專利名稱：多級(jí)圓角式高壓頂砧的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種多級(jí)圓角式高壓頂砧，涉及探索金剛石、立方氮化硼及其制品等新型超硬材料和“常壓”下無法制備的新材料的合成制備工具，屬于超高壓技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自從美國高壓物理學(xué)家Bridgman成功的設(shè)計(jì)出達(dá)到5GPa以上壓力的高壓設(shè)備后，高壓物理學(xué)取得了許多意義重大的成果。例如，在高溫高壓下合成出了金剛石、立方氮化硼等材料，研究了許多不同物質(zhì)在高壓下的物理性質(zhì)；但幾乎所有的高壓研究都離不開高壓密封裝置，高壓頂砧作為高壓密封裝置關(guān)鍵零部件之一，其性能對超高壓的獲得具有決定性意義。高壓頂砧作為研究“高壓”對物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)、相變、狀態(tài)方程及物理性質(zhì)等影響的必備工具，其研究是探索金剛石、立方氮化硼及其制品等新型超硬材料和“常壓”下無法制備的新材料的基礎(chǔ)，其廣泛被應(yīng)用于高壓物理學(xué)、地球物理學(xué)、材料學(xué)以及高壓生物學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域。高壓頂砧作為高壓裝置的消耗性部件，其性能制約著高壓裝置可獲得的極限腔體壓力以及研究實(shí)驗(yàn)或材料生產(chǎn)成本?，F(xiàn)今，無論是對頂砧裝置、兩面頂高壓裝置、四面頂高壓裝置、六面頂高壓裝置，還是多級(jí)增壓裝置，配套使用的高壓頂砧均為帶拐角的簡單一級(jí)結(jié)構(gòu)，由彈性理論知，帶拐角的組織均勻的脆性材料組成的高壓頂砧，因應(yīng)力集中將大大降低強(qiáng)度，引起脆性材料斷裂，使高壓頂砧產(chǎn)生裂紋，從而降低其在極端條件(高溫高壓)下使用過程中的使用壽命。此外，現(xiàn)有帶拐角的簡單一級(jí)結(jié)構(gòu)的高壓頂砧存在可獲得腔體壓力低以及腔體體積小等問題。為解決以上問題，研究“高壓”對物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)、相變、狀態(tài)方程及物理性質(zhì)等影響，促進(jìn)高壓物理學(xué)、地球物理學(xué)、材料學(xué)以及高壓生物學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展，發(fā)明人首次打破傳統(tǒng)頂砧的拐角及一級(jí)平臺(tái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了多級(jí)圓角式高壓頂砧，此方面工作未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決極端條件(高溫高壓)下對頂砧裝置、兩面頂高壓裝置、四面頂高壓裝置、六面頂高壓裝置以及多級(jí)增壓裝置配套使用的高壓頂砧因其結(jié)構(gòu)為帶拐角的簡單一級(jí)結(jié)構(gòu)，從而存在的使用壽命低，可獲得腔體壓力低以及腔體體積小等問題，不能滿足高壓物理學(xué)、地球物理學(xué)、材料學(xué)以及高壓生物學(xué)對超高壓下物質(zhì)體系研究需求。本發(fā)明的多級(jí)圓角式高壓頂砧，首次打破傳統(tǒng)頂砧的拐角及一級(jí)平臺(tái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，能夠降低頂砧應(yīng)力集中效應(yīng)、提高頂砧使用壽命，并獲得幾十萬至百萬個(gè)大氣壓的腔體壓力，可廣泛應(yīng)用于對頂砧裝置、兩面頂高壓裝置、四面頂高壓裝置、六面頂高壓裝置以及多級(jí)增壓裝置，滿足高壓物理學(xué)、地球物理學(xué)、材料學(xué)以及高壓生物學(xué)對高溫高壓下物質(zhì)體系研究需求，促進(jìn)高壓物理學(xué)、地球物理學(xué)、材料學(xué)以及高壓生物學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展。本發(fā)明的技術(shù)方案結(jié)合


如下本發(fā)明提供了一種多級(jí)圓角式高壓頂砧，其首次打破傳統(tǒng)頂砧的拐角及一級(jí)平臺(tái)
