專利名稱：一種產(chǎn)生大腔體超高靜水壓的裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于在超硬材料合成以及高壓科學研究中使用的產(chǎn)生靜高壓裝置的技術(shù) 領域。
背景技術(shù)：
高溫高壓環(huán)境是開展人工合成造金剛石、立方氮化硼(cBN)等超硬材料以及相關 高壓科學研究的必要條件。大腔體靜高壓裝置是產(chǎn)生高溫高壓環(huán)境的主要設備。該裝置的 相關技術(shù)由Bridgman等人于上世紀發(fā)展起來，并不斷得到改進。目前主要有兩面頂和多面 體高壓裝置。其中兩面頂裝置所產(chǎn)生的最高壓力約為12Gpa ；而多面體壓機裝置包括六面 體壓腔裝置和八面體壓腔裝置，產(chǎn)生的最高壓力有較大的區(qū)別。根據(jù)設計原理不同，六面 頂壓機可分為DIA六面頂壓機，基于兩面頂壓機構(gòu)架的六面頂壓機，以及鉸鏈式六面頂壓 機。DIA六面頂壓機及基于兩面頂構(gòu)架的六面頂壓機由于結(jié)構(gòu)復雜，加工困難，成本高昂，主 要用于同步輻射站的高溫高壓在位測試，很少用于工業(yè)化生產(chǎn)合成超硬材料。我國自主研 發(fā)的鉸鏈式六面頂壓機裝置具有六面體壓腔，結(jié)構(gòu)緊湊，加工及安裝相對簡單，造價也相對 便宜。目前該設備已廣泛用于我國超硬材料行業(yè)，是我國成為超硬材料產(chǎn)業(yè)大國的主要生 產(chǎn)設備。在現(xiàn)有技術(shù)中，相應于一定直徑的碳化鎢(WC)壓砧(即頂錘)，設計者為了獲得 足夠大的砧面，用于獲取合成腔體最大化。因此，現(xiàn)有技術(shù)在設備中所能獲得最高壓力約為 7Gpa0該技術(shù)不能滿足高壓科學技術(shù)發(fā)展的需要。在DIA六面頂壓機以及基于兩面頂構(gòu)架的六面頂壓機中，采用硬質(zhì)合金(WC)壓砧 或者是金剛石、立方氮化硼燒結(jié)體作為壓砧，腔體最高壓力可達15Gpa。而以兩面頂壓機構(gòu) 架為基礎的二級六-八面體壓腔靜高壓裝置。采用碳化鎢(WC)作為第二級八面體增壓單 元材料，腔體壓力可高達30Gpa。由于腔體壓力較高，該技術(shù)裝置已廣泛用于世界上高水平 的靜高壓實驗室。與鉸鏈式六面頂壓機技術(shù)相比，DIA六面頂裝置、基于兩面頂構(gòu)架的六面 頂壓機裝置以及二級六-八面體大腔體靜高壓裝置，需要將軸向壓力轉(zhuǎn)換為六個方向的壓 力，結(jié)構(gòu)復雜，壓力轉(zhuǎn)換效率低，價格十分昂貴，維護成本高昂等缺點，從國外購買一套二級 六_八面體大腔體靜高壓裝置，總計需要人民幣約500萬。近年來，賀端威教授發(fā)展起來的基于鉸鏈梁式六面頂壓機的六八面體靜高壓裝置 (見中國專利ZL200710048839. 2)，腔體壓力可高達20Gpa。在該技術(shù)中，他們同樣采用了類 似于基于兩面頂構(gòu)架中滑塊式六_八面體中的二級增壓單元材料，即采用二級增壓形成八 面體壓腔來產(chǎn)生靜高壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決技術(shù)問題，是針對現(xiàn)有高壓技術(shù)中用于產(chǎn)生大腔體靜高壓裝置中存 在的不足，旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡單、壓強轉(zhuǎn)換效率高，造價低、高效低能耗、維修工作簡單， 用于產(chǎn)生大腔體超高靜水壓的新型裝置。本發(fā)明所述的用于產(chǎn)生靜高壓的裝置，是在六面頂壓機的基礎上，通過設計新型
