PDF《当前我国新触媒的研究和应用》

1455 0.

3523 - C o

1493 0.

3523 -Mn

1245 0.

285 Cu

1083 0.

3615 金刚石

2517 0.

3568 Ni75Mn25

1200 0.

358 650 Ni70Mn25Co5 1205~1280 0.

3598 620~640 由上表可见 Ni70M n25Co5 具有相当优越的性能, 尤其是在 1974~1975 年, 在桂林矿产地质研究院合 成15mm 腔体中做的数据充分说明该种触媒具有 质量好、 强度高、 透明度高等一系列的优点.后来在

1978 年试投放市场, 又于

1984 年在长沙进行了部级 鉴定. 几十年来我国一直延用该种触媒至今. 我国自 上世纪九十年代中期开始, 已是世界上金刚石第一生 产大国, 尤其是近几年, 金刚石产量已占全球总产量 的65% ~70% 左右, 即已达

20 亿克拉以上, 即使这 样, 由于不断地替代普通磨料和扩大其使用范围, 产 业仍然在高速发展.另一方面, 一种要力争成为世界 金刚石强国的呼声也随之越来越高.几十年 一贯 制 的触媒已不能满足当前金刚石生产的需要, 研发 新的触媒已迫在眉捷.

1 新型触媒的有关参数 新型触媒必须符合以下六项内容中的多项, 即: ( 1) 能降低合成压力和降低合成温度, 或两者之 一有所下降, 这样对顶锤和设备有好处;

( 2) 能明显地提高金刚石强度, 以提高金刚石质 量;

( 3) 能明显提高金刚石产量, 以提高经济效益;

( 4) 能调整金刚石颜色, 增加透明度, 减少金刚 石中包裹体等杂质;

( 5) 能稀释金刚石成核, 以保证金刚石均匀分 布;

( 6) 能明显降低触媒成本. 自然, 以上六个方面也绝不是孤立的, 有的是相 互制约或相互支持的. 已研究的成果表明, 作为触媒, 在技术上必须能 满足以下条件: ( 1) 对碳的溶解度和扩散系数要大, 浸润性要 好, 同时不形成稳定的碳化物;

( 2) 其晶格常数接近金刚石, 晶格能也应尽量接 近, 以确保其触媒作用;

( 3) 与碳的共晶温度低, 比电阻值较大;

( 4) 活性好, 易催化碳原子 sp

2 →sp

3 形成杂化轨 道;

( 5) 合金系组元元素具有负电性;

( 6) 不具轧制结构, 晶界清楚, 晶粒度大小均匀, 且尺寸与石墨匹配. 这些方面是选择元素的指导原则, 但要完全满足 上述条件的元素组合几乎没有. 具体指标设计如下: ( 1) 25mm 腔体. a) 单产: 不低于 13. 5ct, 在国内属于先进水平;

b ) 高强比( ≥JR3 ) : ≥25% ~30%, 力争达到 35% ~40%;

c) 锤耗: ≤5kg/ 万克拉, 力争 2~3. 5kg/ 万克 拉. ( 2) 28mm 腔体. a) 单产: 不低于 18ct, 好时应实现 19~23ct, 属 国内领先水平;

b ) 高强比( ≥JR3 ) : ≥25% ~30%, 力争达到 35% ~40%;

c) 锤耗: ≤4kg/ 万克拉, 力争 1. 5~2. 5kg/ 万克 拉.

2 添加剂的选择及试验 2.

1 添加元素组份 在长期的实践过程中, 加之对天然金刚石伴生矿 物的研究. 已逐步弄清楚超硬材料与触媒的成份和比 例有着非常密切的关系. 如超硬材料另一单晶体―― 立方氮化硼, ⅧB 族金属作为触媒, 则必定不行! 而金 刚石的触媒必定是由ⅧB 族元素为 基 , 如Ni 基、 Co 基、 Fe 基等等. 那么是否这些 基 形成的母液已经足 够, 而其它元素则无关紧要呢? 实验证明答案是否定 的.在罗蒙洛索夫元素周期表可看出母液元素( Ni、

2 M n、 Co) 的周围金属、 非金属同样起着相当重要的作 用, 如Ti、 Al、 Cu、 Cr 和稀土元素及 Si、 B、 N 等等, 而 且这些元素的加入, 可以改变金刚石生产状态和环 境, 也可以明显地改变金刚石特性和提高金刚石的质 量. 已经有经验证明的是: ( 1) Cu、 Fe、 Nb、 M n 可改变金刚石成核和生长 条件;