粉末触媒对合成金刚石质量的影响

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机电技术应用

Application of Mechanics-electronics Technology

粉末触媒对合成金刚石质量的影响

李亚选，荣春玲，周金海，徐 岩

（郑州华晶金刚石股份有限公司，河南 郑州 450000）

摘　要：在可持续发展观念指导下，我国积极了开展节能减排工作。矿石企业在生产与开采过程中需要消耗大量的能源资源，金刚石制备是工业生产过程中一个十分重要的加工环节，其能耗占据整个生产过程中很大比重。粉末触媒作为合成金刚石的催化剂，在很大程度上直接影响金刚石的质量。这种影响受到了相关学者和社会的关注。基于此，文章结合实践，对粉末触媒对合成金刚石质量的影响进行深入分析，以提高企业的生产效益。关键词：粉末触媒；合成金刚石；质量；影响中图分类号：TQ163 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2019）16-0187-01

——————————————作者简介： 李亚选（1991—），男，河南新乡人，工程师，研究方向：

人造金刚石。

当前，我国经济粗放式发展与日益紧缺能源之间的矛盾越来越突出，人们对粉状触媒的使用价值要求越来越高。从20世纪70年开始我国就开始研究粉状触媒的相关内容，随着研究的不断深入与技术的不断提升，粉末触媒对合成金刚石质量的影响取得了较大成绩。通过粉末触媒对合成金刚石质量的影响因素分析，合理利用制备工艺，这是当前学者研究的重要内容，采用节能高效的方法和生产工艺来节约成本，以提高资源的有效利用，为相关企业提供更多的数据参考。

上来说，粉末触媒的浓度、密度以及稳定性越高，越有利于输送。为了进一步验证粉末触媒对合成金刚石质量的影响，本次试验采用单因素变量法，粉末触媒生产过程中会产生大量的气体元素，其中的气体元素具有应用价值，化工企业并没有对此进行深入研究与利用，而是将其作为废物排出。大部分水分在化学反应过程中被蒸发掉，而煤气在燃烧的时候会产生大量的一氧化碳和水，进一步增加了石墨粉消耗，影响了雾化燃烧效果，也就是说，粉末触媒气化反应受到金刚石成分的影响，这说明了粉末触媒浓度直接影响合成气组成成分和金刚石的成材率。将不同特性的粉末触媒与石墨粉依照一定的比例，使用相同的合成工艺，在不同环境下进行合成[1]。

2 实验结果与分析

1）粉末触媒含量对合成金刚石单晶的影响。实验采用单因素变量法，高温高压合成实验之后对合成棒进行提取，然后在光学显微镜下观察合成金刚石的颜色与晶体大小等，粉末触媒的粒度对石墨粉的转换率影响十分大，且间接影响气化炉的产气量与电耗等。如果粉末触媒粒停留时间越长，气-固相反应的比表面积与颗粒尺寸就越大，大颗粒的石墨粉在燃烧之后具有较大的动能和速率，也就是说大颗粒的粉末触媒比小颗粒的粉末触媒在反应区停留的时间短，这也说明了粉末触媒的粒度对石墨粉转化率的影响。一般来说，应该将粉末触媒粒质量分值控制在合理范围内，这样可以提高气化效率。随着粉末触媒氧含量的增加，单产逐渐降低，同时单晶颜色也逐渐变暗，TI 值和TTI 值随着峰值降低二者之间的

差异不断变大。通常来说，在高温高压条件下，粉末触媒应该进行合理的配置，粉末触媒流动性差或者结块，致使高压石墨粉泵进口失压，吸入量不足，瞬间粉末触媒氧化比过大，粗粉末触媒在炉内闪爆，危险系数极高，此情况在粉末触媒槽低液位，气化炉低负荷时易发生。在粉末触媒内部发生非均匀成核而形成金刚石晶核，这部分物质去除难度非常大，难以是其在合成过程产生良好的熔碳和催化作用，进而破坏了合成金刚石内部结构的稳定性，使合成金刚石质量受到很大影响[2-3]。

2）粉末触媒Ni 含量对合成金刚石单晶的影响。为了进一步探究粉末触媒Ni 含量对合成金刚石单晶的影响，生产出来相对质量较高的合成金刚石，在金刚石薄膜合成过程中，必须保证合成金刚石薄膜的强度与厚度。采用单因素变量法，石墨粉熔性温度一般为1100～1300℃，如果不能掌握好温度必然对气化产生不利影响，金刚石的固定碳含量较高，有利于气化炉的热平衡性。此外，随着粉末触媒Ni 含量的增加，单产变化不大，但是单晶颜色逐渐变成黄色，TI 值和TTI 值随着峰值降低二者之间的差异不断变小。人们根据金属的能带理论和价键理分析，起催化作用的金属必须具有适应的垫子结果，要求粉末触媒内水质量的分数值越低越好，粉末触媒质分析确定的最佳操作温度必须在德士古气化装置范围之内，粉末触媒的浓度会随着温度的不断增加而不断降低，这有利于提高单产的气化效率。粉末触媒合金熔碳能力在很大程度上取决于粉末触媒合成轨道中的平均电子数，随着碳含量的不断增加，粉末触媒对碳的溶解度增加，导致金刚石单晶的生长速度发生变化，影响着合成金刚石的质量[4]。

3 结束语

文章从几个反面就粉末触媒对合成金刚石质量的影响进行分析，根据数据结果分析粉末触媒的粒度、氧含量对合成金刚石都会产生一定的影响。参考文献：

[1]邓福铭,刘瑞平,李学伟,等.Φ38mm 腔体粉末触媒工艺合成高

品质金刚石研究[J].超硬材料工程,2018(3):5.[2]马利秋,马红安,肖宏宇,等.添加剂硼对合成Ib 型宝石级金刚

石单晶的影响[J].科学通报,2018(6):88.[3]王声洁,沈本贤,肖卫国,等.Au-K/C 催化剂用于乙炔氢氯化反

应制氯乙烯的催化性能[J];华东理工大学学报(自然科学版),2018(1):99.[4]魏军才,杨晋中,毛海涛,等.粉末触媒对合成金刚石质量的影

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（收稿日期：2019-8-5）