小型化顶锤在合成金刚石过程中的应用

使用了优化后的小型化硬质合金顶锤代替原先的一体化大顶锤,运用至六面顶压机中合成工业金刚石及大单晶金刚石。采用原先的原材料合成块,以及相关匹配好的合成工艺,能够正常合成出相对应的工业金刚石以及大单晶金刚石。小型化顶锤进行有限元模拟,受力分析结果显示小型化顶锤能替代原先的一体化大型顶锤,不影响合成金刚石的质量并能降低单个顶锤硬质合金使用量40%,从而降低生产金刚石过程中的顶锤消耗,增加超硬材料企业的经济效益。     

六面顶压机顶锤的小斜边角度模拟分析

以有限元法为理论分析手段对六面顶顶锤进行科学计算,模拟分析了不同倒角的顶锤.根据有限元模拟分析结果,探寻出XKY-6×2000 MN型六面顶压机顶锤倒角的最佳角度范围应取为41.5°～43.5°.模拟分析结果与金刚石的高压合成实验事实相符,在理论上解释了顶锤角度的选取原则,对于提高大顶锤使用寿命,降低生产成本有着重要的现实意义.模拟计算了在超高压状态下无法通过实验直接获知的顶锤上的应力分布等重要信息,为新型六面顶压机的研制提供了良好的基础.     

压力利用率与锤耗的关系研究

主要从六面顶压机顶锤对合成块施压的过程中合成块所承受压力的受力分析,研究压力变化对锤耗的影响,总结出合成块组装高度设计、试验的理论依据,提出了检验组装高度的技术指标.     

新型导电钢圈对合成工业金刚石顶锤温度和锤耗的影响

使用新型导电钢圈在六面顶压机上合成工业金刚石的过程中,利用新型导电钢圈的结构性先天优势,在合成电流不变的情况下,增大与顶锤接触区域附近的导电钢圈横截面积,减少大电流在顶锤与导电钢圈接触部位附近的电阻引起的发热,从而来降低加热顶锤的温度,进而达到在合成工业金刚石的过程中,降低加热顶锤锤耗,增大合成工业金刚石的经济效益。     

工艺对合成宝石级金刚石成核及品质的影响

根据国产六面顶液压机合成宝石级金刚石的合成块腔体内部过剩压减小及电阻变化的特点,使用天宏控制工程第三代操作系统检测六面顶压机设备的合成电流、合成电阻等参数重新编制宝石级大单晶合成工艺曲线。根据所设定的工艺曲线进行分阶段控制合成腔体内部的压力和温度,来稳定合成块内部金刚石的生长环境。研究发现合成宝石级金刚石前期10小时工艺对人工种植的高品级工业金刚石晶种的成核率、以及已经成核的金刚石优晶占比有着重大影响;合成期间10小时以外的工艺对已经成核的金刚石后期持续生长成为优质宝石级金刚石有着重大影响。     

人造金刚石行业市场容量与竞争格局

从全球范围看,人造金刚石生产主要集中在中国,国外人造金刚石生产企业数量较少,人造金刚石产量较低,其产品研发和应用主要侧重在人造金刚石制品、金刚石复合材料等方面。我国人造金刚石单晶合成使用自主研发的六面顶压机,相较于其他国家使用的两面顶压机,六面顶压机的结构特点决定了其具有对中性强、合成成本低、易操作、使用寿命长、设备价格低等特征,六面顶压机的广泛推广使得我国人造金刚石产业快速实现规模化生产。     

一种特殊的金刚石合成结构装置

人造金刚石的合成通常在六面顶压机上进行,是在高温超高压状态下,在触媒的参与下,使石墨向金刚石进行转化的过程。目前国内六面顶压机采用的组装结构都是圆柱形石墨柱,利用外方内圆形叶蜡石块进行密封,经过分析可知,贴着顶锤的叶蜡石是不起密封作用的,所以设计一种特殊的金刚石合成结构装置,能够提高合成效率,降低压力损失和减少合成过程中的热量散失,节约合成成本。     

我国六面顶压机大型化的优势及压机继续大型化的难点和对策

文章从受力状态原理、硬质合金消耗、高品质金刚石单晶的可同样获得、金刚石生产成本、投入产出比和设备成本、生产品种等诸多方面看六面顶压机的优势,以防止今后在六面顶压机继续大型化时走回头路.但是目前中国六面顶压机继续大型化(φ(800～850) mm缸径以上)真正遇到了操作、大型顶锤、传压介质等不少问题.我们将如何对待,如何处理？文章提出了自己的见解,供探讨.     

