一种产生大腔体超高静水压的装置制造方法及图纸

本发明专利技术的一种产生大腔体超高静水压的装置属于超硬材料合成设备的技术领域。结构包括六面顶压机同步驱动的六个压砧（１）、用于组装六个压砧的钢环以及用于传递压力的垫块；压砧（１）的砧面（２）边长为１～６毫米；垫块是合金钢垫块（６）和碳化钨垫块（５）构成的二级垫块。本发明专利技术的装置可产生约５０ＧＰａ、３０００Ｋ的高温高压条件；提高了压强的转换效率；节省了设计、制造和安装的成本，节约了原材料；减少了能量的传递过程，可以节约能源；减少了设备的出错率，可以提高设备的运行稳定性、增加了设备的使用寿命、减少了维修人员的工作量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于在超硬材料合成以及高压科学研究中使用的产生静高压装置的技术 领域。
技术介绍
高温高压环境是开展人工合成造金刚石、立方氮化硼(cBN)等超硬材料以及相关 高压科学研究的必要条件。大腔体静高压装置是产生高温高压环境的主要设备。该装置的 相关技术由Bridgman等人于上世纪发展起来，并不断得到改进。目前主要有两面顶和多面 体高压装置。其中两面顶装置所产生的最高压力约为12Gpa ；而多面体压机装置包括六面 体压腔装置和八面体压腔装置，产生的最高压力有较大的区别。根据设计原理不同，六面 顶压机可分为DIA六面顶压机，基于两面顶压机构架的六面顶压机，以及铰链式六面顶压 机。DIA六面顶压机及基于两面顶构架的六面顶压机由于结构复杂，加工困难，成本高昂，主 要用于同步辐射站的高温高压在位测试，很少用于工业化生产合成超硬材料。我国自主研 发的铰链式六面顶压机装置具有六面体压腔，结构紧凑，加工及安装相对简单，造价也相对 便宜。目前该设备已广泛用于我国超硬材料行业，是我国成为超硬材料产业大国的主要生 产设备。在现有技术中，相应于一定直径的碳化钨(WC)压砧(即顶锤)，设计者为了获得 足够大的砧面，用于获取合成腔体最大化。因此，现有技术在设备中所能获得最高压力约为 7Gpa0该技术不能满足高压科学技术发展的需要。在DIA六面顶压机以及基于两面顶构架的六面顶压机中，采用硬质合金(WC)压砧 或者是金刚石、立方氮化硼烧结体作为压砧，腔体最高压力可达15Gpa。而以两面顶压机构 架为基础的二级六-八面体压腔静高压装置。采用碳化钨(WC)作为第二级八面体增压单 元材料，腔体压力可高达30Gpa。由于腔体压力较高，该技术装置已广泛用于世界上高水平 的静高压实验室。与铰链式六面顶压机技术相比，DIA六面顶装置、基于两面顶构架的六面 顶压机装置以及二级六-八面体大腔体静高压装置，需要将轴向压力转换为六个方向的压 力，结构复杂，压力转换效率低，价格十分昂贵，维护成本高昂等缺点，从国外购买一套二级 六_八面体大腔体静高压装置，总计需要人民币约500万。近年来，贺端威教授发展起来的基于铰链梁式六面顶压机的六八面体静高压装置 (见中国专利ZL200710048839. 2)，腔体压力可高达20Gpa。在该技术中，他们同样采用了类 似于基于两面顶构架中滑块式六_八面体中的二级增压单元材料，即采用二级增压形成八 面体压腔来产生静高压。
技术实现思路
本专利技术要解决技术问题，是针对现有高压技术中用于产生大腔体静高压装置中存 在的不足，旨在提供一种结构简单、压强转换效率高，造价低、高效低能耗、维修工作简单， 用于产生大腔体超高静水压的新型装置。本专利技术所述的用于产生静高压的装置，是在六面顶压机的基础上，通过设计新型3的压砧，减小砧面尺寸，优化压砧的几何尺寸，设计相应的用于装配该压砧的材料，组成基 于六面顶压机构架的六面顶大腔体超高静水压装置。该装置包括六面顶压机同步驱动的六 个压砧、用于组装六个压砧的钢环以及用于传递压力的多级垫块。六个压砧的材质可以选 用碳化钨、金刚石、立方氮化硼多晶烧结体的一种，或者选用他们之间烧结制备的复合材料 中的一种；组装压砧的钢环采用硬质合金钢；多级垫块材料包括合金钢和硬质合金WC。本 专利技术所说的大腔体是mm3量级的腔体。本专利技术具体的技术方案是一种产生大腔体超高静水压的装置，是基于六面顶压机构架的大腔体超高静水压 装置，结构包括六面顶压机同步驱动的六个压砧1、用于组装六个压砧的钢环以及用于传递 压力的垫块，其特征在于，所述的压砧1，其砧面2的边长为1 6毫米；所述的垫块是合金 钢垫块6和碳化钨垫块5构成的二级垫块，其中碳化钨垫块5放置在压砧1和合金钢垫块 6之间。