3設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，頂部為帶圓角的多級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)，底部為帶倒角的柱體，頂部和底部之間由對稱的曲面或扇形斜面過渡；其材質(zhì)為鋼材質(zhì)、硬質(zhì)合金、金剛石燒結(jié)體、立方氮化硼燒結(jié)體或天然金剛石等高硬度材料。所述頂部的帶圓角的多級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)為帶圓角的多級(jí)圓臺(tái)式結(jié)構(gòu)或帶圓角的多級(jí)棱臺(tái)式結(jié)構(gòu)。所述的多級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)頂面為平面或曲面。所述曲面為凸面或凹面。所述底部帶倒角的柱體為圓柱體或棱柱體。所述頂部帶圓角的多級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)采用雙圓角二級(jí)圓臺(tái)式結(jié)構(gòu)，其一級(jí)圓臺(tái)4和二級(jí)圓臺(tái)3的側(cè)面與頂面分別通過二級(jí)圓角2和一級(jí)圓角1過渡，一級(jí)圓臺(tái)4和二級(jí)圓臺(tái)3 為一體結(jié)構(gòu)，底部為帶倒角的圓柱體底部5。在一級(jí)圓臺(tái)4和二級(jí)圓臺(tái)3之間通過用二-一級(jí)圓臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角6過渡構(gòu)成三圓角二級(jí)圓臺(tái)式結(jié)構(gòu)。所述頂部帶圓角的多級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)采用砧面縮減的三級(jí)棱臺(tái)式結(jié)構(gòu)，其三級(jí)棱臺(tái)7 和二級(jí)棱臺(tái)8的側(cè)面與頂面分別通過一級(jí)圓角2和二級(jí)圓角1過渡，一級(jí)棱臺(tái)9的側(cè)面為與底部過渡的對稱大斜面，所述一級(jí)棱臺(tái)9、二級(jí)棱臺(tái)8和三級(jí)棱臺(tái)7為一體結(jié)構(gòu)，底部為帶倒角的圓柱體底部5。在二級(jí)棱臺(tái)8和三級(jí)棱臺(tái)7之間通過三-二級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角10過渡，或在一級(jí)棱臺(tái)9和二級(jí)棱臺(tái)8之間通過二-一級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角11過渡構(gòu)成三圓角三級(jí)棱臺(tái)式結(jié)構(gòu)。在一級(jí)棱臺(tái)9、二級(jí)棱臺(tái)8和三級(jí)棱臺(tái)7之間通過二 - 一級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角 11和三-二級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角10過渡構(gòu)成四圓角三級(jí)棱臺(tái)式結(jié)構(gòu)。本發(fā)明上的技術(shù)效果是本發(fā)明的多級(jí)圓角式高壓頂砧，首次打破傳統(tǒng)頂砧的拐角及一級(jí)平臺(tái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)， 通過采用圓角技術(shù)，降低頂砧應(yīng)力集中效應(yīng)；通過采用一體式多級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)，提高高壓裝置的腔體壓力，從而獲得幾十萬至百萬個(gè)大氣壓的腔體壓力；通過將臺(tái)式結(jié)構(gòu)頂面由平面結(jié)構(gòu)改成凹面結(jié)構(gòu)，增加高壓腔體體積；通過將臺(tái)式結(jié)構(gòu)頂面由平面結(jié)構(gòu)改成凸面結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增加腔體壓力。