合成腔体温度梯度对金刚石复合片性能的影响

研究通过调整合成块的装配结构和腔体内温度分布,改善金刚石复合片的烧结性能和基体中钴的分布,特别是增加金刚石复合片界面钴含量对界面结构、硬度、耐磨性、冲击韧性等性能的影响。结果表明,不同腔体组装结构温度梯度的差异对基体内部及金刚石复合片界面处的钴含量具有较大的影响,采用温度梯度较小、整体发热均匀的合成腔体更容易得到基体硬度均一的复合片,同时其层界面硬质合金侧的钴含量达到9.52 wt%,较常规组装界面处钴含量5.36 wt%有了明显的提升,界面处碳化钨晶粒异常长大等缺陷得到明显改善,合成出的金刚石复合片抗冲击性能明显优于传统对装金刚石复合片,同时对金刚石复合片的耐磨性能无影响。

基于有限元法模拟分析宝石级金刚石合成腔体内对流扩散场

本文利用有限元热-电-流-固多物理场耦合法,模拟分析了宝石级金刚石腔体内对流扩散场.模拟结果表明,腔体内对流扩散完整过程可分为溶解——析出——获得动力——再溶解四个过程.在碳素对流扩散场内,对流扩散呈不均匀分布,在绝缘管与碳源边缘接触附近的区域,碳素的扩散能力强.在晶体生长区域,碳素在此区域扩散能力非常弱,且越靠近碳源边缘,碳素扩散能力越强.根据模拟结果预测:碳源经过合成一段时间后,剩余形状将变成中间厚边缘薄的凸球面状.该预测结果与合成实验结果吻合.宝石级金刚石的对流扩散场的理论分析模型的成功构建,对促进我国优质宝石级金刚石的合成和腔体优化设计具有指导意义.

合成腔体大小对人造金刚石合成的影响

随着人造金刚石技术的进步,人造金刚石设备也在不断大型化,即合成腔体越来越大。实验选用同一配方,同一批次的原辅材料及同一方式组装而成的不同腔体的合成块,通过对合成工艺的调整,在控制产品质量参数一定的前提下,对比各腔体的转化率,以及在控制转化率的前提下,对比各腔体的产品质量,最终通过分析得出:在现有技术条件下,合成腔体在一定范围(Φ53)内增大可以提高单产,且对合成效果影响不大,一旦合成腔体超出一定范围(Φ55)就会严重影响合成效果,导致经济效益下滑。

金刚石高压合成腔体内热应力有限元模拟

本文运用有限元中电-热-结构多物理场耦合方法,模拟分析了温度梯度法合成宝石级金刚石的腔体内热应力分布,并考察了在热效应对晶体生长的影响。模拟结果表明:在降温过程中,合成装置中热应力分布不均匀。白云石、钢帽、氯化钠管和生长区域中热应力分布比较大。在石墨与白云石、石墨与氯化钠管和氯化钠管与白云石结合面处热应力很大。金刚石的上表面和晶体的晶角上热应力分布很大。模拟结果与晶体晶裂实验接吻合得很好,证明了金刚石合成腔体里的热应力有限元模型的正确性,为设计腔体提供了依据。

由六面顶压机的设计吨位来决策它的合成腔体及与之配套的顶锤

讨论扩大合成腔体，向设备吨位挖潜力的依据，以及根据腔体如何选择与之配套的顶锤。

浅析六面顶压机的合成腔体

根据六面顶压机的设计吨位和工作缸直径，设计合成腔体和选用与之相适应的顶锤直径。

基于有限元法分析宝石级金刚石的合成腔体温度场

以有限元法为理论分析手段模拟分析了温度梯度法合成宝石级金刚石大单晶的腔体温度场,实现了对宝石级金刚石的合成腔体内各位置温度同时测量.模拟结果表明:在宝石级金刚石合成过程中,其温度分布呈不均匀分布.腔体内高温区分布在样品(碳源+触媒)边缘,低温区分布在籽晶附近.样品腔内热量的传递方式和样品腔内的碳源输运方式相同,均由碳源的两侧向籽晶附近传输.籽晶附近轴向温度梯度大于径向温度梯度,导致单位时间内其轴向生长尺寸大于径向生长尺寸.宝石级金刚石腔体温度场分析的理论模型的成功构建,为新型宝石级金刚石腔体的研制提供了良好的设计基础,对促进优质宝石级金刚石的生长技术具有指导意义.

