一種多層雙向生長寶石級(jí)金剛石組裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于金剛石合成裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多層雙向生長寶石級(jí)金剛石組裝結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]寶石級(jí)金剛石主要是靠溫度梯度法在高溫高壓下產(chǎn)生的，現(xiàn)有的金剛石組裝結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括中空腔結(jié)構(gòu)的葉臘石塊1、葉臘石塊I上下兩端的導(dǎo)電鋼圈2和外圍加熱傳壓體，導(dǎo)電鋼圈2內(nèi)填充有白云石復(fù)合材料3，導(dǎo)電鋼圈2通過金屬片11與加熱片12緊密接觸，葉臘石塊I中空腔內(nèi)設(shè)有寶石級(jí)金剛石生長區(qū)域5，寶石級(jí)金剛石生長區(qū)域5包括:晶床51、碳源52和鐵鎳鈷觸媒53，寶石級(jí)金剛石生長區(qū)域5四周被加熱傳壓體包裹，加熱傳壓體包括加熱層8、保溫介質(zhì)層9和白云石復(fù)合材料傳壓層10。在生產(chǎn)寶石級(jí)金剛石時(shí)，選擇一定尺寸的六八面體籽晶54鑲嵌在晶床51上處于低溫端，碳源52處于高溫端，中間放置鐵鎳鈷觸媒53，使籽晶54和碳源52之間產(chǎn)生溫度梯度;碳源52由高溫端向低溫端擴(kuò)散，擴(kuò)散的碳被低溫端的籽晶54吸附，隨著時(shí)間的延長，籽晶54慢慢長成需求的寶石級(jí)金剛石?，F(xiàn)有的金剛石組裝結(jié)構(gòu)存在以下不足:1、現(xiàn)有組裝結(jié)構(gòu)只適用于研發(fā)合成，其合成出的寶石級(jí)金剛石顆粒少，耗用的原輔材料、電費(fèi)、人工成本高，不適合工業(yè)化批量生產(chǎn);2、寶石級(jí)金剛石在高壓高溫精確控制的合成過程中，由于經(jīng)過幾十個(gè)小時(shí)、甚至上百個(gè)小時(shí)的合成，容易引發(fā)導(dǎo)電鋼圈2不同程度的碳化，從而降低保護(hù)頂錘的作用，縮短了頂錘的使用壽命，嚴(yán)重者容易引發(fā)事故的產(chǎn)生;3、現(xiàn)有的組裝結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的寶石級(jí)金剛石大小不均、質(zhì)量差、顏色差、內(nèi)部包裹體多等。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種生產(chǎn)成本低、成品質(zhì)量高并且適于批量生產(chǎn)寶石級(jí)金剛石的多層雙向生長寶石級(jí)金剛石組裝結(jié)構(gòu)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:一種多層雙向生長寶石級(jí)金剛石組裝結(jié)構(gòu)，包括中空腔結(jié)構(gòu)的葉臘石塊，葉臘石塊中空腔上下設(shè)置有填充有白云石復(fù)合材料的導(dǎo)電鋼圈、葉臘石塊中空腔側(cè)面由加熱層、保溫介質(zhì)層和白云石復(fù)合材料傳壓層構(gòu)成的外圍加熱傳壓體包裹，葉臘石塊中空腔上下依次通過加熱片、金屬片與導(dǎo)電鋼圈接觸，所述葉臘石塊中空腔內(nèi)設(shè)有多個(gè)雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域，所述雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域相鄰兩個(gè)生長區(qū)域之間設(shè)有間隔層，每個(gè)雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域用于放置多個(gè)籽晶O
[0005]所述雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域包括晶床、碳源、以及分別設(shè)置在碳源上下的第一鐵鎳鈷觸媒和第二鐵鎳鈷觸媒。
[0006]所述外圍加熱傳壓體與葉臘石塊中空腔之間還設(shè)置有第一絕緣介質(zhì)層。
[0007]所述加熱片與葉臘石塊中空腔上下面之間還設(shè)置有第二絕緣介質(zhì)層，加熱片為高純度高密度的石墨紙。
[0008]所述加熱層為高純度高密度的石墨紙制成的石墨加熱管。
[0009]所述雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域?yàn)?個(gè)。
[0010]所述多個(gè)籽晶呈多行排列，每行之間的間距與每行中相鄰籽晶之間的間距相同。
[0011]所述導(dǎo)電鋼圈上設(shè)有高純度高密度的石墨紙。
[0012]所述間隔層為隔熱材料氯化鈉。
[0013]所述保溫介質(zhì)層為保溫介質(zhì)氯化鈉。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果為:
[0015]1、本實(shí)用新型中的葉臘石塊中空腔內(nèi)設(shè)有2個(gè)雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域，雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域包括晶床、碳源、第一鐵鎳鈷觸媒和第二鐵鎳鈷觸媒，第一鐵鎳鈷觸媒和第二鐵鎳鈷觸媒分別設(shè)置在碳源的上下兩側(cè)，2個(gè)雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域之間通過間隔層隔開，形成兩個(gè)相同的雙向生長寶石級(jí)金剛石結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)緊湊合理，腔體空間利用率高，能夠同時(shí)生長的寶石級(jí)金剛石顆粒數(shù)多，降低了產(chǎn)品生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益高，適于批量生產(chǎn)，能夠滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求；