多級(jí)圓角式高壓頂砧可廣泛應(yīng)用于對頂砧裝置、兩面頂高壓裝置、四面頂高壓裝置、六面頂高壓裝置以及多級(jí)增壓裝置，滿足高壓物理學(xué)、地球物理學(xué)、材料學(xué)以及高壓生物學(xué)對高溫高壓下物質(zhì)體系研究需求，促進(jìn)高壓物理學(xué)、地球物理學(xué)、材料學(xué)以及高壓生物學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展。本發(fā)明的多級(jí)圓角式高壓頂砧投入較少，操作比較簡單，壓力傳遞快且效率高，能夠降低高壓裝置“調(diào)平”和“對中”等工作量大的問題；可以替代現(xiàn)有高壓頂砧，解決其價(jià)格昂貴、壓強(qiáng)轉(zhuǎn)化效率低以及維修工作量大等問題。

圖1是雙圓角二級(jí)圓臺(tái)式高壓頂砧，其中，圖1(a)是三維視圖，圖1(b)是剖視圖。圖2是三圓角二級(jí)圓臺(tái)式高壓頂砧，其中，圖2(a)是三維視圖，圖2(b)是剖視圖。圖3是雙圓角三級(jí)棱臺(tái)式高壓頂砧，其中，圖3(a)是三維視圖，圖3(b)是剖視圖。圖4是四圓角三級(jí)棱臺(tái)式高壓頂砧，其中，圖4(a)是三維視圖，圖4(b)是剖視圖。
圖5是雙圓角二級(jí)凹臺(tái)頂面高壓頂砧，其中，圖5(a)是三維視圖，圖5(b)是剖視圖。圖6是雙圓角二級(jí)凸臺(tái)頂面高壓頂砧，其中，圖6(a)是三維視圖，圖6(b)是剖視圖。圖7是雙圓角三級(jí)棱柱體底部高壓頂砧。圖中1. 一級(jí)圓角；2. 二級(jí)圓角；3. 二級(jí)圓臺(tái)；4. 一級(jí)圓臺(tái)；5.圓柱體底部； 6. 二-一級(jí)圓臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角；7.三級(jí)棱臺(tái)；8. 二級(jí)棱臺(tái)；9. 一級(jí)棱臺(tái)；10.三-二級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角；11. 二-一級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角；12. 二級(jí)凹臺(tái)頂面；13. 二級(jí)凸臺(tái)頂面；14.棱柱體底部。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體內(nèi)容和工作過程。為了解決極端條件(高溫高壓)下對頂砧裝置、兩面頂高壓裝置、四面頂高壓裝置、六面頂高壓裝置以及多級(jí)增壓裝置配套使用的高壓頂砧因其結(jié)構(gòu)為帶拐角的簡單一級(jí)結(jié)構(gòu)，從而存在的使用壽命低，可獲得腔體壓力低以及腔體體積小等問題，不能滿足高壓物理學(xué)、地球物理學(xué)、材料學(xué)以及高壓生物學(xué)對超高壓下物質(zhì)體系研究需求。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供了一種多級(jí)圓角式高壓頂砧，其首次打破傳統(tǒng)頂砧的拐角及一級(jí)平臺(tái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，頂部為帶圓角的多級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)，底部為帶倒角的柱體，頂部和底部之間由對稱的曲面或扇形斜面過渡。由彈性理論知，通過采用圓角技術(shù)，將傳統(tǒng)高壓頂砧的砧面邊緣處拐角用圓角替代，能夠消除傳統(tǒng)高壓頂砧拐角處的應(yīng)力集中現(xiàn)象，降低拐角位置應(yīng)力值，從而提高頂砧的使用壽命。多級(jí)圓角式高壓頂砧材質(zhì)為鋼材質(zhì)、硬質(zhì)合金、金剛石燒結(jié)體、立方氮化硼燒結(jié)體或天然金剛石等高硬度材料。高壓頂砧材質(zhì)硬度越高，高壓腔體可獲得的極限壓力值越高。所述頂部的帶圓角的多級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)為帶圓角的多級(jí)圓臺(tái)式結(jié)構(gòu)或帶圓角的多級(jí)棱臺(tái)式結(jié)構(gòu)。由高壓頂砧設(shè)計(jì)原理——大質(zhì)量支撐原理(面積比增壓原理)知，當(dāng)圓角式高壓頂砧底部帶倒角的柱體底面積遠(yuǎn)大于頂部圓臺(tái)或棱臺(tái)面積，并以頂部圓臺(tái)或棱臺(tái)為對應(yīng)面進(jìn)行對置，其底部帶倒角的柱體底面積同時(shí)受到軸向推進(jìn)力時(shí)，頂部圓臺(tái)或棱臺(tái)面將擠壓傳壓介質(zhì)，并在高壓腔體內(nèi)產(chǎn)生超高壓力。