PDF《当前我国新触媒的研究和应用》

2003 年第

4 期 超硬材料与宝石( 特辑) 第15 卷2003 年10 月SUPERHARD MAT ERIAL &

GEM 总第

51 期 当前我国新触媒的研究和应用 方啸虎, 洪涌, 马万金, 胡立森 ( 安徽宏晶新材料股份有限公司, 安徽和县 238231) 摘要: 回顾了几十年来国内触媒的发展过程, 论述了触媒质量跟合成金刚石的关系.

详细地介绍了触媒 的各组成元素的作用和选取方法, 以及决定触媒质量的种种因素.从生产设备到冶炼方法, 从浇铸成形到 冲片质检, 介绍了触媒的生产过程和经验. 通过大量的对比实验, 确定了第七十八套新触媒为优秀方案, 并 通过详细的实验数据进行论证. 关键词: 金刚石;

触媒;

合成;

使用效果;

冶炼 中图分类号: TQ164 文献标识码: A 文章编号: 1004- 7468( 2003) 04- 0001-

07 THE UP- TO- DATE STUDY AND APPLICATION OF NEW CATALYST IN CHINA FA NG Xiao-hu, HONG Yong, M A Wan-jin, HU Li-sen ( A nhui H ongj ing N ew M aterial Co. , L td, H exian, A nhui, 238231) Abstract: The authors review the catalyst development of China in recent decades, discuss the relationships of the quality of catalyst and synthetic diamond, and introduce the func- tions of various elements in catalyst, their selecting methods and various factors determin- ing the quality of catalyst in details. In the paper, the authors also introduce the processes and experiences of catalyst production from the manufacturing machine to the metallurgic methods and cast form to stamping foil. Through a series of comparative tests, the new catalyst No.

78 has been selected as an excellent solution and been proved w ith the de- tailed testing data. Keywords: diamond;

catalyst;

synthesis;

effect;

smelting

0 引言在研制人工合成金刚石过程中, 首先是美国霍尔 用一种陨石的材料做 触媒 .这种陨石加入后, 使合 成金刚石的压力由原来 13GPa 下降至 5~6GPa, 温 度由 3000℃左右下降至 1300~1400℃, 从而大幅度 地降低了合成温度和压力, 遂使工业生产金刚石的产 业化成为可能. 那么这种陨石中是什么成份起了如此 大的作用呢?经研究发现该种陨石中含有大量的硫化 铁, 而单硫是根本无法做触媒的, 而单独的 Fe 是完 全可能用作触媒的, 这就是我们早期使用 Fe 基触媒 的原因. 为了进一步降低合成金刚石的压力, 在国外早期 经常用的是Fe 基触媒, 如Ni-Fe 合金, 而我国早期则 是用Ni-Cr-Fe 合金. 中国早期的 Ni-Cr-Fe 触媒对发 展我国金刚石工业起到了非常重要的作用, 但后来发 现它对研制高品级金刚石带来了诸多的困难, 在金刚 石的颜色上是黄绿色( 好的应是黄―金黄色的) , 结晶 形态也不甚理想, 很难长出结晶完整的立方体―八面 体形态, 因为晶体形态不好, 严重地影响到金刚石单 晶的单颗粒平均抗压强度, 那时的单颗平均抗压强度 通常仅为 20~40N. 为了进一步提高金刚石的强度, 改善金刚石的颜 色, 经过几十个方案的对比, 首先选出了 Ni- M n 做触

1 收稿日期: 2003- 07-

18 作者简介: 方啸虎( 1939― ) , 男, 教授, 长期从事超硬材料合成理论和工艺的研究, 发表专著、 论文多篇. 媒.在分析了美国的金刚石后, 发现其中仅有 Co 的 杂质含量, 也就是纯Co 做触媒. 此后, 在Ni-Mn 基础 上加入了Co. 其实ⅧB 族元素的 Ni、 Co、 Fe 都可以是 单质( 但熔点较高) 或合金做金刚石的触媒, 它们分别 是Ni 基、 Co 基、 Fe 基.现列举主要的触媒的熔点和 晶格常数如下: ( 见表 1) 表1几种典型触媒元素和合金的熔点温度及晶格常数 元素或合金 熔点( ℃) 晶格常数( nm ) 再结晶温度℃ -Ni