[0016]2、本實(shí)用新型中的外圍加熱傳壓體與葉臘石塊中空腔之間還設(shè)置有第一絕緣介質(zhì)層，第一絕緣介質(zhì)層的設(shè)置，在不改變腔體內(nèi)部加熱溫度的情況下，能有效降低外圍電加熱設(shè)備的功率，節(jié)約電能，降低生產(chǎn)成本；
[0017]3、本實(shí)用新型中加熱片與葉臘石塊中空腔上下面之間還設(shè)置有第二絕緣介質(zhì)層，第二絕緣介質(zhì)的設(shè)置有效的降低了外圍電加熱設(shè)備的功率，節(jié)約電能；
[0018]4、本實(shí)用新型中的多個(gè)籽晶呈多行排列，每行之間的間距與每行中相鄰籽晶之間的間距相同，因腔體結(jié)構(gòu)為圓柱形，采用此種排列結(jié)構(gòu)，在不影響每個(gè)籽晶吸收足夠碳源的同時(shí)，能夠種植的籽晶數(shù)目多；
[0019]5、本實(shí)用新型中的導(dǎo)電鋼圈上還設(shè)有高純度高密度的石墨紙，避免長時(shí)間的高溫環(huán)境使起導(dǎo)電、封堵和散熱作用的導(dǎo)電鋼圈局部碳化，形成較大的電阻，燒裂頂錘，在導(dǎo)電鋼圈上設(shè)置高純度高密度的石墨紙，有效的保護(hù)了頂錘，延長頂錘的使用壽命，大大降低生產(chǎn)成本；
[0020]6、本實(shí)用新型中的雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域之間采用隔熱材料氯化鈉作為間隔層，隔熱效果好，使兩個(gè)生長區(qū)域相對(duì)獨(dú)立，互不影響。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為現(xiàn)有的金剛石組裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3為本實(shí)用新型中籽晶的排列分布示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]—種多層雙向生長寶石級(jí)金剛石組裝結(jié)構(gòu)，如圖2-3所示，包括中空腔結(jié)構(gòu)的葉臘石塊I，葉臘石塊I中空腔上下設(shè)置有填充有白云石復(fù)合材料3的導(dǎo)電鋼圈2、葉臘石塊I中空腔側(cè)面由加熱層8、保溫介質(zhì)層9和白云石復(fù)合材料傳壓層10構(gòu)成的外圍加熱傳壓體包裹，加熱層8采用高純度高密度石墨紙制成的石墨加熱管，保溫介質(zhì)層9采用保溫介質(zhì)氯化鈉，外圍加熱傳壓體與葉臘石塊I中空腔之間還設(shè)置有第一絕緣介質(zhì)層7，第一絕緣介質(zhì)層7的設(shè)置，在不改變腔體內(nèi)部加熱溫度的情況下，能有效降低外圍電加熱設(shè)備的功率，節(jié)約電能，降低生產(chǎn)成本。葉臘石塊I中空腔上下依次通過加熱片12、金屬片11與導(dǎo)電鋼圈2接觸，加熱片12為高純度高密度的石墨紙，加熱片12下方設(shè)有第二絕緣介質(zhì)13，第二絕緣介質(zhì)13的設(shè)置有效降低了外圍電加熱設(shè)備的功率，節(jié)約電能。導(dǎo)電鋼圈2上設(shè)有高純度高密度的石墨紙4，石墨紙4兩側(cè)分別與導(dǎo)電鋼圈2與頂錘緊密接觸，有效防止導(dǎo)電鋼圈2在長時(shí)間高溫下局部碳化而降低頂錘的使用壽命，有效的保護(hù)了頂錘。葉臘石塊中空腔內(nèi)設(shè)有多個(gè)雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域5，雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)5域包括晶床51、碳源52、第一鐵鎳鈷觸媒53和第二鐵鎳鈷觸媒55，晶床51為二氧化鋯、石英和氧化鎂按一定比例配制而成，第一鐵鎳鈷觸媒53和第二鐵鎳鈷觸媒55分別設(shè)置在碳源52的上下兩側(cè)，每個(gè)雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域5用于放置多個(gè)籽晶54，多個(gè)籽晶54呈多行排列，每行之間的間距與每行中相鄰籽晶54之間的間距相同，因腔體結(jié)構(gòu)為圓柱形，采用此種排列結(jié)構(gòu)，在不影響每個(gè)籽晶54吸收足夠碳源52的同時(shí)，能夠種植的籽晶54數(shù)目多。2個(gè)雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域5通過間隔層6隔開，形成兩個(gè)相同的雙向生長寶石級(jí)金剛石結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)緊湊合理，空間利用率高，能夠同時(shí)生長的寶石級(jí)金剛石顆粒數(shù)多，降低了產(chǎn)品生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益高，適于批量生產(chǎn)，能夠滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求。雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域5之間采用隔熱材料氯化鈉作為間隔層6，隔熱效果好，使兩個(gè)生長區(qū)域相對(duì)獨(dú)立，互不影響。
[0025]利用該組裝結(jié)構(gòu)，當(dāng)采用Φ650型六面頂壓機(jī)，Φ 53腔體合成塊時(shí)，若籽晶54尺寸選擇為0.5-0.8mm，籽晶54與籽晶54之間以10-12mm的距離在2個(gè)雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域5均勻排列，在合成壓力5.4GPa、合成溫度1240°C_1260°C的環(huán)境下，經(jīng)過80-100小時(shí)的合成時(shí)間，就能生長出了質(zhì)量優(yōu)異、幾乎無包裹體的12mm的寶石級(jí)金剛石40-60粒/次。