高壓頂砧的級(jí)數(shù)越高，高壓腔體可獲得的極限壓力值越高。多級(jí)圓角式高壓頂砧的多級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)頂面為平面或曲面。當(dāng)臺(tái)式結(jié)構(gòu)頂面為凹面結(jié)構(gòu)時(shí)，其能夠增加高壓腔體體積；當(dāng)臺(tái)式結(jié)構(gòu)頂面為凸面結(jié)構(gòu)時(shí)，其能夠進(jìn)一步增加腔體可獲得的極限腔體壓力。多級(jí)圓角式高壓頂砧的底部帶倒角的柱體為圓柱體或棱柱體。通過采用棱柱體對圓柱體的替換，能夠降低高壓頂砧的重量，從而實(shí)現(xiàn)成本的降低，一定程度上解決其價(jià)格昂貴的問題，促進(jìn)高壓裝置在各領(lǐng)域的更廣泛使用。當(dāng)多級(jí)圓角式高壓頂砧的頂部帶圓角的多級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)采用雙圓角二級(jí)圓臺(tái)式結(jié)構(gòu)時(shí)， 其一級(jí)圓臺(tái)4和二級(jí)圓臺(tái)3的側(cè)面與頂面分別通過二級(jí)圓角2和一級(jí)圓角1過渡，一級(jí)圓臺(tái)4和二級(jí)圓臺(tái)3為一體結(jié)構(gòu)，底部為帶倒角的圓柱體底部5。當(dāng)然，在一級(jí)圓臺(tái)4和二級(jí)圓臺(tái)3之間通過用二-一級(jí)圓臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角6過渡可構(gòu)成三圓角二級(jí)圓臺(tái)式結(jié)構(gòu)。當(dāng)多級(jí)圓角式高壓頂砧的頂部帶圓角的多級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)采用砧面縮減的三級(jí)棱臺(tái)式結(jié)構(gòu)時(shí)，其三級(jí)棱臺(tái)7和二級(jí)棱臺(tái)8的側(cè)面與頂面分別通過一級(jí)圓角2和二級(jí)圓角1過渡，一級(jí)棱臺(tái) 9的側(cè)面為與底部過渡的對稱大斜面，一級(jí)棱臺(tái)9、二級(jí)棱臺(tái)8和三級(jí)棱臺(tái)7為一體結(jié)構(gòu)，底
5部為帶倒角的圓柱體底部5。當(dāng)然，可以在二級(jí)棱臺(tái)8和三級(jí)棱臺(tái)7之間通過三-二級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角10過渡，或在一級(jí)棱臺(tái)9和二級(jí)棱臺(tái)8之間通過二 - 一級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角11過渡從而構(gòu)成三圓角三級(jí)棱臺(tái)式結(jié)構(gòu)。也可以在一級(jí)棱臺(tái)9、二級(jí)棱臺(tái)8和三級(jí)棱臺(tái)7之間通過二 - 一級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角11和三-二級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角10過渡構(gòu)成四圓角三級(jí)棱臺(tái)式結(jié)構(gòu)。圖1是雙圓角二級(jí)圓臺(tái)式高壓頂砧，其中，圖1(a)是三維視圖，圖1(b)是剖視圖。 雙圓角二級(jí)圓臺(tái)式高壓頂砧頂部為帶圓角的二級(jí)圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，其一級(jí)圓臺(tái)4和二級(jí)圓臺(tái)3的側(cè)面與頂面分別通過二級(jí)圓角2和一級(jí)圓角1過渡，一級(jí)圓臺(tái)4和二級(jí)圓臺(tái)3為一體結(jié)構(gòu)， 底部為帶倒角的圓柱體底部5。雙圓角二級(jí)圓臺(tái)式高壓頂砧打破傳統(tǒng)頂砧的拐角及一級(jí)平臺(tái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，基于彈性理論，通過采用一級(jí)圓角1和二級(jí)圓角2替代傳統(tǒng)頂砧的拐角，降低頂砧應(yīng)力集中效應(yīng)，從而提升高壓頂砧的使用壽命。