觸媒合金粉末的開(kāi)發(fā)背景
自人造金剛石問(wèn)世以來(lái),，超硬材料行業(yè)得到了迅猛發(fā)展,，它不僅拉動(dòng)了相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展，也改變了人們的生活,。人造金剛石作為一種超硬材料,，它硬度高,、耐磨性好，用其作鉆切磨工具可廣泛用于地質(zhì),、煤田,、石油、工程等鉆探,，硬脆金屬及非金屬材料的切削加工與磨削加工,，由于它的導(dǎo)熱率高、電絕緣性好,，可作為半導(dǎo)體裝置的散熱板,，它有優(yōu)良的透光性和耐腐蝕性，在電子工業(yè)中也得到了廣泛應(yīng)用,。
中國(guó)作為人造金剛石生產(chǎn)大國(guó)已多年位居世界第一,，其金剛石產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的70%以上。由于我國(guó)人造金剛石的質(zhì)量和穩(wěn)定性的逐步提高,、成本的不斷降低,，加上國(guó)內(nèi)外金剛石制品市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，有力地推動(dòng)了人造金剛石市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展,。據(jù)統(tǒng)計(jì),，2003年我國(guó)人造金剛石的年產(chǎn)量約為25.3億克拉（約506t），比2002年產(chǎn)量增長(zhǎng)了26.5%,。2006年我國(guó)人造金剛石的年產(chǎn)量達(dá)到50億克拉（1000t）以上,。21世紀(jì)前我國(guó)人造金剛石的工業(yè)化生產(chǎn)用原材料以片狀觸媒合金和片狀石墨為主（片狀工藝），進(jìn)入21世紀(jì)粉末合成技術(shù)逐步替代了片狀技術(shù),。
水霧化法制造觸媒合金粉末項(xiàng)目,，是在1988年人工晶體研究院承擔(dān)聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)署資助的《金剛石工具新技術(shù)的研究和發(fā)展》項(xiàng)目（CPR/85/052），及1996年人工晶體研究院承擔(dān)的原國(guó)家建材局《水霧化法制造新型金剛石工具結(jié)合劑的研究和開(kāi)發(fā)》科研項(xiàng)目的基礎(chǔ)上,，結(jié)合市場(chǎng)情況進(jìn)一步研制開(kāi)發(fā)衍生的項(xiàng)目,。2000年5月,，《水霧化法制造新型金剛石工具結(jié)合劑的研究和開(kāi)發(fā)》項(xiàng)目順利通過(guò)了部級(jí)鑒定。
近年來(lái),，國(guó)內(nèi)外人造金剛石市場(chǎng)不斷擴(kuò)大,，而采用觸媒合金粉末材料合成人造金剛石是金剛石行業(yè)的發(fā)展方向，國(guó)外普遍采用觸媒合金粉末材料作為催化劑合成人造金剛石,。國(guó)內(nèi)金剛石行業(yè)在2002年以前主要用片狀觸媒合金,，年用量在3000t左右，粉末法合成人造金剛石比片狀合成相同體積金剛石產(chǎn)量,、質(zhì)量可大幅度提高,，材料消耗大幅度降低，全部用粉末材料其觸媒合金粉末用量只需1200t左右,。自2003年起用觸媒合金粉末材料合成人造金剛石已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)許多生產(chǎn)廠家的認(rèn)同,，合成高品級(jí)人造金剛石用的觸媒合金粉末材料開(kāi)始批量推廣應(yīng)用，觸媒合金粉末材料的需求量呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì),。截至2003年底,，國(guó)內(nèi)共有5941臺(tái)六面頂及100余臺(tái)兩面頂人造金剛石設(shè)備，消耗觸媒4524余噸,，如果開(kāi)發(fā)70%的用量使用粉末觸媒,，考慮到粉末觸媒替代片狀觸媒用量降低到1/3，以及金剛石行業(yè)的發(fā)展,，全國(guó)觸媒合金粉末材料年需求量可達(dá)1200t以上，產(chǎn)品市場(chǎng)前景十分廣闊,。