冷却循环水对六面顶压机合成宝石级金刚石的影响

使用六面顶压机高温高压合成宝石级金刚石的过程中,加热合成块产生的多余热量大部分都被冷却循环水带走。为保护硬质合金顶锤以及提高宝石级金刚石产量,控制优晶,温度场的均衡性,需要对冷却水的进水温度以及流量调节优化至合理的区间,让冷却水散热比稳定在一个相对恒定的数值。研究表明控制循环水进水温度以及流量在一定区间内,顶锤的使用寿命延长,并且宝石级金刚石的产量提升15%,优晶提升11%,粒度主峰集中值提升20%,经济效益明显提高。     

国内超硬材料六面顶液压机工作缸同步充液过程的控制方法及设备改进技术的研究

超硬材料六面顶液压机通过采用六个相互铰接的工作缸同步推动六个顶锤分别向正方体合成块施加压力的方式来产生高压,其高压腔体的密封是通过六个顶锤的斜面在超压过程中不断挤压叶蜡石形成的十二条密封边来完成的。因此,研究工作缸在充液时顶锤表面挤压叶蜡石,并有效形成均匀密封边的机理对提高六面顶压机使用的高温高压稳定性具有非常重要的意义。文章从设备的角度出发,通过对上述过程进行分析研究,尝试提出对充液过程中控制技术的改进方案。     

中国超硬材料高压设备的过去、现在与未来

金刚石压机设备是静态高温高压的唯一基础,不可争议的是国产六面顶压机的发展成就了中国和世界人造金刚石行业的发展。文章通过回顾中国超硬材料行业六十年来的发展历程,对国产六面顶压机从小到大、从简单到智能的发展过程进行分析,对不同阶段、不同压机的特点进行了总结,并对现在中国六面顶压机的保有量及保有状态进行了客观评价。文章认为中国六面顶压机已成为金刚石合成的主力,支撑着中国金刚石和超硬材料的发展;中国六面顶压机技术简单,在温度及合成腔压力、温度及环境综合控制上有较强的优势,能有较大的合成压力可提高单次产量,从而提高生产效率,降低成本,经济效益好;中国六面顶压机技术发展前景广阔,随着不断的大型化和精密化,对大单晶、PDC,NPD等其他材料的高温高压合成都有着良好的应用前景。     

中国超硬材料高压设备的过去、现在与未来中国超硬材料行业的发展道路之一

金刚石压机设备是静态高温高压的唯一基础,不可争议的是国产六面顶压机的发展成就了中国和世界人造金刚石行业的发展。文章通过回顾中国超硬材料行业六十年来的发展历程,对国产六面顶压机从小到大、从简单到智能的发展过程进行分析,对不同阶段、不同压机的特点进行了总结,并对现在中国六面顶压机的保有量及保有状态进行了客观评价。文章认为:中国六面顶压机已成为金刚石合成的主力,支撑着中国金刚石和超硬材料的发展;中国六面顶压机技术简单,在温度及合成腔压力、温度及环境综合控制上有较强的优势,能有较大的合成压力可提高单次产量,从而提高生产效率,降低成本,经济效益好;中国六面顶压机技术发展前景广阔,随着不断的大型化和精密化,对大单晶、PDC,NPD等其他材料的高温高压合成都有着良好的应用前景。     

国产六面顶压机的精密化发展

随着国产六面顶压机大型化的不断发展,该设备的跨行业应用不断拓宽,市场对其测量、控制技术的要求也不断提高.近年来实施六面顶压机精密化发展的理念被不断强化,到今天,精密化技术已经成为与大型化技术同等重要的关键技术.为了更全面地了解人造金刚石设备技术水平,掌握行业发展趋势,文章重点对近年来国内六面顶压机测控技术的发展进行了介绍.文章以分类比较的形式,阐述了六面顶压机在合成腔压力、温度及环境综合测控技术方面的发展现状,得出了目前国内应加快推进六面顶压机精密化进程的结论.     