此外，基于高壓頂砧設(shè)計(jì)原理——大質(zhì)量支撐原理(面積比增壓原理)，通過在一級(jí)圓臺(tái)4的圓臺(tái)平面上添加二級(jí)圓臺(tái)3，并采用一體式二級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)，不僅能夠提高高壓裝置的腔體壓力，從而獲得幾十萬至百萬個(gè)大氣壓的腔體壓力，而且操作比較簡單，能夠降低高壓裝置“調(diào)平”和“對中”等工作量大的問題。圖2是三圓角二級(jí)圓臺(tái)式高壓頂砧，其中，圖2(a)是三維視圖，圖2(b)是剖視圖。 三圓角二級(jí)圓臺(tái)式高壓頂砧基于雙圓角二級(jí)圓臺(tái)式結(jié)構(gòu)，在一級(jí)圓臺(tái)4和二級(jí)圓臺(tái)3之間通過用二 - 一級(jí)圓臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角6過渡，從而構(gòu)成三圓角二級(jí)圓臺(tái)式結(jié)構(gòu)。三圓角二級(jí)圓臺(tái)式高壓頂砧通過二-一級(jí)圓臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角6的添加，能夠進(jìn)一步降低頂砧應(yīng)力集中效應(yīng)，從而進(jìn)一步增加高壓頂砧的使用壽命。此外，由高壓頂砧設(shè)計(jì)原理——側(cè)向支撐原理知，二-一級(jí)圓臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角6的添加，能夠增加二級(jí)圓臺(tái)3的側(cè)向支撐面積，從而提高側(cè)向支撐力，增加高壓頂砧可獲得的極限腔體壓力值。雙圓角二級(jí)圓臺(tái)式高壓頂砧和三圓角二級(jí)圓臺(tái)式高壓頂砧可以使用在對頂砧和兩面頂?shù)雀邏貉b置，其材料可以為鋼材質(zhì)、硬質(zhì)合金、金剛石燒結(jié)體、立方氮化硼燒結(jié)體或天然金剛石等高硬度材料。高壓頂砧材質(zhì)硬度越高，高壓腔體可獲得的極限壓力值越高。當(dāng)然，帶圓角的圓臺(tái)式高壓頂砧的圓臺(tái)可以為一級(jí)，也可以為多級(jí)，高壓頂砧的級(jí)數(shù)越高，高壓頂砧面積越小，其高壓腔體可獲得的極限壓力值越高。圖3是雙圓角三級(jí)棱臺(tái)式高壓頂砧，其中，圖3(a)是三維視圖，圖3(b)是剖視圖。 雙圓角三級(jí)棱臺(tái)式高壓頂砧頂部采用砧面縮減的三級(jí)棱臺(tái)式結(jié)構(gòu)，其三級(jí)棱臺(tái)7和二級(jí)棱臺(tái)8的側(cè)面與頂面分別通過一級(jí)圓角2和二級(jí)圓角1過渡，一級(jí)棱臺(tái)9的側(cè)面為與底部過渡的對稱大斜面，一級(jí)棱臺(tái)9、二級(jí)棱臺(tái)8和三級(jí)棱臺(tái)7為一體結(jié)構(gòu)，底部為帶倒角的圓柱體底部5。當(dāng)然可以在二級(jí)棱臺(tái)8和三級(jí)棱臺(tái)7之間通過三-二級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角10 過渡，或在一級(jí)棱臺(tái)9和二級(jí)棱臺(tái)8之間通過二-一級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角11過渡從而構(gòu)成三圓角三級(jí)棱臺(tái)式結(jié)構(gòu)。雙圓角三級(jí)棱臺(tái)式高壓頂砧分別采用一級(jí)棱臺(tái)9、二級(jí)棱臺(tái)8和三級(jí)棱臺(tái)7實(shí)現(xiàn)棱臺(tái)頂面積的縮減，從而依據(jù)高壓頂砧設(shè)計(jì)原理——大質(zhì)量支撐原理(面積比增壓原理)實(shí)現(xiàn)高壓腔體壓力的增加；通過采用一級(jí)圓角1和二級(jí)圓角2替代傳統(tǒng)頂砧的拐角，從而降低頂砧應(yīng)力集中效應(yīng)，提升高壓頂砧的使用壽命。雙圓角三級(jí)棱臺(tái)式高壓頂砧的頂面為正方形，可以擠壓六面體腔體，使用在六面頂高壓裝置上。當(dāng)然，雙圓角三級(jí)棱臺(tái)式高壓頂砧的頂面也可以為三角形，可以擠壓四面體腔體，使用在四面頂高壓裝置上。