3的壓砧，減小砧面尺寸，優(yōu)化壓砧的幾何尺寸，設計相應的用于裝配該壓砧的材料，組成基 于六面頂壓機構(gòu)架的六面頂大腔體超高靜水壓裝置。該裝置包括六面頂壓機同步驅(qū)動的六 個壓砧、用于組裝六個壓砧的鋼環(huán)以及用于傳遞壓力的多級墊塊。六個壓砧的材質(zhì)可以選 用碳化鎢、金剛石、立方氮化硼多晶燒結(jié)體的一種，或者選用他們之間燒結(jié)制備的復合材料 中的一種；組裝壓砧的鋼環(huán)采用硬質(zhì)合金鋼；多級墊塊材料包括合金鋼和硬質(zhì)合金WC。本 發(fā)明所說的大腔體是mm3量級的腔體。本發(fā)明具體的技術(shù)方案是一種產(chǎn)生大腔體超高靜水壓的裝置，是基于六面頂壓機構(gòu)架的大腔體超高靜水壓 裝置，結(jié)構(gòu)包括六面頂壓機同步驅(qū)動的六個壓砧1、用于組裝六個壓砧的鋼環(huán)以及用于傳遞 壓力的墊塊，其特征在于，所述的壓砧1，其砧面2的邊長為1 6毫米；所述的墊塊是合金 鋼墊塊6和碳化鎢墊塊5構(gòu)成的二級墊塊，其中碳化鎢墊塊5放置在壓砧1和合金鋼墊塊 6之間。S卩，硬質(zhì)合金碳化鎢墊塊5接觸壓砧1。所述的六面頂壓機采用鉸鏈式六面頂壓機。本發(fā)明的所述的用于產(chǎn)生超高靜水壓裝置的高壓系統(tǒng)工作原理為大質(zhì)量支撐原 理，即由一個大直徑的活塞支撐一個帶錐形平面的壓砧，在壓砧前端的小平面上產(chǎn)生高的 壓強，通過傳壓介質(zhì)把高的壓強傳遞到腔體中產(chǎn)生超高靜水壓強。本發(fā)明所述的用于產(chǎn)生超高靜水壓裝置的加熱系統(tǒng)工作原理為電源的兩端直接 與六面頂壓機的兩個壓砧相連，然后與立方體合成塊形成閉合回路。六面體合成塊中的發(fā) 熱體在通電后發(fā)熱，產(chǎn)生高溫對原材料進行加熱。本發(fā)明所述的一種用于產(chǎn)生超高靜水壓的裝置與現(xiàn)有的DIA型壓機、兩面頂構(gòu)架 的六面頂壓機及基于二級六-八面體大腔體靜超高壓裝置等相比，主要優(yōu)點如下①本發(fā)明所述的裝置可產(chǎn)生約50GPa、3000K的高溫高壓條件，整體性能優(yōu)越。②本發(fā)明所述的超高靜水壓裝置完全省卻了將軸向加壓轉(zhuǎn)換為六方向加壓的技 術(shù)，直接在腔體中實現(xiàn)超高壓強。從力學角度講不存在壓力損耗或很小的損耗，提高了 壓強的轉(zhuǎn)換效率；從設計、制造、安裝角度講節(jié)省了設計、制造和安裝的成本，節(jié)約了原材 料，使成本大大降低；從運行角度講減少了能量的傳遞過程，節(jié)約了能源；從維護角度講 減少了設備的出錯率，提高了設備的運行穩(wěn)定性，增加了設備的使用壽命，減少了維修人員 的工作量。③本發(fā)明所述裝置比較現(xiàn)有的二級六-八面體大腔體靜高壓裝置大大降低了成 本；比較現(xiàn)有的鉸鏈式六面頂壓機裝置大大提高了合成腔體中的壓力。④本發(fā)明由于采用包括合金鋼和硬質(zhì)合金WC的二級墊塊，不僅可以提高傳壓能 力，也可以提高壓機工作的穩(wěn)定性。