叶蜡石块组装方式与合成工艺关系的研究

在六面顶压机上采用粉末工艺技术进行了Φ40腔体组装高度不变和组装块高度提高合成金刚石产品的试验。分析了试验中出现的现象,表明组装块高度提高不仅提高了金刚石产品的产量,并且有效降低了万克拉顶锤的消耗。对试验效果的分析表明,合成腔体与合成压力一定的情况下,组装高度不变比组装块高度提高合成金刚石的生产效益要差很多,并且顶锤消耗也高。因此,提高组装块的高度是降低顶锤消耗、提高单次合成产量的选择方向。     

基于国产六面顶压机的二级6-8型大腔体静高压装置(下)

主要介绍基于国产六面顶压机构建的二级6-8型大腔体静高压装置的力学结构,压力标定,加热组装设计,温度标定,以及采用金刚石复合材料作为二级顶锤产生超高压的一些探索性工作。一系列的结果表明,基于六面顶压机的二级增压装置的研发成功,促进了国内高压科学与技术及新型超硬材料的发展。实验表明,自行研制的多晶金刚石—硬质合金复合末级压砧可使基于国产六面顶压机构架的二级加压系统的压力产生上限从约20GPa提高到35GPa以上,拓展了国内大腔体静高压技术的压力产生范围。应用这一技术,我们期望经过末级压砧材料与压腔设计的进一步优化,在基于国产六面顶压机的二级6-8型大腔体静高压装置压腔中产生超过50GPa的高压。     

受益于人造金刚石及培育钻石领域快速发展,顶锤行业前景广阔

硬质合金顶锤是高温高压法(HPHT)合成人造金刚石等超硬材料的关键部件。顶锤是合成压机内部的重要耗材,合成压机是生产金刚石单晶和培育钻石的核心装备。由于顶锤要承受复杂苛刻的压缩、剪切、拉伸应力的作用,加上加热时瞬时锤面温度达500℃~600℃,要求近万次反复使用寿命,因此顶锤大多采用钨钴系列硬质合金制成,具有硬度高、刚性好、强度高、耐热优良的特性。     

基于国产六面顶压机的二级6-8型大腔体静高压装置(上)

主要介绍基于国产六面顶压机构建的二级6-8型大腔体静高压装置的力学结构,压力标定,加热组装设计,温度标定,以及采用金刚石复合材料作为二级顶锤产生超高压的一些探索性工作。一系列的结果表明,基于六面顶压机的二级增压装置的研发成功,促进了国内高压科学与技术及新型超硬材料的发展。实验表明,自行研制的多晶金刚石-硬质合金复合末级压砧可使基于国产六面项压机构架的二级加压系统的压力产生上限从约20 GPa提高到35 GPa以上,拓展了国内大腔体静高压技术的压力产生范围。应用这一技术,我们期望经过末级压砧材料与压腔设计的进一步优化,在基于国产六面顶压机的二级6-8型大腔体静高压装置压腔中产生超过50 GPa的高压。     

长方体叶腊石在大腔体合成工艺中的应用初探

通过长方体叶腊石与传统立方体叶腊石在六面顶合成中的对比实验,认为设计合理的长方体叶腊石块在合成中可有效降低顶锤消耗,改善合成中的多种工艺参数,提高金刚石的产量和质量.     

六面顶压机卸压气泡产生机理的探究

在合成金刚石的过程中,叶蜡石密封性能的降低会出现气泡,影响顶锤寿命,给企业带来较大的经济损失。笔者根据实际生产情况,建立叶蜡石密封边流变性与六面顶顶锤结构之间的模型,并提出因顶锤模型设计的原因,叶蜡石密封边两端的相对压缩密度比中间小,造成密封边两端密封性能较弱,这就是气泡常在密封边两端产生的重要原因之一。     

我国超硬材料六面顶液压机在国内外的应用现状及优势

六面顶液压机是我国超硬材料领域广泛应用的主要设备.近年来,压机大型化步伐加快,其设计制造工艺水平不断提高,在人造金刚石单晶,立方氮化硼及复合片的合成中显示出独特的优势.在超高压设备领域内,引起国际国内同行的关注,还批量出口.