本發(fā)明涉及一種用于產生高壓的壓砧，具體來說，是在八面體壓腔靜高壓裝置中使用的二級壓砧。

背景技術：

靜高壓技術是利用外界機械加載方式，通過對所處理的物體緩慢施加負荷擠壓，從而使其內部產生很高的壓強并能保持較長時間的一種技術。靜高壓實驗技術分為大腔體（樣品尺寸大于 1mm ³ ）靜高壓技術與金剛石對頂砧（DAC）技術。大腔體靜高壓裝置按壓力產生的方式分為一級大腔體靜高壓裝置與二級大腔體靜高壓裝置。一級大腔體靜高壓裝置主要包括兩面頂與一級多面頂壓腔裝置。二級大腔體靜高壓裝置又稱八面體壓機，由八個二級壓砧和八面體傳壓介質組成的增壓單元來產生高壓，二級壓砧一般采用碳化鎢壓砧。在一級六面體壓腔裝置中，由于頂錘是安裝在六面頂壓機活塞的大墊塊及小墊塊頂部使用的，當受油缸驅動一組六個頂錘閉合形成的正方體高壓腔時，可達到6GPa以上的壓強和攝氏1500℃以上的溫度；對于二級八面體壓腔裝置，一級正方體高壓腔內部的八個二級壓砧砧面閉合形成的八面體壓腔內部可產生的最高壓強約為25GPa。

二級壓砧通常采用硬質合金制成，在高溫高壓實驗過程中處于高溫高應力狀態(tài)下工作，并承受著壓應力，拉應力，剪切應力等作用，因此需要具有很高的強度。在用于產生高壓力的高溫高壓實驗和生產過程中，壓砧所承受的應力分布不均勻，并容易集中在砧體尖端部位，從而造成壓砧頂角位置及棱邊出現(xiàn)裂紋或崩邊的情況，這種對壓砧產生的永久性破壞使得壓砧失效，因此，設計制造一種既可以用于產生高壓，又能多次重復使用的壓砧，將會有效提高壓砧的利用率，降低實驗或生產成本。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有壓砧易崩邊、使用壽命短的不足，提供一種用于產生高壓的壓砧，通過倒角的量化設計，消除或緩減應力的集中，使得高溫高壓過程中壓砧中的應力得以分散，大大提高了壓砧的增壓效果、抗壓強度和使用壽命。

本發(fā)明的目的由以下技術措施實現(xiàn)：

用于產生高壓的壓砧砧體為正方體，砧面為在正方體砧體的一個頂角處切去一角形成的正三角形面，砧面的邊長為砧體立方塊邊長長度的5%～60%。針對不同的實驗需求，可在一個壓砧上的多個頂角處設正三角形砧面。組裝時，在砧面邊緣設置截面為等腰梯形的梯形塊做為密封邊2，在非砧面上設置墊塊3，加壓過程中密封邊2與墊塊3將八個壓砧隔開以保護壓砧及八面體傳壓介質合成塊4內部的壓強，將八個壓砧組成一個正方體的二級增壓單元5，八個砧體的砧面圍成一個八面體的合成腔，將要實驗的樣品組裝在八面體傳壓介質合成塊4中后再置于合成腔中進行實驗。壓砧的棱加工為倒棱或倒角結構，砧體頂角加工為倒角結構，這種倒棱與倒角結構能夠使壓砧中的應力在高溫高壓實驗后分散并均勻化，避免了因應力過于集中而引起的壓砧崩裂情況。本發(fā)明所述壓砧的棱與頂角的倒棱與倒角結構，包括倒斜角與倒圓角兩種，在生產中可根據對壓砧具體倒角結構的不同使用與外觀需求分別加工。在實驗前將砧體的棱加工為半徑為0.01～5mm的倒圓角結構，砧體頂角的倒角加工為半徑為0.01 mm～5.0 mm的倒圓角結構，可進一步提高壓砧在實驗中的使用壽命。