圖1為現(xiàn)有的DIA型六面體靜高壓裝置示意圖；圖2是本發(fā)明的基于六面頂壓機構(gòu)架的超高靜水壓裝置示意圖。圖3是本發(fā)明的硬質(zhì)合金WC墊塊及其安裝位置示意圖。
具體實施例方式實施例1本發(fā)明的用于產(chǎn)生超高靜水壓的新型裝置，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，為鉸鏈式六面頂 壓機構(gòu)架的六面體大腔體超高靜水壓裝置。該裝置包括六面頂壓機驅(qū)動的六個壓砧1(即 頂錘)和用于內(nèi)裝合成材料的六面體合成塊3。為了使六個壓砧1在接觸到六面體合成 塊3后能夠繼續(xù)對合成塊3施壓，壓砧1的砧面尺寸與合成塊3 —個面的尺寸比例最好為 0. 7(比例范圍在1到0. 2)。①如壓砧材料選用WC，砧面2邊長尺寸為6mm時，高壓合成腔體最高壓力可達 IOGPa ；②砧面2邊長尺寸為4_時，高壓合成腔體最高壓力可達15GPa ；③砧面2邊長尺寸為3_時，高壓合成腔體最高壓力可達18GPa ；④砧面2邊長尺寸為Imm時，高壓合成腔體最高壓力可達50GPa。⑤如果采用金剛石燒結(jié)體做壓砧，可以獲得更高的腔體壓力。實施例2本發(fā)明的合金鋼和硬質(zhì)合金碳化鎢構(gòu)成的二級墊塊的安裝位置見圖3。圖3中1 為壓砧，5為碳化鎢墊塊，6為合金鋼墊塊。在原有的合金鋼墊塊6與壓砧1之間增加一個碳化鎢墊塊5，可以起到保護合金鋼 墊塊6不被壓裂或者出現(xiàn)壓痕。因為本發(fā)明使用的壓砧1直徑較小，作用在墊塊上的壓力 很大，容易破壞原有的合金鋼墊塊6。
權(quán)利要求
一種產(chǎn)生大腔體超高靜水壓的裝置，是基于六面頂壓機構(gòu)架的大腔體超高靜水壓裝置，結(jié)構(gòu)包括六面頂壓機同步驅(qū)動的六個壓砧(1)、用于組裝六個壓砧的鋼環(huán)以及用于傳遞壓力的墊塊，其特征在于，所述的壓砧(1)，其砧面(2)的邊長為1～6毫米；所述的墊塊是合金鋼墊塊(6)和碳化鎢墊塊(5)構(gòu)成的二級墊塊，其中碳化鎢墊塊(5)放置在壓砧(1)和合金鋼墊塊(6)之間。
2.按照權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生大腔體超高靜水壓的裝置，其特征在于，所述的六面頂 壓機采用鉸鏈式六面頂壓機。
全文摘要
本發(fā)明的一種產(chǎn)生大腔體超高靜水壓的裝置屬于超硬材料合成設備的技術(shù)領域。結(jié)構(gòu)包括六面頂壓機同步驅(qū)動的六個壓砧(1)、用于組裝六個壓砧的鋼環(huán)以及用于傳遞壓力的墊塊；壓砧(1)的砧面(2)邊長為1～6毫米；墊塊是合金鋼墊塊(6)和碳化鎢墊塊(5)構(gòu)成的二級墊塊。本發(fā)明的裝置可產(chǎn)生約50GPa、3000K的高溫高壓條件；提高了壓強的轉(zhuǎn)換效率；節(jié)省了設計、制造和安裝的成本，節(jié)約了原材料；減少了能量的傳遞過程，可以節(jié)約能源；減少了設備的出錯率，可以提高設備的運行穩(wěn)定性、增加了設備的使用壽命、減少了維修人員的工作量。
文檔編號B01J3/06GK101912749SQ20101025254
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者何志, 劉冰冰, 崔田, 朱品文, 王欣, 鄒廣田 申請人:吉林大學