真空处理技术在金刚生产中的应用与发展.docVIP

真空处理技术在金刚石生产中的应用与发展 曹庆忠 长葛市黄河电气有限公司 461500 摘要：通过分析真空纯化处理技术的原理，结合当前人造金刚石合成生产过程中合成柱的技术要求，从稳定金刚石生产质量的需要出发，提出了新的高真空处理炉设计思想，研发出了ZKR-FH系列高真空热处理炉，并进行了大量的纯化试验，取得了很好的效果。试验证明，ZKR-FH系列高真空热处理炉具有纯化效率高、用气量少、加热功率低、安全可靠、操作简单方便等优点，必将在金刚石生产过程中发挥重要的作用。 关键词：1 引言ZKR-FH系列高真空热处理炉，将真空热处理技术具有的无氧化、无脱碳、脱气、脱脂、表面质量好、变形微小及自动化程度高等一系列突出优点发挥出来，为中国金刚石技术的发展做出贡献。 2、真空热处理的真空热处理的 图1 各种氧化物的平衡分解压力与温度的关系曲线 从图上可以看出，各类金属氧化物的分解压力都比较低，常压下分解比较困难。但在真空条件下，虽说常用的真空度一般都在133.3×10-1～133.3×10-5Pa之间，比图1中所示金属氧化物的分解压力要高得多，可是金属或合金在真空内加热时，仍能获得无氧化的光亮表面，这是因为在真空内加热时，氧化物会变成亚氧化物，而亚氧化物在真空内加热时，会发生升华现象，使被处理的金属表面分解出氧来而获得净化。 2．2、脱脂脂附着在上的油脂属普通脂肪族，是碳、氢、氧化合物蒸气压较高，在真空中加热时被挥发或分解，随即被真空泵抽掉，使工件表面净化。表面真空热处理表面表面真空真空真空真空 图2 各种金属温度与蒸气压的关系曲线 2．4、真空热处理炉的升温和降温特性 由于主要靠高温下的热对流作用很弱，因而 图3 Φ20mm与Φ50mm的铁棒在不经预热情况下的温差曲线 在实际生产中，为了保证工件的透热均匀性往往采用预热法，一般均在热处理温度前200℃进行预热，这样，在达到热处理温度后工件的心部温度与炉子指示温度大致相同。另外，达到热处理温度后必须有一定的保温时间，保温时间的长短取决于工件尺寸的大小，工尺寸越大，保温时间越长。 工件在真空炉内的冷却方法，有随炉冷却和气体冷却两种。随炉冷却的特点是高温时冷却速度快，进入低温后冷却速度非常缓慢；而气体冷却的特点是冷却能力比较大，冷却效果好，为了节省气体，往往在真空炉内设有风扇或热交换器，使气体在炉内反复循环使用。 3、金刚石合成工艺的技术要求 3．1、溶剂学说指导下的合金包膜熔体作用和石墨是碳的两种同质多像的变体。根据石墨的相平衡图可知（图），在常温常压下石墨是碳的稳定结晶形式，只有在高温高压下才是最稳定的，在高温高压下，石墨的中的碳原子会重新按的结构排列，而形成（图相图中稳定区的条件）触媒降低石墨向转化的温度和压力条件，提高转化率（图的条件）触媒。 图4 碳的相图通过这层包膜石墨碳溶入其中并且在向金刚石的输运过程中被催化成金刚石结构金刚石这层包膜在石墨向方向生长的过程中消耗周围的石墨碳周围的晶粒层金刚石层金刚石始终被层所包覆层杂金刚石生长的杂质排泄石墨碳杂质杂质金刚石生长石墨碳金刚石生长合成金刚石用的原材料的原材料，主要包括以下种：作为碳源的石墨作为触媒的过渡金属及其合金。材料触媒合金的真空热处理真空热处理真空热处理真空热处理真空热处理真空热处理真空热处理l100℃的条件实现。 （3）、减低金刚石合成柱的应力，促使密度的均匀 真空热处理真空热处理真空热处理真空热处理真空热处理真空热处理真空真空热处理ZKR-FH系列高真空热处理炉本炉为单室卧式内热型真空电阻炉。设备主要水冷式炉体、发热体、工件支承体、真空获得系统、、 图5 ZKR-4FH型真空热处理炉结构图 各个组成部分分别介绍如下： （1）、炉体炉体由炉盖、筒体组成，其中夹层通水冷却炉上设有供观察玻璃窗。设有炉体。。工件支承体2）、发热体发热体由不锈层隔热屏3）、工件支承体工件支承体设炉底，支承工作盘，工件可直接放在工作盘上。真空获得系统真空获得系统由台真空泵真空组成 图6 ZKR-4FH型真空热处理炉真空系统示意图 （5）、充排气系统 参见图6，充排气系统由三部分组成，充气机构、排气机构和故障排气机构。 充气机构分三个供给气路，可分别使用氩气（或氮气）、氢气和空气等任意三种气体。排气机构是一个出气路。故障排气机构的作用是在炉内气压过高险情发生时，自动进行安全气体排放。 （6）、水冷却系统 水冷却系统采取水冷却循环方法，由炉壁、水套及管路、手动阀门组成，配备了一套包括上水分配管和下水斗的水冷却系统。 （7）、强制冷却系统 强制冷却系统采取腔体、通道、炉壁风内循环冷却方法，由电机、离心风扇叶轮和导风通道组成。 （8）、装卸机构 装卸机构配备了一个与炉子平行的叉车载入装置、ZKR-FH系列高真空热处理炉于2007年研制成功，图7