本發(fā)明所述壓砧可采用鎢鉆系列硬質合金、模具鋼類合金、金剛石、立方氮化硼多晶燒結體及其復合材料中的一種或幾種復合制成，常見的有碳化鎢硬質合金壓砧，其晶粒尺寸一般為亞微米到幾微米級別，含鈷量為1%～20%，還有碳化鎢硬質合金與多晶金剛石復合壓砧。

本發(fā)明所述壓砧砧面的邊長為砧體立方塊邊長長度的5%～60%，砧面的邊長占砧體立方塊邊長長度的比例越高，可放入組裝的樣品的量越多。

將本發(fā)明壓砧加工成不同倒棱與倒角種類后用于高溫高壓實驗的部分效果如下表所示：

由于本發(fā)明將壓砧的棱設為倒棱或倒圓角結構，將砧體頂角設為倒角結構，避免或明顯減緩了壓砧在使用過程中的應力集中，降低了壓砧在高溫高壓產生過程中的崩裂幾率，特別是對棱與頂角進行倒圓角處理后，壓砧在產生15GPa、2000℃以上的高溫高壓條件下可以重復使用5次以上，在產生低于10GPa的高壓條件下可重復使用10次以上，提高了壓砧的利用率和使用壽命，降低了使用的成本。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術中的壓砧的示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的壓砧棱與頂角的倒斜角結構示意圖

圖3為本發(fā)明所述的壓砧棱與頂角的倒圓角結構示意圖

圖4為為八個壓砧圍成一個八面體的合成腔體加壓裝置結構示意圖

圖5為八面體傳壓介質合成塊組裝完成后的示意圖

圖6為基于六面頂壓機構架的八面體壓腔靜高壓裝置的示意圖

1.壓砧砧面，2.密封邊，3.墊塊，4.八面體傳壓介質合成塊，5. 二級增壓單元，6. 一級加壓立方體壓腔，7.用于一級加壓的頂錘。

具體實施方式

下面通過實施例對本發(fā)明所述壓砧和使用作進一步說明。

實施例1

以常規(guī)碳化鎢硬質合金制成二級壓砧進行高溫高壓實驗，砧面的邊長為砧體立方塊邊長長度的30%，八個碳化鎢二級壓砧組成一個正方體的二級增壓單元5，其中八個砧面在二級增壓單元5中圍成一個八面體的合成腔。組裝時，在砧面邊緣設置截面為等腰梯形的梯形塊做為密封邊2，在非砧面上設置墊塊3，加壓過程中密封邊2與墊塊3將八個壓砧隔開以保護壓砧及八面體傳壓介質合成塊4內部的壓強，將要實驗的樣品組裝在八面體傳壓介質合成塊4中后再置于合成腔中，將二級增壓單元5置于壓機中進行實驗。實驗的溫壓條件為10～20GPa、1500～2000℃，二級壓砧在進行1～3次實驗后出現(xiàn)爛錘與崩邊且不能再用于實驗。

實施例2

將常規(guī)碳化鎢硬質合金制成的二級壓砧的3條棱加工成斜角倒棱結構后進行高溫高壓實驗，砧面的邊長為砧體立方塊邊長長度的30%。組裝時，在砧面邊緣設置截面為等腰梯形的梯形塊做為密封邊2，在非砧面上設置墊塊3，加壓過程中密封邊2與墊塊3將八個壓砧隔開以保護壓砧及八面體傳壓介質合成塊4內部的壓強，八個碳化鎢二級壓砧組成一個正方體的二級增壓單元5，其中八個砧面在二級增壓單元5中圍成一個八面體的合成腔，將要實驗的樣品組裝后置于合成腔中，將二級增壓單元5置于壓機中進行實驗。二級壓砧在10GPa、2000℃條件下進行7～16次實驗后出現(xiàn)爛錘與崩邊，在15GPa、2000℃的條件下可以重復使用7～14次。

