[发明专利]一种金刚石合成坯料及采用该坯料合成金刚石的方法

说明书

本发明属于金刚石合成技术领域，具体涉及一种金刚石合成坯料及采用该坯料合成金刚石的方法。所述金刚石合成坯料，包括带有包覆层的镀覆金刚石、触媒和石墨Ⅰ，所述带有包覆层的镀覆金刚石、触媒和石墨Ⅰ的质量比为1:（30~59）:（40~69）；所述触媒包括以下重量百分比的原料：Ni 40.98~42.58%、Al 0.10~1.00%、Pt 0.05~0.50%、Ti 0.01~0.50%、Co 0.01~0.50%、Mn 0.01~0.50%，余量为Fe。本发明合成的金刚石晶粒尺寸分散均匀、晶型一致，品质高。

技术领域

本发明属于金刚石合成技术领域，具体涉及一种金刚石合成坯料及采用该坯料合成金刚石的方法。

背景技术

金刚石具有极其优异的物理和化学性能。现阶段合成金刚石单晶的主要方法是采用六面顶压机，在高温高压的合成条件下，利用金属触媒的催化作用，通过特定的合成方法，最终将石墨转化为金刚石。

在合成金刚石的过程中，合成温度、合成压力、合成时间等因素都会影响所合成金刚石的晶粒尺寸、晶型以及抗冲击强度等物理性能，此外，金刚石合成柱的制作方法及质量也是影响金刚石合成质量的重要因素。

对于金刚石的合成柱，现在常见的有将石墨材料和触媒直接混合后进行压制成型，但是由于石墨粉和触媒粉之间的比重差异大，混合过程极易出现不同比重物料的团聚现象，实际生产过程中，通常是将一定粒度与重量比的石墨粉、金属触媒粉及粘接剂于室温下在三维混料机中混合搅拌8h以上，通过混料时间的延长以增加混料的均匀性，但是在一定程度上还是会存在物料偏析现象，使得金刚石合成质量和产量有较大的波动，最终导致合成的金刚石晶粒尺寸分散，晶粒形状极不统一，品质离散性大。

能够大批量合成粒度分散均匀、晶型差异小、杂质含量低的高品级金刚石，一直是超硬材料行业亟需解决的难题。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明提供了一种金刚石合成坯料。该金刚石合成坯料采用带有包覆层的镀覆金刚石极大地提高了合成的金刚石品质。

本发明还提供了金刚石合成坯料的制备方法。

本发明还提供了采用上述金刚石坯料合成金刚石的方法，合成的金刚石晶粒尺寸分散均匀、晶型一致，品质高。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种金刚石坯料，包括带有包覆层的镀覆金刚石、触媒和石墨Ⅰ，所述带有包覆层的镀覆金刚石、触媒和石墨Ⅰ的质量比为1:（30~59）:（40~69）；

所述触媒包括以下重量百分比的原料：Ni 40.98~42.58%、Al 0.10~1.00 %、Pt0.05~0.50 %、Ti 0.01~0.50 %、Co 0.01~0.50 %、Mn 0.01~0.50 %，余量为Fe。

优选的，Fe的含量为54.02~58.84wt%。

优选的，所述带有包覆层的镀覆金刚石是先在金刚石颗粒表面镀覆Ni或Ni-Fe合金层形成镀覆金刚石，再在镀覆金刚石表面包覆石墨Ⅱ；提前镀覆的金属触媒层有助于预置的金刚石晶核外围成膜，提高成膜品质，保证石墨相向金刚石相的顺利转变。

进一步优选的，金刚石颗粒的粒径为30~50μm。

上述金刚石合成坯料的制备方法，包括以下步骤：

（1）使用酸液和碱液清洗金刚石颗粒，去除金刚石颗粒表面的杂质和吸附物，然后用水进行冲洗；

（2）采用磁控溅射法对步骤（1）的金刚石颗粒进行表面镀覆，在金刚石颗粒表面镀覆上Ni或Ni-Fe合金金属触媒层，即形成镀覆金刚石；

（3）将步骤（2）的镀覆金刚石与石墨Ⅱ、聚乙烯醇、去离子水和乙醇混合均匀，然后进行脱水干燥得到表面包覆有石墨的镀覆金刚石和石墨Ⅱ的混合物；