大颗粒工业金刚石的开发及其应用解析

三、大颗粒工业金刚石技术现状

我国大颗粒工业金刚石的合成起步虽然不晚，但进展不尽如人意，我国在大颗粒金刚石合成方面与国际先进水平相比还存在着较大差距。中科院上海硅酸盐研究所曾经于上世纪70年代中期用单源六面顶压机合成出4mm单晶金刚石，但由于再现性等问题，该项研究工作没有继续进行。1998年12月，吉林大学超硬材料国家重点实验室利用国产六面顶压机首次合成直径达3mm的宝石级金刚石单晶。2001年，吉林大学利用温度梯度法，，以金属钴作为触媒，在6×800吨六面顶压机首次生长出约1mm高品位金刚石。随后，经过更深入的研究实验，据说已经能够稳定生长出5mm优质大单晶金刚石。

国外宝石级金刚石合成技术已经很成熟，利用温度梯度法，1970GE公司生长出1克拉(5mm)金刚石单晶、、1990年住友公司用大晶种法生长出9克拉(12mm)金刚石单晶、1996年DeBeers用100h合成出25克拉Ⅰb金刚石单晶、2000年住友公司合成出8.0克拉(10mm)优质Ⅱa型金刚石单晶。目前国外的高温高压合成金刚石单晶技术日趋成熟，元素六、日本住友、美国GE公司等均能向市场批量供应切削加工刀具用大颗粒工业金刚石(尺寸3.5*1.5*1.5以上)，价格很高，利润丰厚。

国内外目前普遍采用晶种法合成大颗粒金刚石单晶，这种合成工艺组装结构复杂、组装成本很高，由于生长普遍采用温度梯度法，金刚石晶种处于相对低温区，导致合成质量很难提高，再现性差，成功率不高，金刚石生长速度缓慢，单位制造成本居高不下，新的合成方法将避免出现以上问题，在降低成本的同时，提高成功率和单次产量，同时大幅度提高金刚石的生长速度。

四、大颗粒工业金刚石合成技术简介

本技术采用间接加热自发成核技术，克服了晶种法结构复杂、成本高、金刚石生长速度慢和成功率低等缺点，通过对组装结构、传压系统、设备保温保压性能和石墨柱材料结构的改进，改善了金刚石的生长条件，加上先进的成核和生长工艺控制技术，在大幅度提高金刚石生长速度的同时，确保了合成质量的提高。目前用四十分钟和五十分钟合成的0.9*1.2mm、1*1.4mm单晶，晶形为IIb型，合成质量已经基本达到细粒度(40/45)高品级单晶的水平，单次合成数量可以有效的控制在200-300粒，重复性良好，试验期间未发生裂锤现象，目前试验的进展情况验证了本技术理论的合理性和可行性。

受设备性能和其他条件的限制，试验无法继续进行，需要对传统设备进行改造，对顶锤几何尺寸和组装结构重新设计以进一步在保证质量的前提下生长速度。在目前的情况下，能够保证单晶的生长速度达到0.2-0.3mm/10分钟，经过对试验所得样品和相关试验数据的分析，已经有绝对把握在2-3小时内实现1.5*2.1mm、2*3mm高品级单晶的连续合成，预计试验周期在材料和设备具备条件的情况下不会超过两个月。