實施例3

將常規(guī)碳化鎢硬質合金制成二級壓砧的3條棱進行倒圓角處理，倒圓角半徑為0.5mm，3個頂角加工為倒斜角結構，之后進行高溫高壓實驗，砧面的邊長為砧體立方塊邊長長度的35%。組裝時，在砧面邊緣設置截面為等腰梯形的梯形塊做為密封邊2，在非砧面上設置墊塊3，加壓過程中密封邊2與墊塊3將八個壓砧隔開以保護壓砧及八面體傳壓介質合成塊4內部的壓強，八個碳化鎢二級壓砧組成一個正方體的二級增壓單元5，其中八個砧面在二級增壓單元5中圍成一個八面體的合成腔，要實驗的樣品組裝后置于合成腔中，將二級增壓單元置5于壓機中進行實驗。二級壓砧在10GPa、2000℃條件下進行實驗后不會出現(xiàn)爛錘與崩邊且可重復進行10～20次實驗，在15GPa、2000℃的條件下可以重復實驗5～9次。

實施例4

將常規(guī)碳化鎢硬質合金制成二級壓砧的4條棱進行倒圓角處理， 3個頂角加工為倒圓角結構，其中，棱的倒圓角半徑為0.6mm，頂角的倒圓角半徑為0.5mm，之后進行高溫高壓實驗。砧面的邊長為砧體立方塊邊長長度的35%。組裝時，在砧面邊緣設置截面為等腰梯形的梯形塊做為密封邊2，在非砧面上設置墊塊3，加壓過程中密封邊2與墊塊3將八個壓砧隔開以保護壓砧及八面體傳壓介質合成塊4內部的壓強，八個碳化鎢二級壓砧組成一個正方體的二級增壓單元5，其中八個砧面在二級增壓單元5中圍成一個八面體的合成腔，要實驗的樣品組裝后置于合成腔中，將二級增壓單元5置于壓機中進行實驗。二級壓砧在10GPa、2000℃條件下進行11～22次實驗后出現(xiàn)爛錘與崩邊，在15GPa、2000℃的條件下可以重復實驗5～19次。

實施例5

將常規(guī)碳化鎢硬質合金制成二級壓砧的4條棱進行倒圓角處理，倒圓角半徑為0.8mm，5個頂角加工為倒圓角結構，之后進行高溫高壓實驗，其中，砧體頂角的倒圓角半徑為0.3mm或 0.5mm。砧面的邊長為砧體立方塊邊長長度的40%。組裝時，在砧面邊緣設置截面為等腰梯形的梯形塊做為密封邊2，在非砧面上設置墊塊3，加壓過程中密封邊2與墊塊3將八個壓砧隔開以保護壓砧及八面體傳壓介質合成塊4內部的壓強，八個碳化鎢二級壓砧組成一個正方體的二級增壓單元5，其中八個砧面在二級增壓單元5中圍成一個八面體的合成腔，要實驗的樣品組裝后置于合成腔中，將二級增壓單元5置于壓機中進行實驗。二級壓砧在10GPa、2000℃條件下進行13～26次實驗后出現(xiàn)爛錘與崩邊，在20GPa、2000℃的條件下可以重復實驗5～11次。

實施例6

將常規(guī)碳化鎢硬質合金制成二級壓砧的6條棱進行倒圓角處理，其中，砧面的棱倒圓角半徑為0.8mm，砧面的棱倒圓角半徑為0.5mm；5個頂角加工為倒圓角結構，其中，砧體非砧面頂角的倒圓角半徑為0.3mm，非砧面頂角中倒圓角半徑為0.7 mm。之后進行高溫高壓實驗，砧面的邊長為砧體立方塊邊長長度的45%。組裝時，在砧面邊緣設置截面為等腰梯形的梯形塊做為密封邊2，在非砧面上設置墊塊3，加壓過程中密封邊2與墊塊3將八個壓砧隔開以保護壓砧及八面體傳壓介質合成塊4內部的壓強，八個碳化鎢二級壓砧組成一個正方體的二級增壓單元5，其中八個砧面在二級增壓單元5中圍成一個八面體的合成腔，要實驗的樣品組裝后置于合成腔中，將二級增壓單元5置于壓機中進行實驗。二級壓砧在10GPa、2000℃條件下進行13～25次實驗后出現(xiàn)爛錘與崩邊，在20GPa、2000℃的條件下可以重復實驗5～11次。