[0026]若籽晶54尺寸選擇為0.4-0.5mm，籽晶54與籽晶54之間以6-8mm的距離在2個(gè)雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域5均勻排列，在合成壓力5.4GPa，合成溫度1240°C_1260°C的環(huán)境下，經(jīng)過60-80小時(shí)的合成時(shí)間，就能生長出了無色透明、幾乎無包裹體的6mm的寶石級(jí)金剛石100-120粒/次。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，適于工業(yè)化批量生產(chǎn)，每次生產(chǎn)合成的寶石級(jí)金剛石顆粒多，成品質(zhì)量高，并且頂錘使用壽命長，生產(chǎn)成本低。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多層雙向生長寶石級(jí)金剛石組裝結(jié)構(gòu)，包括中空腔結(jié)構(gòu)的葉臘石塊，葉臘石塊中空腔上下設(shè)置有填充有白云石復(fù)合材料的導(dǎo)電鋼圈、葉臘石塊中空腔側(cè)面由加熱層、保溫介質(zhì)層和白云石復(fù)合材料傳壓層構(gòu)成的外圍加熱傳壓體包裹，葉臘石塊中空腔上下依次通過加熱片、金屬片與導(dǎo)電鋼圈接觸，其特征在于:所述葉臘石塊中空腔內(nèi)設(shè)有多個(gè)雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域，所述雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域相鄰兩個(gè)生長區(qū)域之間設(shè)有間隔層，每個(gè)雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域用于放置多個(gè)籽晶。2.如權(quán)利要求1所述的多層雙向生長寶石級(jí)金剛石組裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域包括晶床、碳源、以及分別設(shè)置在碳源上下的第一鐵鎳鈷觸媒和第二鐵鎳鈷觸媒。3.如權(quán)利要求2所述的多層雙向生長寶石級(jí)金剛石組裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述外圍加熱傳壓體與葉臘石塊中空腔之間還設(shè)置有第一絕緣介質(zhì)層。4.如權(quán)利要求3所述的多層雙向生長寶石級(jí)金剛石組裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述加熱片與葉臘石塊中空腔上下面之間還設(shè)置有第二絕緣介質(zhì)層，加熱片為高純度高密度的石墨紙。5.如權(quán)利要求4所述的多層雙向生長寶石級(jí)金剛石組裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述加熱層為高純度高密度的石墨紙制成的石墨加熱管。6.如權(quán)利要求5所述的多層雙向生長寶石級(jí)金剛石組裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域?yàn)?個(gè)。7.如權(quán)利要求1所述的多層雙向生長寶石級(jí)金剛石組裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述多個(gè)籽晶呈多行排列，每行之間的間距與每行中相鄰籽晶之間的間距相同。8.如權(quán)利要求1所述的多層雙向生長寶石級(jí)金剛石組裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述導(dǎo)電鋼圈上設(shè)有高純度高密度的石墨紙。9.如權(quán)利要求1所述的多層雙向生長寶石級(jí)金剛石組裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述間隔層為隔熱材料氯化鈉。10.如權(quán)利要求1所述的多層雙向生長寶石級(jí)金剛石組裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述保溫介質(zhì)層為保溫介質(zhì)氯化鈉。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于金剛石合成裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多層雙向生長寶石級(jí)金剛石組裝結(jié)構(gòu)，包括中空腔結(jié)構(gòu)的葉臘石塊，葉臘石塊中空腔上下設(shè)置有填充有白云石復(fù)合材料的導(dǎo)電鋼圈、葉臘石塊中空腔側(cè)面由加熱層、保溫介質(zhì)層和白云石復(fù)合材料傳壓層構(gòu)成的外圍加熱傳壓體包裹，葉臘石塊中空腔上下依次通過加熱片、金屬片與導(dǎo)電鋼圈接觸，葉臘石塊中空腔內(nèi)設(shè)有多個(gè)雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域，雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域相鄰兩個(gè)生長區(qū)域之間設(shè)有間隔層，每個(gè)雙向?qū)毷?jí)金剛石生長區(qū)域用于放置多個(gè)籽晶。本實(shí)用新型生產(chǎn)成本低，成品質(zhì)量高。
【IPC分類】B01J3/06
【公開號(hào)】CN205269580
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520990411
【發(fā)明人】薛勝輝, 臧傳義, 劉永奇, 毛海濤, 陳奎, 李亞選, 王蕊蕊
【申請(qǐng)人】鄭州華晶金剛石股份有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月3日