在高溫高壓法合成金剛石工藝中，密封傳壓介質(zhì)在人造金剛石的合成中起著非常重要的作用，合成金剛石所需要的高溫高壓的條件是靠密封傳壓介質(zhì)來獲得的。我國對(duì)密封傳壓介質(zhì)的應(yīng)用，由最初的葉蠟石切割塊，到后來的葉蠟石粉壓塊，到目前在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的葉蠟石-公安白云石復(fù)合塊，這些都體現(xiàn)了我國密封傳壓介質(zhì)的進(jìn)步和發(fā)展。

葉臘石的局限性

傳壓介質(zhì)在高溫高壓下具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性能是確保合成穩(wěn)定的重要因素之一，眾所周知，目前合成金剛石密封傳壓介質(zhì)所用的材料主要為葉蠟石，但是葉蠟石作為高溫高壓合成金剛石的傳壓介質(zhì)存在著兩大主要缺陷：

其一，高溫下發(fā)生相變，體積收縮；

其二，高溫下會(huì)脫出結(jié)晶水。

葉蠟石在高溫下相變會(huì)生成藍(lán)晶石，藍(lán)晶石不僅堅(jiān)硬致密，而且具有較大的導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)致合成腔體內(nèi)的溫度降低，同時(shí)由于體積收縮，導(dǎo)致合成腔體內(nèi)壓力下降；葉蠟石在高溫下脫出的結(jié)晶水會(huì)進(jìn)入高壓合成腔，對(duì)金剛石的生長(zhǎng)極為不利，有可能在高電流的作用下電解成H2、 O2等氣體，引起合成腔體內(nèi)部剪切力的破壞，而導(dǎo)致“放炮”事故的發(fā)生。于是，又出現(xiàn)了一種合成金剛石用的新型傳壓介質(zhì)——白云石。

白云石的輔助功能

1、白云石內(nèi)襯材料的三種組成材料：

(1)白云巖，所占比例約70%--75%，還含有少量石英和方解石，但石英和方解石含量小于2%，基本為純白云巖。巖石破碎成粒徑小于1mm的顆粒。

(2)葉蠟石，配比約占20%，由葉蠟石礦石破碎成粒徑小于0. 5mm的顆粒。

(3)鐵質(zhì)化合物材料，所占比例約5%，破碎粒徑小于0.1mm。

上述三種材料混合均勻，加入粘結(jié)劑水玻璃，在制造傳壓密封材料時(shí)制成圓柱形襯管。白云石內(nèi)襯材料化學(xué)成分為SiO2: 16. 44%，Al2O3：4.99% ，TiO2：0. 159% ，CaO：26.98% ，MgO：14.47%，Na2O：2.88%，K2O：0.72%，F(xiàn)e2O3：2.21%，燒失量為34.62%。

2、白云石與葉蠟石性能比較：

白云石不含結(jié)晶水，且在高溫高壓下非常穩(wěn)定，沒有相變，分析表明，用于金剛石合成之后的樣品仍保持原來的物相，沒有碳酸鹽類物質(zhì)的分解。此外，白云石的熱傳導(dǎo)率低于葉蠟石，因此，作為隔熱材料，白云石也將優(yōu)于葉蠟石。采用白云石做傳壓介質(zhì)，主要是利用它的高熱膨脹率的特點(diǎn)。但是，由于白云石的內(nèi)摩擦系數(shù)小，不宜用做密封材料，因此在六面頂壓機(jī)上使用白云石做傳壓介質(zhì)時(shí)，一般將其做成套管而裝在葉蠟石塊內(nèi)，組成復(fù)合的密封傳壓介質(zhì)。

3、白云石用于金剛石合成的內(nèi)襯材料

白云石具有優(yōu)良的絕緣絕熱性能和高熔點(diǎn)，在高溫高壓下白云石基本穩(wěn)定，用于傳壓密封介質(zhì)材料可以起到以下有利作用:

（1）葉蠟石在高溫下產(chǎn)生相變時(shí)體積收縮，導(dǎo)致高壓腔內(nèi)壓力有較大損失和產(chǎn)生較大的壓力梯度。而葉蠟石塊中加白云石內(nèi)襯不僅可使葉蠟石相變層變薄，乃至清除。由于它在高溫高壓下物相穩(wěn)定，無體積收縮，且熱膨脹系數(shù)為葉蠟石的三倍，在高溫下體積處于膨脹狀態(tài)，彌補(bǔ)了由于葉蠟石相變體積收縮而造成的合成腔內(nèi)部壓力的損失。