粉末觸媒合成技術(shù)發(fā)展初期（20世紀(jì)90年代末期）主要使用進(jìn)口觸媒合金粉末,，價(jià)格在每噸18萬(wàn)元左右，材料成本高,，加上當(dāng)時(shí)粉末合成技術(shù)水平還較低,，粉末材料推廣用量較少。國(guó)產(chǎn)氣霧化觸媒合金粉末的應(yīng)用也未從根本上解決問(wèn)題,。人工晶體研究院經(jīng)過(guò)近十年的技術(shù)攻關(guān),，從觸媒合金粉末的制造技術(shù)到應(yīng)用技術(shù)方面根本性突破后大幅度降低了觸媒合金粉末的制造成本及推廣應(yīng)用的工藝成本，促進(jìn)了我國(guó)粉末法合成人造金剛石技術(shù)的快速發(fā)展,。
觸媒合金粉末的生產(chǎn)工藝
觸媒合金粉末是合成金剛石的催化劑,，是生產(chǎn)人造金剛石主要原料。合金粉末的制造以霧化法為主,，有水霧化和氣霧化兩大類,，我們采用水霧化法制造觸媒合金粉末。主要設(shè)備：中頻熔煉爐,、高壓水泵,、真空干燥箱、篩分機(jī)、合批機(jī),、真空包裝機(jī)等,。生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。
觸媒合金粉末的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)與推廣應(yīng)用
用粉末技術(shù)合成人造金剛石其粉末柱由石墨粉和觸媒合金粉制成,，初期制柱工藝為：混料——造�,！獕褐婵尽婵瞻b，此工藝要求觸媒粉和石墨粉氧含量低,、純度高,，粉末柱中的材料如果脫氧不夠所生長(zhǎng)出的金剛石顏色不好，強(qiáng)度低,、耐熱性差,、耐磨性差。
用水霧化法制造的觸媒合金粉末產(chǎn)品,，成本比氣霧化產(chǎn)品大幅度降低,，但其氧含量要高出5倍左右，這是其主要弱點(diǎn),，霧化后不經(jīng)后處理還原,，水霧化觸媒合金粉末氧含量在（2000～4000）×10-6（0.2～0.4%），氣霧化觸媒合金粉末氧含量在（200～800）×10-6,，我國(guó)粉末法合成技術(shù)開(kāi)發(fā)初期,，利用進(jìn)口氣霧化觸媒合金粉末，其特點(diǎn)是經(jīng)脫氧還原并鈍化處理后氧含量低（約100×10-6）,，但價(jià)格高（2002年單價(jià)180元/kg,，外加運(yùn)雜費(fèi)成本約200元/kg）。國(guó)內(nèi)氣霧化制造的觸媒合金粉雖然價(jià)格略低（約150元/kg）,，但其氧含量偏高（大約在200×10-6）,。
為推廣應(yīng)用低成本的水霧化觸媒合金粉末（65元/kg），我們革新了制柱工藝,，將粉末柱脫氧還原,，制柱成本略有增加，但大幅度降低了材料成本,，現(xiàn)行制柱工藝為：混料——造�,！獕褐婵者�原——真空包裝。現(xiàn)行制柱工藝解決的核心問(wèn)題是將脫氧還原放在壓柱之后,，采用水霧化觸媒合金粉末大幅度降低了粉末柱的成本,。
初期制柱工藝要求原料純度高、氧含量低,，而且在制柱過(guò)程中要盡量避免粉末材料吸潮,，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中很難做到,。采用現(xiàn)行工藝則從根本上解決了氧含量和吸潮問(wèn)題，金剛石的質(zhì)量及品位大幅度提高,，加上更趨合理的腔體結(jié)構(gòu)及合成工藝改進(jìn),，金剛石單產(chǎn)大幅度度提高。解決了上述工藝技術(shù)問(wèn)題,，為推廣應(yīng)用水霧化觸媒合金粉末打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ),。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外人造金剛石市場(chǎng)不斷擴(kuò)大,，用水霧化法制造的觸媒合金粉末材料合成人造金剛石已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)各生產(chǎn)廠家的認(rèn)同,，觸媒合金粉末材料的需求量呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。北京中材人工晶體有限公司自2003年度起小批量投入市場(chǎng),，全年銷(xiāo)售30余噸,，銷(xiāo)售收入215萬(wàn)元，2004度銷(xiāo)售270t,，銷(xiāo)售收入1750萬(wàn)元,，2005年度銷(xiāo)售370t，銷(xiāo)售收入2520萬(wàn)元,，2006年度銷(xiāo)售400余t,，銷(xiāo)售收入3200萬(wàn)元。
