一种可以产生压剪复合加载的对顶砧高压装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种可以产生压剪复合加载的对顶砧高压装置，包括加压装置系统和对顶压砧样品系统，对顶压砧样品系统设置在加压装置系统内部，加压装置系统包括压头、腔体座和加载螺栓，压头设置在腔体座上方；压头由端头和塞柱构成，端头设在塞柱顶部；对顶压砧样品系统包括对称布置的两个压砧、支撑环、金属垫片、碳化钨底座和弹性垫圈，将两个压砧分别设置两个在支撑环内，金属垫片中间设有一孔，金属垫片位于两个压砧之间，两个压砧和金属垫片的孔形成样品腔，两个压砧分别固定在碳化钨底座上，弹性垫圈设置在位于底部的压砧的支撑环外侧，位于顶部的压砧通过碳化钨底座固定在塞柱的凹腔内，位于底部的压砧通过碳化钨底座固定在腔体座底部。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种可以产生压剪复合加载的对顶砧高压装置，包括加压装置系统和对顶压砧样品系统，对顶压砧样品系统设置在加压装置系统内部，加压装置系统包括压头、腔体座和加载螺栓，压头设置在腔体座上方；压头由端头和塞柱构成，端头设在塞柱顶部；对顶压砧样品系统包括对称布置的两个压砧、支撑环、金属垫片、碳化钨底座和弹性垫圈，将两个压砧分别设置两个在支撑环内，金属垫片中间设有一孔，金属垫片位于两个压砧之间，两个压砧和金属垫片的孔形成样品腔，两个压砧分别固定在碳化钨底座上，弹性垫圈设置在位于底部的压砧的支撑环外侧，位于顶部的压砧通过碳化钨底座固定在塞柱的凹腔内，位于底部的压砧通过碳化钨底座固定在腔体座底部。【专利说明】—种可以产生压剪复合加载的对顶砧高压装置
本技术属于高压装置
，特别涉及了一种可以产生压剪复合加载的对顶砧高压装置，可将该技术应用于研究静高压下剪切应力对材料的晶体结构及力学、物理和化学等性能的研究。
技术介绍
高压会导致物质的晶体结构不同于常压的情况，从而发生结构相变、物性变化及原子间的相互作用，合成出新型功能材料，甚至出现新的物理现象，产生奇异的化学反应。宇宙中的绝大部分物质均处在高压状态下，因此高压科学与技术可广泛应用于物理、化学、地球科学、行星科学、材料学、新能源、国防及生物医学等领域。对顶砧高压装置、两面顶高压装置、四面顶高压装置、六面顶高压装置及多级增压装置等这些静高压实验装置，使人们可以在更高的温度压力条件下研究物质的晶体结构和物理性质，在高压科学研究中起着至关重要的作用。在目前的静高压研究中，大部分产生的是静水压，也就是通过向样品腔内加入传压介质，使剪切效应能够被忽略，但实际上剪切应力是广泛存在的，且在相变和物质的分解时，有剪切应力存在时更易发生。美国的Ma等(Yanzhang Ma et al.(2006) J.Phys.:Condens.Matter 18，S1075.)采用旋转式金刚石对顶站研究了超高压和强剪切作用下纳米材料、矿物等凝聚态物质的相结构和性质，发现在将高压同剪切效应结合时，材料会发生许多奇异现象，从而为超高压科学的未来发展提出了新方向。中国的专利“垂直与旋转复合加压式多砧压机”(申请号201210590703.6)通过使传统的高压装置具备旋转加压功能，从而实现剪切作用下新材料的合成。以上的剪切装置都是针对旋转剪切作用的，而采用平移滑动斜面产生剪切的高压装置至今未见报道。实际上平移滑动剪切的作用是不容忽视的，尤其在对顶砧应用较多的地球科学研究中，在造山带地表中存有巨大挤压应力和剪切应力的断裂带和剪切带，形成各种断层，如在平移断层中，应力是平移剪切应力，而非旋转剪切应力。本技术的目的是填补现有技术的空白，所提出的平移滑动斜面产生压剪复合加载的新技术，可以实现压应力与剪应力的共同作用，并且剪切应力可以均匀控制，剪切应力幅度可以有效调节。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种可以产生压应力和剪切应力复合加载的对顶砧高压装置。采用该装置可以研究超高压力条件下剪切应力对材料结构和性能的影响，尤其是压剪作用这种极端情况下对物质的相与形态的影响，发现新奇物相，优化新材料，同时与理论预测的结果进行对比，发展更适合极端条件的泛函和分子动力学理论，实现实验和理论的汇聚。实现本技术目的的技术解决方案为:一种可以产生压剪复合加载的对顶砧高压装置，包括加压装置系统和对顶压砧样品系统，对顶压砧样品系统设置在加压装置系统内部，加压装置系统包括压头、腔体座和加载螺栓，压头设置在腔体座上方，通过N个对称布置的加载螺栓将压头和腔体座固定在一起，N ≥ 4，并通过拧紧加载螺栓进行加压；压头由端头和塞柱构成，端头设置在塞柱顶部，塞柱底部设有一凹腔，腔体座与塞柱的柱面构成柱面导向副的圆柱筒，压头与腔体座通过此柱面导向副装配在一起；其特征在于:对顶压砧样品系统包括对称布置的两个压砧、支撑环、金属垫片、碳化钨底座和弹性垫圈，将两个压砧分别设置两个在支撑环内，金属垫片中间设有一孔，金属垫片位于两个压砧之间，两个压砧和金属垫片的孔形成样品腔，两个压砧分别固定在碳化钨底座上，弹性垫圈设置在位于底部的压砧的支撑环外侧，位于顶部的压砧通过碳化钨底座固定在塞柱的凹腔内，位于底部的压砧通过碳化钨底座固定在腔体座底部。