（2）由于白云石傳熱系數(shù)較小，因此白云石內(nèi)襯材料在金剛石合成中可以起到保溫絕熱作用，可以阻止外層葉蠟石的相變脫水，降低了合成壓力，減少了合成腔中的壓力梯度，改善了合成腔內(nèi)部的壓力分布，降低合成所需要的電流，從而降低了能耗。

（3）白云石將脫出的水分以及葉蠟石中的SiO2等雜質(zhì)成分隔離在高壓合成腔之外，減少雜質(zhì)進(jìn)入高壓腔內(nèi)的可能性，起到凈化合成腔的作用，致使合成的金剛石色澤好，透明度高; 提高了金剛石的品質(zhì)。

（4）由于白云石具有較小的內(nèi)摩擦系數(shù)，因此密封性較弱，只能做成內(nèi)襯加在葉蠟石塊的內(nèi)壁上，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)綜合了葉蠟石和白云石的優(yōu)點(diǎn)，降低了合成金剛石對(duì)葉蠟石的要求，擴(kuò)大了葉蠟石的選擇范圍。有可能使用不含葉蠟石的礦物原料制作新型傳壓密封材料的外層。如伊利石粘土、高嶺石粘土以及混合粘土等，因這些粘土礦物含結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水較多，脫水后會(huì)造成較大的體積收縮以及水會(huì)對(duì)金剛石生長(zhǎng)造成危害，過去認(rèn)為是不適合制造合成金剛石的傳壓密封材料，但是有了白云石內(nèi)襯材料，這些粘土礦物制造合成金剛石的傳壓密封材料就變得可以實(shí)現(xiàn)。這樣一來，大大擴(kuò)大了傳壓密封材料選擇的范圍，可以徹底解決葉蠟石礦石的短缺，對(duì)金剛石行業(yè)的發(fā)展具有重大意義。

（5）在傳壓密封材料制品中由于白云石及添加的鐵質(zhì)化合物具有較高的內(nèi)摩擦系數(shù)，密封性能得到提高。復(fù)合材料的應(yīng)用使合成金剛石傳壓密封材料的整體工藝性能得到提高和優(yōu)化，使合成過程變得更穩(wěn)定，更易于控制，減少了頂錘消耗，提高了生產(chǎn)效率。

（6）有利于金剛石后期的提純處理，由于除去葉蠟石需要用到火堿，且消耗量大、耗時(shí)長(zhǎng)。而葉蠟石-白云石復(fù)合結(jié)構(gòu)所含的葉蠟石料較少，白云石是碳酸鹽，在加酸除石墨階段就可以去除，故減少了火堿的使用量，減少了提純回收的工作量，其耗堿量只需單一葉蠟石塊合成金剛石的1/4。從而也降低了對(duì)環(huán)境的污染。

（7）高溫高壓過程中，白云石微量分解，對(duì)合成金剛石可能更為有利。反應(yīng)式可用下式表示：CaMg(C03)2+ Fe2O3+ 4SiO2→2( Mg,Fe,Ca)2Si2O6+ 2CO2

由于反應(yīng)是在高壓下進(jìn)行，釋放的CO2不能排出，反應(yīng)不能進(jìn)行完全，只有微量的白云石發(fā)生分解，形成很少量的輝石，釋放的少量CO2封存在高壓腔中，使高壓腔充滿CO2氣體。CO2的存在一方面有可能使高壓腔壁面受力均勻，避免剪切破壞——“放炮”現(xiàn)象的發(fā)生，可以降低頂錘損耗，有利于提高生產(chǎn)效率；另一方面，CO2氣體高溫高壓下可能具有較高的反應(yīng)活性，有可能與觸媒金屬、石墨等發(fā)生作用，可對(duì)金剛石生長(zhǎng)過程的傳質(zhì)起到一定的調(diào)控作用。

目前，以葉蠟石為主體、白云石為內(nèi)襯材料的這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的密封傳壓介質(zhì)作用是多方面的，對(duì)合成優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)的金剛石是非常有利的。同時(shí)合成壓力、合成電流也有一定幅度的下降，并降低了錘耗，節(jié)約了成本，減少了環(huán)境污染，因而在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。