圖4是四圓角三級(jí)棱臺(tái)式高壓頂砧，其中，圖4(a)是三維視圖，圖4(b)是剖視圖。四圓角三級(jí)棱臺(tái)式高壓頂砧在一級(jí)棱臺(tái)9、二級(jí)棱臺(tái)8和三級(jí)棱臺(tái)7之間通過二-一級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角11和三-二級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角10過渡構(gòu)成四圓角三級(jí)棱臺(tái)式結(jié)構(gòu)。 通過三-二級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角10和二-一級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角11的添加，能夠進(jìn)一步降低頂砧應(yīng)力集中效應(yīng)，從而進(jìn)一步增加高壓頂砧的使用壽命。此外，由高壓頂砧設(shè)計(jì)原理——側(cè)向支撐原理知，三-二級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角10的添加，能夠增加三級(jí)棱臺(tái)7 的側(cè)向支撐面積，從而提高側(cè)向支撐力，增加高壓頂砧可獲得的極限腔體壓力值。圖5是雙圓角二級(jí)凹臺(tái)頂面高壓頂砧，其中，圖5(a)是三維視圖，圖5(b)是剖視圖。雙圓角二級(jí)凹臺(tái)頂面高壓頂砧通過采用二級(jí)凹臺(tái)頂面12對傳統(tǒng)頂砧平面進(jìn)行替代；當(dāng)臺(tái)式結(jié)構(gòu)頂面為凹面結(jié)構(gòu)時(shí)，其能夠增加高壓腔體體積。圖6是雙圓角二級(jí)凸臺(tái)頂面高壓頂砧，其中，圖6(a)是三維視圖，圖6(b)是剖視圖。雙圓角二級(jí)凸臺(tái)頂面高壓頂砧通過采用二級(jí)凸臺(tái)頂面13對傳統(tǒng)頂砧平面進(jìn)行替代。當(dāng)臺(tái)式結(jié)構(gòu)頂面為凸面結(jié)構(gòu)時(shí)，其能夠進(jìn)一步增加腔體可過的的極限腔體壓力。圖7是雙圓角三級(jí)棱柱體底部高壓頂砧。雙圓角三級(jí)棱柱體底部高壓頂砧通過采用棱柱體底部14對傳統(tǒng)頂砧圓柱體底部5的替換，能夠降低高壓頂砧的重量，從而實(shí)現(xiàn)成本的降低，一定程度上解決其價(jià)格昂貴的問題，促進(jìn)高壓裝置在各領(lǐng)域的更廣泛使用。
權(quán)利要求
1.一種多級(jí)圓角式高壓頂砧，其特征在于，頂部為帶圓角的多級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)，底部為帶倒角的柱體，頂部和底部之間由對稱的曲面或扇形斜面過渡；所述的高壓頂砧材質(zhì)為鋼材質(zhì)、 硬質(zhì)合金、金剛石燒結(jié)體、立方氮化硼燒結(jié)體或天然金剛石等高硬度材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)圓角式高壓頂砧，其特征在于，所述頂部的帶圓角的多級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)為帶圓角的多級(jí)圓臺(tái)式結(jié)構(gòu)或帶圓角的多級(jí)棱臺(tái)式結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)圓角式高壓頂砧，其特征在于，所述的多級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)頂面為平面或曲面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多級(jí)圓角式高壓頂砧，其特征在于，所述曲面為凸面或凹面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)圓角式高壓頂砧，其特征在于，所述底部帶倒角的柱體為圓柱體或棱柱體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或5所述的多級(jí)圓角式高壓頂砧，其特征在于，所述頂部帶圓角的多級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)采用雙圓角二級(jí)圓臺(tái)式結(jié)構(gòu)，所述雙圓角二級(jí)圓臺(tái)式結(jié)構(gòu)的一級(jí)圓臺(tái)(4) 