不同腔体中金刚石大单晶的高温高压合成

在压力6.5 GPa、温度1295℃的合成条件下,研究了10 mm与15 mm两种合成腔体中金刚石大单晶的合成。对两种合成腔体中晶体的生长速率进行了考察,借助有限元模拟计算分析了合成腔体中碳素对流场对金刚石晶体生长速率的影响。利用傅里叶红外光谱对15 mm合成腔体中所制备的金刚石大单晶进行了测试,并对该晶体内部的氮缺陷浓度进行了计算。此外,通过Raman光谱测试对所合成的金刚石质量进行了表征。

提高金刚石合成腔体利用率的研究

在六面顶压机上采用金刚石合成工艺技术进行了1．5mm厚的石墨管作为发热材料合成Ф40mm腔体直径和0．5mm厚的石墨纸作为发热材料合成Ф42mm腔体直径的实验。实验证明采用0．5mm厚的石墨纸作为发热材料，不但可以有效扩大合成腔体直径2mm，而且工艺调整可压缩空间小，金刚石合成产量和品级都能得到较大幅度的提升同时表明石墨纸代替石墨管作为发热材料是扩大合成腔体、提高产量和品级的发展方向。

绝缘片在粉末工艺合成人造金刚石中的试验研究

本文介绍了一种用氧化铝陶瓷基片制作的绝缘片,应用在粉末工艺合成人造金刚石中。通过在六面顶压机上进行人造金刚石高温、超高压合成的对比实验,结果表明:绝缘片能有效地改善合成腔体内部的温度分布差异,为金刚石的成核生长提供良好的环境。具有绝缘片的粉末合成块在粉末合成工艺中较没有绝缘片粉末合成块合成工艺更稳定。同时由于合成腔体的温场均匀,合成的金刚石颜色、透明度、单产都有很大提高。为进一步提高金刚石的品位进行了实验摸索。

合成腔的结构对合成金刚石的影响

在金刚石工业生产中,通用合成腔是横片结构。合成腔体结构与腔体尺寸直接影响着合成工艺、晶体的力学性质、晶粒尺寸、完整晶形、颜色和产量以及在同一腔体里合成质量相似的金刚石。为此,我们对合成腔结构进行了某些改进,来提高合成效果是必要的。本文介绍有关试验情况。

大腔体叶腊石块外形尺寸的选择

叶腊石块外形尺寸对叶腊石块的传压性能及密封性能有非常明显的影响，合成腔体大型化后，原叶腊石块尺寸的选择原则已不能完全适用。本文通过30mm腔体的工艺试验和35mm腔体的应用试验，提出了叶腊石块尺寸的选择原则。

六面顶超高压技术之“终态对称”理论研究

通过研究叶蜡石流变规律,提出了"终态对称"理论。指出超高压腔体结构应有利于传压和满足密封等条件的要求,从满足静力平衡条件出发,超高压腔体工作的初始状态可以不对称,但最终状态必须是对称的。"终态对称"理论为建立硬质合金顶锤和叶蜡石块结构尺寸配合关系以及设计新型六面顶超高压腔体结构提供了理论依据。

硬质合金Ф160mm以上超大顶锤的现状与发展

超硬材料行业50年后新的发展时期,超大腔体合成高品级金刚石工艺对硬质合金技术提出了又一次严竣挑战。就硬质合金超大顶锤的现状、需求变化、需解决的难点问题进行了全面分析,提出了加速Ф160mm以上超大顶锤的改进与研发,必须坚持新的开发理念,实现新的突破的技术思路,系统地阐述了Ф160mm以上超大硬质合金顶锤的技术发展方向,认为硬质合金超大顶锤的配套跟进对超大腔体合成工艺的工业化推广显得尤为重要。

浅谈六面顶液压机电液控制模式

对六面顶压机合成腔体的压力、温度场进行分析，结合当前通用的几种控制模式进行对比，提出符合大腔体合成工艺要求的六面顶液压机整体解决方案。

提高和稳定人造金刚石强度的方法与途径

分析和讨论了影响人造金刚石晶体强度的因素，在该基础上指出了提高和稳定金刚石晶体强度的方法与途径。