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苏州金星磨料有限公司

乘胜追击，攻克合成工艺、顶锤寿命关-造金刚石研制成功

发布时间：2014/7/25

人造金刚石研制成功是科学试验迈开的可喜的一步，使我们打破了对人造金刚石合成技术的种种迷信。当时摆在我们面前有两种意见:一种意见认为我们所的任务已经完成，三个单位合作亦己结束，下一步应交给别单位干，搞接力赛；另一种意见则认为应继续在61型装置的基础上稳定工艺、提髙产量，推广到生产中去，我们坚持了后一种意见，并得到了研究所领导的支持。我们决定在61型装置上摸索出一整套合成工艺方法并尽快推广生产，赶在六面顶中间试验投产前，为国家提供一批金刚石磨料。我们分析了在61型装置上要推广生产，必须要解决‘三低’(成功率低、转化率低、顶锤寿命低)，实质上就是要解决合成工艺和顶锤寿命两大关键。首先要改进合成工艺，提髙合成成功率和转化率，当时的转化率仅达1%，每次得量仅0.01克拉，因此必须在合成工艺上下功夫。实践证明在一定压力和温度条件下，触媒材料对合成金刚石影响是很大的，能不能找到一种比NiCr合金更好的触媒材料呢?我们以笫八族金属为基体，选择了十多种合金，进行了近200次试验，结果表明NiCrFe合金较好,成功率、转化率有了一定的提髙，但还达不到预期的指标，(部下达指标:转化率20%-25%),困难还是很大的。通过总结工作、仔细观察和分析，为什么同样材质的触媒有的能长金刚石，有的却不能长金刚石，在不能长金刚石的情况下，往往合金与石墨不发生作用，形成所谓光板。通过分析，我们认识到除了温度、压力的影响外，还有一个触媒表面的活性的问题。当我们用酸处理除去合金表面氧化皮后，表面有一层白色薄膜，用刀子刮掉这层薄膜，试验效果就好，证明这层薄膜是有害物质。我们就用蒸馏水冲洗酸处理的合金表面，把残留合金表面的酸根离子洗掉，通过这样的操作方法，就能使合成成功率达到100%(这就成为后来推广生产时，采用轧制合金和酸处理、球磨表面等一套工艺条件的依据)。在提髙合成成功率的基础上，选择合理的组装形式，减小纵向温度梯度，选择有利金刚石生长的石墨材料，增加合金与石墨片的接触表面等措施使转化率达到24%。虽然合成成功率和转化率有了大幅度的提髙，但单次产量仍然达不到投产要求，通过试验分析了温度在试验腔内的分布情况，采取了逐步扩大试验腔体的办法，试验证明将试棒扩大到5mm，对压缸的寿命影响不大，而合成产量却提髙了几倍，单次产量达到0.65克拉,最髙可达1克拉上，这就为200吨级二面顶装置推广生产打下坚实基础。

　　合成试验经过一系列努力，基本上稳定了工艺，但又出现顶锤寿命太短的问题，有时一天就坏了三个锤，每亇顶锤成本要300元，加工还十分吃力(当时还没有金刚石砂轮),这无论从加工能力和和经济核算上考虑都是不行的。那么影响顶锤使用寿命的关键是什么呢?分析顶锤破裂的现象都是半边劈开或局部碎裂，使我们初步认识到在现有的材质和烧结工艺下，造成顶锤破裂的主要原因是上下顶锤对中情况不好，局部锥面受力过大,因此我们就从操作上下功夫，提髙导向精度和降低压机吨位，使锥面受力均匀并减小锥面受力，压机吨位从170T降低到160T。通过大量试验验证，顶锤寿命由原来29次提髙到150最髙过315次。单次合成产量的提髙和顶锤寿命的解决，就使人造金刚石成本大大降低，各项技术经济指标基本上达到了推广投产的要求。