和二級(jí)圓臺(tái)( 的側(cè)面與頂面分別通過二級(jí)圓角( 和一級(jí)圓角(1)過渡，一級(jí)圓臺(tái)(4) 和二級(jí)圓臺(tái)(3)為一體結(jié)構(gòu)，底部為帶倒角的圓柱體底部(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多級(jí)圓角式高壓頂砧，其特征在于，在一級(jí)圓臺(tái)(4)和二級(jí)圓臺(tái)(3)之間通過用二-一級(jí)圓臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角(6)過渡構(gòu)成三圓角二級(jí)圓臺(tái)式結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或5所述的多級(jí)圓角式高壓頂砧，其特征在于，所述頂部帶圓角的多級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)采用砧面縮減的三級(jí)棱臺(tái)式結(jié)構(gòu)，所述雙圓角三級(jí)棱臺(tái)式結(jié)構(gòu)的三級(jí)棱臺(tái)(7)和二級(jí)棱臺(tái)(8)的側(cè)面與頂面分別通過一級(jí)圓角( 和二級(jí)圓角(1)過渡，一級(jí)棱臺(tái) (9)的側(cè)面為與底部過渡的對稱大斜面，所述一級(jí)棱臺(tái)(9)、二級(jí)棱臺(tái)(8)和三級(jí)棱臺(tái)(7) 為一體結(jié)構(gòu)，底部為帶倒角的圓柱體底部(5)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多級(jí)圓角式高壓頂砧，其特征在于，在二級(jí)棱臺(tái)(8)和三級(jí)棱臺(tái)(7)之間通過三-二級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角(10)過渡，或在一級(jí)棱臺(tái)(9)和二級(jí)棱臺(tái)(8)之間通過二-一級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角(11)過渡構(gòu)成三圓角三級(jí)棱臺(tái)式結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多級(jí)圓角式高壓頂砧，其特征在于，在一級(jí)棱臺(tái)(9)、二級(jí)棱臺(tái)(8)和三級(jí)棱臺(tái)(7)之間通過二-一級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角(11)和三-二級(jí)棱臺(tái)式臺(tái)面過渡圓角(10)過渡構(gòu)成四圓角三級(jí)棱臺(tái)式結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多級(jí)圓角式高壓頂砧，涉及探索金剛石、立方氮化硼及其制品等新型超硬材料和“常壓”下無法制備的新材料的合成制備工具，屬于超高壓技術(shù)領(lǐng)域。多級(jí)圓角式高壓頂砧頂部為帶圓角的多級(jí)臺(tái)式結(jié)構(gòu)，底部為帶倒角的柱體，頂部和底部之間由對稱的曲面或扇形斜面過渡；所述的高壓頂砧材質(zhì)為鋼材質(zhì)、硬質(zhì)合金、金剛石燒結(jié)體、立方氮化硼燒結(jié)體或天然金剛石等高硬度材料。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)頂砧的拐角及一級(jí)平臺(tái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)弊端，能夠降低頂砧應(yīng)力集中效應(yīng)、提高頂砧使用壽命，并獲得幾十萬至百萬個(gè)大氣壓的腔體壓力，可廣泛應(yīng)用于對頂砧裝置和多面頂高壓裝置及多級(jí)增壓裝置，滿足高壓物理學(xué)及高壓生物學(xué)對高溫高壓下物質(zhì)體系研究需求。
文檔編號(hào)B01J3/06GK102527296SQ20121000278
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者李明哲, 薛鵬飛, 賈曉鵬, 韓奇鋼, 馬紅安 申請人:吉林大學(xué)