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「鎳觸媒」發展現狀如何?

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點擊次數:655 更新時間:2019年08月13日16:30:51 打印此頁 關閉

鎳觸媒催化劑的功能:


金屬催化劑是石墨在高溫高壓下轉化為金剛石時,能降低金剛石相變活化能和合成溫度的一種材料。在沒有催化劑的情況下,石墨轉化為金剛石需要13 GPa的高壓和2700℃以上的高溫。加入催化劑后,金剛石合成的壓力和溫度可分別降低到5-6 GPa和1200-1400℃。


鎳觸媒催化劑的設計原則:


人造金剛石在高溫高壓下通過催化作用將碳元素的有序性從石墨結構轉變為金剛石結構。因此,催化劑對金剛石[8]的合成壓力、溫度、抗壓強度、晶體形態、顏色和產率有很大影響。結果表明,金屬催化劑的選擇應遵循以下四個原則[9]。

(1)結構對應原理:催化劑晶體致密表面或熔化后致密表面的原子排列與金剛石結構(111)表面碳原子的原子排列相同或接近;

(2)定向鍵合原理:催化劑致密表面上的原子可以使石墨層上的碳原子與之鍵合,鍵合垂直于石墨的六邊形平面。

(3)低熔點原則:催化劑的熔點應盡可能低。

(4)易熔碳,與碳潤濕性好。


「鎳觸媒」發展現狀如何?


鎳觸媒催化劑的制備:


目前市場上的粉末催化劑主要是通過快速凝固霧化制備的,包括惰性氣體霧化和高壓水霧化。

惰性氣體霧化

惰性氣體霧化[10-12]是制備高性能金屬的重要方法。它廣泛用于粉末催化劑的生產,特別是用于合成高級金剛石的粉末催化劑的生產。氣體霧化技術的原理是金屬熔體被霧化噴嘴產生的高速高壓氣流粉碎成微小液滴,然后球化、冷卻固化成金屬粉末。惰性氣體霧化具有球形度高、含氧量低、環境污染小、冷凝結構快、成本低的優點。缺點是霧化成本高,惰性氣體需要回收。

高壓水霧化

高壓水霧化[13-14]是一種以高壓水為霧化介質直接粉碎液態金屬或合金生產金屬粉末的方法。高壓水霧化要求設備投資少,成本低。雖然催化劑合金粉末的氧含量高,但是氧含量可以通過霧化過程控制和隨后的還原處理來降低。水霧化催化劑合成的金剛石與氣體霧化催化劑合金粉合成的金剛石質量相近。因此,水霧化法逐漸取代氣體霧化法成為合成催化劑合金粉的主要方法。


催化劑材料的選擇不僅影響合成過程(溫度、壓力和時間),而且對金剛石晶體的形貌、顏色、混合產率等物理性能有很大影響。


從現有文獻來看,鎳觸媒催化劑的發展趨勢如下:


(1)開發新的催化劑配方,能有效降低金剛石合成的溫度和壓力,穩定性好,工藝性好,成本低。

(2)在現有催化劑配方的基礎上,進一步優化催化劑各元素的配比,提高催化劑的催化性能。

(3)進一步研究催化劑中添加的微量元素與金剛石顏色的關系以及微量元素對金剛石性能的影響,從而控制和調整金剛石的顏色和性能。

(4)開發一系列適用于不同種類金剛石生長的特殊催化劑,如用于硬脆材料加工的自銳粉末催化劑;用于金剛石合成的細粒度高質量和高產率催化劑;用于金剛石合成的高質量和高強度粗顆粒催化劑;和具有半導體特性的金剛石合成。寶石級合成鉆石等的催化劑和合成催化劑。

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