自人造金剛石問(wèn)世以來(lái),，超硬材料行業(yè)得到了迅猛發(fā)展,，它不僅拉動(dòng)了相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展，也改變了人們的生活,。人造金剛石作為一種超硬材料,，它硬度高,、耐磨性好，用其作鉆切磨工具可廣泛用于地質(zhì),、煤田,、石油、工程等鉆探,，硬脆金屬及非金屬材料的切削加工與磨削加工,，由于它的導(dǎo)熱率高、電絕緣性好,，可作為半導(dǎo)體裝置的散熱板,，它有優(yōu)良的透光性和耐腐蝕性，在電子工業(yè)中也得到了廣泛應(yīng)用,。
中國(guó)作為人造金剛石生產(chǎn)大國(guó)已多年位居世界第一,，其金剛石產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的70%以上。由于我國(guó)人造金剛石的質(zhì)量和穩(wěn)定性的逐步提高,、成本的不斷降低,，加上國(guó)內(nèi)外金剛石制品市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，有力地推動(dòng)了人造金剛石市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展,。據(jù)統(tǒng)計(jì),，2003年我國(guó)人造金剛石的年產(chǎn)量約為25.3億克拉（約506t），比2002年產(chǎn)量增長(zhǎng)了26.5%,。2006年我國(guó)人造金剛石的年產(chǎn)量達(dá)到50億克拉（1000t）以上,。21世紀(jì)前我國(guó)人造金剛石的工業(yè)化生產(chǎn)用原材料以片狀觸媒合金和片狀石墨為主（片狀工藝），進(jìn)入21世紀(jì)粉末合成技術(shù)逐步替代了片狀技術(shù),。
水霧化法制造觸媒合金粉末項(xiàng)目,，是在1988年人工晶體研究院承擔(dān)聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)署資助的《金剛石工具新技術(shù)的研究和發(fā)展》項(xiàng)目（CPR/85/052），及1996年人工晶體研究院承擔(dān)的原國(guó)家建材局《水霧化法制造新型金剛石工具結(jié)合劑的研究和開(kāi)發(fā)》科研項(xiàng)目的基礎(chǔ)上,，結(jié)合市場(chǎng)情況進(jìn)一步研制開(kāi)發(fā)衍生的項(xiàng)目,。2000年5月,，《水霧化法制造新型金剛石工具結(jié)合劑的研究和開(kāi)發(fā)》項(xiàng)目順利通過(guò)了部級(jí)鑒定。
近年來(lái),，國(guó)內(nèi)外人造金剛石市場(chǎng)不斷擴(kuò)大,，而采用觸媒合金粉末材料合成人造金剛石是金剛石行業(yè)的發(fā)展方向，國(guó)外普遍采用觸媒合金粉末材料作為催化劑合成人造金剛石,。國(guó)內(nèi)金剛石行業(yè)在2002年以前主要用片狀觸媒合金,，年用量在3000t左右，粉末法合成人造金剛石比片狀合成相同體積金剛石產(chǎn)量,、質(zhì)量可大幅度提高,，材料消耗大幅度降低，全部用粉末材料其觸媒合金粉末用量只需1200t左右,。自2003年起用觸媒合金粉末材料合成人造金剛石已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)許多生產(chǎn)廠家的認(rèn)同,，合成高品級(jí)人造金剛石用的觸媒合金粉末材料開(kāi)始批量推廣應(yīng)用，觸媒合金粉末材料的需求量呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì),。截至2003年底,，國(guó)內(nèi)共有5941臺(tái)六面頂及100余臺(tái)兩面頂人造金剛石設(shè)備，消耗觸媒4524余噸,，如果開(kāi)發(fā)70%的用量使用粉末觸媒,，考慮到粉末觸媒替代片狀觸媒用量降低到1/3，以及金剛石行業(yè)的發(fā)展,，全國(guó)觸媒合金粉末材料年需求量可達(dá)1200t以上，產(chǎn)品市場(chǎng)前景十分廣闊,。
