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      人造金剛石觸媒的制備工藝及特點

      關鍵詞 觸媒 , 金剛石|2022-06-17 15:04:10|來源 中國超硬材料網
      摘要 觸媒材料一般采用過渡族金屬元素或其合金。根據其形狀的不同可以分為:片狀、粉狀、粒狀、絲狀、管狀、泡沫狀等。目前以粉末觸媒為主,片狀觸媒已淘汰......

      1、觸媒的分類及制備方法

             觸媒材料一般采用過渡族金屬元素或其合金。根據其形狀的不同可以分為:片狀、粉狀、粒狀、絲狀、管狀、泡沫狀等。目前以粉末觸媒為主,片狀觸媒已淘汰。
             粉末觸媒的制造方法主要有物理化學法和機械粉碎法兩大類。物理化學法是利用加熱、電解或化學反應的方法從金屬化合物中制取粉末,如還原法、電解法和羰基法等。機械法是將固體或液態金屬(或合金)破碎成粉的方法,其化學成份基本不發生變化。典型方法有旋渦研磨法、球磨法和霧化法等。
             就制取金剛石合成用粉末觸媒而言,機械法制粉較為常見,如在觸媒合金中加入某些微量元素(Si、C等)使之發脆,通過球磨破碎即可得到200目左右的觸媒合金粉末。霧化制粉在粉末觸媒大規模生產方面占有優勢。用該方法容易制得所需成份的、純度高、組織均勻且工藝性能優良的優質金屬觸媒粉末,且霧化制粉所得粉末顆粒形狀、大小和粒度分布等均可在一定范圍內調整。此外,霧化制粉還可使用廉價原料(廢金屬等),其工藝流程短、設備簡單,因而總體成本較低。
             粉末觸媒生產的關鍵技術是控制粉末的粒度、形狀,特別是控制粉末觸媒中的氧含量。從目前粉末觸媒合成金剛石的應用情況看,霧化粉末觸媒具有較大優勢。采用真空/惰性氣體霧化工藝,可制備出氧含量低、成分均勻、組織細小的高質量觸媒合金粉末。但水霧化粉末觸媒具有成本低的優勢,而且水霧化制備的觸媒,盡管氧含量高,但隨后與石墨粉混合,經真空熱處理,可有效脫氧,因此其發展前景更為廣闊。

             2、粉末觸媒特點

             粉末觸媒具有以下優點:
            (1)比表面積大,接觸面積大,有利于晶體生長
             粉末觸媒的一個基本特征就是比表面積大。豐富的比表面有利于觸媒與石墨的接觸,大大地增加了高溫高壓條件下觸媒和石墨的反應面積。粉末觸媒若能與石墨粉充分混合,可以大幅度提高合成單產。
             眾所周知,均一的溫度場和壓力場是生長優質金剛石的必要條件。粉末觸媒與石墨的均勻混合,能產生較均一的溫度場和壓力場,給金剛石生長創造了良好的條件。
            (2)組織均勻、純度高
             采用粉末觸媒,各部位關鍵元素含量均勻統一,可以保證長出均勻的金剛石。由于采用霧化法制備粉末觸媒,在從熔融的金屬液體變成固體粉末的過程中,冷卻速率非???,觸媒中各成分的偏差能控制在千分之一左右。
            (3)熔點低
             隨著觸媒粒子粒徑的減小,其熔化溫度明顯降低。并且熔點的降低程度與粉末的粒度成反比。利用這個特點,可以通過不同觸媒粒度的合理搭配及合成工藝的調整,從而有效地控制合成腔體中金剛石的成核密度和生長速度。
            (4)資源利用率高
             使用粉末觸媒生產金剛石,合成腔體內觸媒重量百分比約30%左右,利用率相對較高。其組分也易于調節。使金剛石行業的觸媒使用量大幅降低。
             雖然粉末觸媒有上述優點,但也具有如下缺點
            (1)表面易受污染
             粉末觸媒材料的幾何尺寸非常小,其表面吸附性大大提高,灰塵、油污都會對其造成大的污染。特別是粉末觸媒非常容易被氧化,如果不能降低觸媒中的氧含量,就會極大的影響粉末觸媒的催化性能。
            (2)混料不易均勻
             由于石墨和觸媒粒徑非常小,且二者的比重差別很大(觸媒的比重約為8,石墨的比重為2.25),因此,要想把二者均勻的混合起來是很難的。雖然混料時加入適量的粘結劑能改善混料的均勻性,但后處理不徹底將會影響金剛石的合成。
             此外,若粉狀觸媒在生產、貯運和應用中存在的氧化問題得不到很好的解決,就會造成粉末觸媒合成工藝的不穩定。

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