O9.40％，水份2.62％，余量為CaO、Na2O及MgO；以下膨化處理、制片等工序均與實施例1同。
實施例3本實施例以白云石粉(亦或葉蠟石粉)為添加劑，生產(chǎn)片厚為0.25mm、電阻率120μΩ·m的碳片為例首先將粒度為250目，主成份MgO21.9％，CaO30.4％，CO247.7％的白云石粉4.0kg，粒度為200目的酸素石墨50kg在攪拌機內(nèi)混合均勻后，送入膨脹爐中膨化處理，以下工序及參數(shù)亦與實施1同。
權(quán)利要求
1.一種片狀法合成金剛石用發(fā)熱、保溫碳片，包括石墨及添加劑；其特征在于該碳片為厚度0.1～0.5mm、直徑為φ25～100mm、密度0.7～1.5g/cm3、電阻率30～150μΩ·m的柔性碳片；其中的石墨為蠕蟲狀石墨，添加劑為碳黑或云母粉、葉蠟石粉亦或白云石粉；其組份以石墨的重量份為100計，其中添加劑為5～15份。
2.按權(quán)利要求1所述發(fā)熱、保溫碳片的生產(chǎn)方法；其特征在于該方法包括A、配料將粒度為50～300目的酸素石墨粉與添加劑碳黑或云母粉、葉蠟石粉亦或白云石粉充分混合后，待用；按重量份計，其中酸素石墨為100份，添加劑則為5～15份；B、膨化處理將上述混合料置于高溫膨脹爐中，在900～1100℃的溫度下膨化處理5～10秒鐘，使其中的酸素石墨粉膨脹呈蠕蟲狀；C、制片將膨化處理后的物料置于輥壓機內(nèi)，壓制成厚度為0.1～0.5mm、密度0.7～1.5g/cm3、電阻率30～150μΩ·m的柔性簿片；該片材再經(jīng)切片成φ25～100mm的圓片，即制成本發(fā)明所述的碳片。
3.按權(quán)利要求1所述發(fā)熱、保溫碳片的生產(chǎn)方法；其特征在于所述添加劑，其中碳黑為粒度800～1000目、含碳量98～99.8％，密度為1.8～1.9/cm3的碳黑；而云母粉、葉蠟石粉及白云石粉的純度均為常規(guī)工業(yè)級、粒度為100～300目。
全文摘要
該發(fā)明屬于片狀合成金剛用發(fā)熱、保溫碳片及其生產(chǎn)方法。該碳片是以蠕蟲狀石墨為基材并含調(diào)節(jié)電阻率的添加劑碳墨或云母粉、葉蠟石粉亦或白云石粉的厚度為0.1～0.5mm，電阻率30～150μΩ·m，直徑φ25～100mm的柔性碳片。該碳片經(jīng)配料將酸素石墨粉與添加劑混合均勻后、經(jīng)膨化處理，最后經(jīng)碾壓制片、切片而成。該發(fā)熱、保溫碳片具有片體簿，電阻率可根據(jù)產(chǎn)品要求調(diào)配且穩(wěn)定性好；具有較好的發(fā)熱、保溫效果；用于片狀法合成金剛石生產(chǎn)具有可降低合成棒的軸向溫差、使兩端金剛石長得更豐滿、色差小，優(yōu)晶區(qū)范圍寬，并可降低能耗5％左右，提高生產(chǎn)率10％且重復(fù)性好等特點。
文檔編號B01J3/06GK1579610SQ0313559
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月14日
發(fā)明者聶敬偉 申請人:自貢市中新金剛石碳片廠