[00111729]高热稳定金刚石合成工艺技术及应用

本项目属于“十二五”规划中七大产业之一新材料产业中的超硬材料及制品,在《新材料产业“十二五”规划》又提出了“巩固人造金刚石和立方氮化硼超硬材料等技术优势,大力发展功能性超硬材料和大尺寸高功率光电晶体材料及制品。可见“十二五”期间将是我国超硬材料及制品产业发展的重要机遇期。采用大腔体压机,首创国内Φ75腔体合成新技术,在原材料、组装方式、工艺曲线等方面进行了大量设计和实验工作,达到以下性能指标： 1、新型传压介质：设计出了一种新型的叶腊石,能够较好的传递压力,保证了大腔体中合成柱中形成均匀、稳定的压力。 2、合成柱的新结构：对触媒进行预处理,优化了石墨粉和触媒的比例混合后压制成合成柱,以及配套的复合陶瓷组成间接加热合成柱,在合成过程中,中间和两端生长的金刚石排出杂质的速度一致,在一定的加热电流作用下,避免金刚石生长温度场不一致,出现“两头烧块、中间过生”现象,有效提高了合成腔体中温度场的稳定性和均匀性,大幅提高了合成的金刚石品级,完整晶形比例较原来提高一倍以上,转化率也大幅提升而成本却大幅下降。 3、间接加热式新结构金刚石合成块：将原来的内部直接加热形式改变为外部间接加热形式,电流不再通过合成柱,而是采用外围的发热元件,由外向内传热;采用外间接加热方式,改变了合成柱温度内高外低的情况,内外温度分布趋于均匀,因而显著提高金刚金刚石的产量和质量。 4、加热工艺参数的优选：确定了一种碳质合成材料,完全满足了加热体的设计要求,加热电流不到1500A,压力场、温度场很均匀,同时降低合成电流、平衡温度、压力梯度、延长了顶锤使用寿命; 5、工艺曲线优化设计：开发出了一套适合新型压机合成高品级金刚石的工艺曲线,选用连续升压方式和较长的保温时间,在暂停时间、暂停压力、升压幅度、功率设定等方面与原有工艺曲线相比实现了质的飞跃,保证了Φ75mm合成效果。 采用新工艺合成了高热稳定金刚石,制作了单层钎焊金刚石工具,经测试,其使用寿命提高了50%,证明了金刚石在热稳定方面具有优异的性能。 用国产大压机实现Φ75mm大腔体间接加热合成工艺,在合成技术方面上了一个新台阶,合成新技术包括多项专利,优质金刚石比率由原来的20%提高到50%左右,金刚石成本降低约30%,合成金刚石的性能指标已达到国外高档金刚石标准,在国内处于领先地位,Φ75mm反应腔体合成工艺的产业化,将使我国超硬材料行业在高压合成方面的技术再攀高峰,合成的高品级金刚石将有优势参与国际市场竞争,同时也为其它高档次产品开发创造了条件,无论在国内还是国外都将产生比较大的影响,使我国超硬材料事业在从大国过渡到强国的行程中迈出一大步。