S卩，硬质合金碳化钨垫块5接触压砧1。所述的六面顶压机采用铰链式六面顶压机。本专利技术的所述的用于产生超高静水压装置的高压系统工作原理为大质量支撑原 理，即由一个大直径的活塞支撑一个带锥形平面的压砧，在压砧前端的小平面上产生高的 压强，通过传压介质把高的压强传递到腔体中产生超高静水压强。本专利技术所述的用于产生超高静水压装置的加热系统工作原理为电源的两端直接 与六面顶压机的两个压砧相连，然后与立方体合成块形成闭合回路。六面体合成块中的发 热体在通电后发热，产生高温对原材料进行加热。本专利技术所述的一种用于产生超高静水压的装置与现有的DIA型压机、两面顶构架 的六面顶压机及基于二级六-八面体大腔体静超高压装置等相比，主要优点如下①本专利技术所述的装置可产生约50GPa、3000K的高温高压条件，整体性能优越。②本专利技术所述的超高静水压装置完全省却了将轴向加压转换为六方向加压的技 术，直接在腔体中实现超高压强。从力学角度讲不存在压力损耗或很小的损耗，提高了 压强的转换效率；从设计、制造、安装角度讲节省了设计、制造和安装的成本，节约了原材 料，使成本大大降低；从运行角度讲减少了能量的传递过程，节约了能源；从维护角度讲 减少了设备的出错率，提高了设备的运行稳定性，增加了设备的使用寿命，减少了维修人员 的工作量。③本专利技术所述装置比较现有的二级六-八面体大腔体静高压装置大大降低了成 本；比较现有的铰链式六面顶压机装置大大提高了合成腔体中的压力。④本专利技术由于采用包括合金钢和硬质合金WC的二级垫块，不仅可以提高传压能 力，也可以提高压机工作的稳定性。附图说明图1为现有的DIA型六面体静高压装置示意图；图2是本专利技术的基于六面顶压机构架的超高静水压装置示意图。图3是本专利技术的硬质合金WC垫块及其安装位置示意图。具体实施例方式实施例1本专利技术的用于产生超高静水压的新型装置，其结构如图2所示，为铰链式六面顶 压机构架的六面体大腔体超高静水压装置。该装置包括六面顶压机驱动的六个压砧1(即 顶锤)和用于内装合成材料的六面体合成块3。为了使六个压砧1在接触到六面体合成 块3后能够继续对合成块3施压，压砧1的砧面尺寸与合成块3 —个面的尺寸比例最好为 0. 7(比例范围在1到0. 2)。①如压砧材料选用WC，砧面2边长尺寸为6mm时，高压合成腔体最高压力可达 IOGPa ；②砧面2边长尺寸为4_时，高压合成腔体最高压力可达15GPa ；③砧面2边长尺寸为3_时，高压合成腔体最高压力可达18GPa ；④砧面2边长尺寸为Imm时，高压合成腔体最高压力可达50GPa。⑤如果采用金刚石烧结体做压砧，可以获得更高的腔体压力。实施例2本专利技术的合金钢和硬质合金碳化钨构成的二级垫块的安装位置见图3。图3中1 为压砧，5为碳化钨垫块，6为合金钢垫块。在原有的合金钢垫块6与压砧1之间增加一个碳化钨垫块5，可以起到保护合金钢 垫块6不被压裂或者出现压痕。因为本专利技术使用的压砧1直径较小，作用在垫块上的压力 很大，容易破坏原有的合金钢垫块6。权利要求一种产生大腔体超高静水压的装置，是基于六面顶压机构架的大腔体超高静水压装置，结构包括六面顶压机同步驱动的六个压砧(1)、用于组装六个压砧的钢环以及用于传递压力的垫块，其特征在于，所述的压砧(1)，其砧面(2)的边长为1～6毫米；所述的垫块是合金钢垫块(6)和碳化钨垫块(5)构成的二级垫块，其中碳化钨垫块(5)放置在压砧(1)和合金钢垫块(6)之间。2.按照权利要求1所述的产生大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生大腔体超高静水压的装置，是基于六面顶压机构架的大腔体超高静水压装置，结构包括六面顶压机同步驱动的六个压砧（１）、用于组装六个压砧的钢环以及用于传递压力的垫块，其特征在于，所述的压砧（１），其砧面（２）的边长为１～６毫米；所述的垫块是合金钢垫块（６）和碳化钨垫块（５）构成的二级垫块，其中碳化钨垫块（５）放置在压砧（１）和合金钢垫块（６）之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱品文，何志，王欣，邹广田，刘冰冰，崔田，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]