压砧为锥体，在锥体的顶角上切出一个斜面，该斜面为压砧的砧面，砧面与水平面成α角度，0° < α≤90° ,组成对顶站的两个压站站面相对，同轴布置,且站面互相平行，形成平移滑动斜面。因此，这是一种压剪复合加载技术。在下压砧支撑环外垫一圈弹性垫圈，其材质为弹簧钢或橡胶等，当向顶砧施加高压时，弹性垫圈的滑移会增加剪切作用力。为了进一步增大剪切应力，在基本同轴布置的基础上，采用预偏心技术，使滑移面有更大的位移。根据不同的实验对压力大小要求的不同，可以选用强度、硬度和韧性等不同的材料制作对顶压砧，兼容多种类型的压砧。压砧的材料为单晶金刚石、碳化硅、二氧化锆、三氧化二铝、碳化钨或纳米金刚石超硬复合材料中的一种。当其材质为碳化硅时，其压砧砧面可较大，有利于操作，允许使用和测量大面积或体积的样品。由于压砧的砧面为斜面，垫片可能会发生滑动，为了固定金属垫片，可使其横截面积略大于压站面横截面积，并收口于下压站面。金属垫片材料为硬质不锈钢Τ301、金属Pt、Mo、Ta或Re中的一种。在压头上设置一通孔，在腔体座底部设置一锥形孔，通孔、锥形孔和压砧位于同一条轴线，利于透光，用于在红宝石标定压力时采集光谱。本技术与现有技术相比，其显著优点:本技术所提出的平移滑动斜面产生压剪复合加载的新技术，可以实现压应力与剪应力的共同作用，并且剪切应力可以均匀控制，剪切应力幅度可以有效调节，技术优点好于旋转式剪切装置。【专利附图】【附图说明】图1是带平移滑动斜面的对顶砧结构示意图。图2是压剪复合应力加载示意图，外界作用力F，通过斜面可以分解为垂直于斜面的作用力F。= Fcosa，用于产生压应力，以及平行于斜面的作用力Ft = Fsina，用于产生剪切应力。图3是本技术的对顶压砧样品系统结构示意图。图4是本技术的剖面结构示意图。【具体实施方式】下面结合附图对本技术作进一步详细描述。实施例1压砧I的加工根据实验对压力大小和压砧I砧面大小的要求，采用碳化硅作为压砧I制作材料。压砧I为锥体，在锥体的顶角上切出一个斜面，该斜面为压砧I的砧面，砧面与水平面成30°角。砧面相对的两压砧I分别安装在塞柱6和腔体座9端面凹腔内，组成对顶砧的两个压砧I砧面相对，同轴布置，且砧面互相平行。在压砧I外设置支撑环2，压砧I与支撑环2接触面与水平线并非完全垂直，有2?5°夹角，通过此过盈配合对压砧I施加侧向的预应力保护，防止压砧I在高压下损坏。实施例2垫片4的制作选择硬质不锈钢T301作金属垫片4材料。由于压砧I的砧面为斜面，为了固定垫片4，可使其横截面积略大于压砧面横截面积，并收口于下压砧面，。用对顶砧将垫片4预压至厚度约为40 μ m,在垫片4上会留下压砧I砧面压痕。利用激光打孔机在压砧I砧面压痕处打孔，即压砧I和垫片4之间形成了样品腔3，作为研究对象的物质或材料即放在此样品腔3内施加高压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可以产生压剪复合加载的对顶砧高压装置，包括加压装置系统和对顶压砧样品系统，对顶压砧样品系统设置在加压装置系统内部，加压装置系统包括压头、腔体座（9）和加载螺栓（8），压头设置在腔体座（9）上方，通过N个对称布置的加载螺栓（8）将压头和腔体座（9）固定在一起，N≥4，并通过拧紧加载螺栓（8）进行加压；压头由端头（5）和塞柱（6）构成，端头（5）设置在塞柱（6）顶部，塞柱（6）底部设有一凹腔，腔体座（9）与塞柱（6）的柱面构成柱面导向副的圆柱筒，压头与腔体座（9）通过此柱面导向副装配在一起；其特征在于：对顶压砧样品系统包括对称布置的两个压砧（1）、支撑环（2）、金属垫片（4）、碳化钨底座（7）和弹性垫圈（10），将两个压砧（1）分别设置两个在支撑环（2）内，金属垫片（4）中间设有一孔，金属垫片（4）位于两个压砧（1）之间，两个压砧（1）和金属垫片（4）的孔形成样品腔（3），两个压砧（1）分别固定在碳化钨底座（7）上，弹性垫圈（10）设置在位于底部的压砧（1）的支撑环（2）外侧，位于顶部的压砧（1）通过碳化钨底座（7）固定在塞柱（6）的凹腔内，位于底部的压砧（1）通过碳化钨底座（7）固定在腔体座（9）底部。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘彦，贺雪菁，贺端威，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：实用新型
国别省市：