粉末觸媒合成技術(shù)發(fā)展初期（20世紀(jì)90年代末期）主要使用進(jìn)口觸媒合金粉末,，價(jià)格在每噸18萬(wàn)元左右，材料成本高,，加上當(dāng)時(shí)粉末合成技術(shù)水平還較低,，粉末材料推廣用量較少。國(guó)產(chǎn)氣霧化觸媒合金粉末的應(yīng)用也未從根本上解決問(wèn)題,。人工晶體研究院經(jīng)過(guò)近十年的技術(shù)攻關(guān),，從觸媒合金粉末的制造技術(shù)到應(yīng)用技術(shù)方面根本性突破后大幅度降低了觸媒合金粉末的制造成本及推廣應(yīng)用的工藝成本，促進(jìn)了我國(guó)粉末法合成人造金剛石技術(shù)的快速發(fā)展,。
觸媒合金粉末的生產(chǎn)工藝
觸媒合金粉末是合成金剛石的催化劑,，是生產(chǎn)人造金剛石主要原料。合金粉末的制造以霧化法為主,，有水霧化和氣霧化兩大類,，我們采用水霧化法制造觸媒合金粉末。主要設(shè)備：中頻熔煉爐,、高壓水泵,、真空干燥箱、篩分機(jī)、合批機(jī),、真空包裝機(jī)等,。生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。
觸媒合金粉末的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)與推廣應(yīng)用
用粉末技術(shù)合成人造金剛石其粉末柱由石墨粉和觸媒合金粉制成,，初期制柱工藝為：混料——造�,！獕褐婵尽婵瞻b，此工藝要求觸媒粉和石墨粉氧含量低,、純度高,，粉末柱中的材料如果脫氧不夠所生長(zhǎng)出的金剛石顏色不好，強(qiáng)度低,、耐熱性差,、耐磨性差。
用水霧化法制造的觸媒合金粉末產(chǎn)品,，成本比氣霧化產(chǎn)品大幅度降低,，但其氧含量要高出5倍左右，這是其主要弱點(diǎn),，霧化后不經(jīng)后處理還原,，水霧化觸媒合金粉末氧含量在（2000～4000）×10-6（0.2～0.4%），氣霧化觸媒合金粉末氧含量在（200～800）×10-6,，我國(guó)粉末法合成技術(shù)開(kāi)發(fā)初期,，利用進(jìn)口氣霧化觸媒合金粉末，其特點(diǎn)是經(jīng)脫氧還原并鈍化處理后氧含量低（約100×10-6）,，但價(jià)格高（2002年單價(jià)180元/kg,，外加運(yùn)雜費(fèi)成本約200元/kg）。國(guó)內(nèi)氣霧化制造的觸媒合金粉雖然價(jià)格略低（約150元/kg）,，但其氧含量偏高（大約在200×10-6）,。
為推廣應(yīng)用低成本的水霧化觸媒合金粉末（65元/kg），我們革新了制柱工藝,，將粉末柱脫氧還原,，制柱成本略有增加，但大幅度降低了材料成本,，現(xiàn)行制柱工藝為：混料——造�,！獕褐婵者�原——真空包裝。現(xiàn)行制柱工藝解決的核心問(wèn)題是將脫氧還原放在壓柱之后,，采用水霧化觸媒合金粉末大幅度降低了粉末柱的成本,。
初期制柱工藝要求原料純度高、氧含量低,，而且在制柱過(guò)程中要盡量避免粉末材料吸潮,，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中很難做到,。采用現(xiàn)行工藝則從根本上解決了氧含量和吸潮問(wèn)題，金剛石的質(zhì)量及品位大幅度提高,，加上更趨合理的腔體結(jié)構(gòu)及合成工藝改進(jìn),，金剛石單產(chǎn)大幅度度提高。解決了上述工藝技術(shù)問(wèn)題,，為推廣應(yīng)用水霧化觸媒合金粉末打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ),。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外人造金剛石市場(chǎng)不斷擴(kuò)大,，用水霧化法制造的觸媒合金粉末材料合成人造金剛石已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)各生產(chǎn)廠家的認(rèn)同,，觸媒合金粉末材料的需求量呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。北京中材人工晶體有限公司自2003年度起小批量投入市場(chǎng),，全年銷(xiāo)售30余噸,，銷(xiāo)售收入215萬(wàn)元，2004度銷(xiāo)售270t,，銷(xiāo)售收入1750萬(wàn)元,，2005年度銷(xiāo)售370t，銷(xiāo)售收入2520萬(wàn)元,，2006年度銷(xiāo)售400余t,，銷(xiāo)售收入3200萬(wàn)元。