實施例7

將常規(guī)碳化鎢硬質合金制成二級壓砧，壓砧有1個砧面，將壓砧的10條棱進行倒圓角處理，倒圓角半徑為0.2、0.3或0.5 mm，將壓砧的3個非砧面頂角加工成半徑為0.7mm的倒圓角結構，之后進行高溫高壓實驗，砧面的邊長為砧體立方塊邊長長度的60%。組裝時，在砧面邊緣設置截面為等腰梯形的梯形塊做為密封邊2，在非砧面上設置墊塊3，加壓過程中密封邊2與墊塊3將八個壓砧隔開以保護壓砧及八面體傳壓介質合成塊4內部的壓強，八個碳化鎢二級壓砧組成一個正方體的二級增壓單元5，其中八個砧面在二級增壓單元5中圍成一個八面體的合成腔，要實驗的樣品組裝后置于合成腔中，將二級增壓單元5置于壓機中進行實驗。二級壓砧在10GPa、2000℃條件下進行11～25次實驗后出現(xiàn)爛錘與崩邊，在20GPa、2000℃的條件下可以重復實驗5～17次。

實施例8

將常規(guī)碳化鎢硬質合金制成二級壓砧，壓砧有兩個砧面，將壓砧的1條棱進行倒圓角處理，倒圓角半徑為0.5 mm，將壓砧的1個頂角加工為倒斜角結構，之后進行高溫高壓實驗，砧面的邊長為砧體立方塊邊長長度的5%。組裝時，在砧面邊緣設置截面為等腰梯形的梯形塊做為密封邊2，在非砧面上設置墊塊3，加壓過程中密封邊2與墊塊3將八個壓砧隔開以保護壓砧及八面體傳壓介質合成塊4內部的壓強，八個碳化鎢二級壓砧組成一個正方體的二級增壓單元5，其中八個砧面在二級增壓單元5中圍成一個八面體的合成腔，要實驗的樣品組裝后置于合成腔中，將二級增壓單元5置于壓機中進行實驗。二級壓砧在10GPa、2000℃條件下進行8～20次實驗后出現(xiàn)爛錘與崩邊，在15GPa、2000℃的條件下可以重復實驗6～19次。

實施例9

將常規(guī)碳化鎢硬質合金制成二級壓砧，壓砧有兩個砧面，將壓砧的3個頂角加工為倒斜角結構，之后進行高溫高壓實驗，砧面的邊長為砧體立方塊邊長長度的30%。組裝時，在砧面邊緣設置截面為等腰梯形的梯形塊做為密封邊2，在非砧面上設置墊塊3，加壓過程中密封邊2與墊塊3將八個壓砧隔開以保護壓砧及八面體傳壓介質合成塊4內部的壓強，八個碳化鎢二級壓砧組成一個正方體的二級增壓單元5，其中八個砧面在二級增壓單元5中圍成一個八面體的合成腔，要實驗的樣品組裝后置于合成腔中，將二級增壓單元5置于壓機中進行實驗。二級壓砧在10GPa、2000℃條件下可重復實驗12～16次，在20GPa、2000℃的條件下可以重復實驗6～11次。

實施例10

將常規(guī)碳化鎢硬質合金制成二級壓砧，壓砧有兩個砧面，將壓砧的4條棱進行倒圓角處理，其中，砧面的棱倒圓角半徑為0.4mm，非砧面的棱倒圓角半徑為0.3mm，將壓砧5個頂角加工為倒圓角結構，倒圓角半徑為0.7 mm。之后進行高溫高壓實驗，砧面的邊長為砧體立方塊邊長長度的40%。組裝時，在砧面邊緣設置截面為等腰梯形的梯形塊做為密封邊2，在非砧面上設置墊塊3，加壓過程中密封邊2與墊塊3將八個壓砧隔開以保護壓砧及八面體傳壓介質合成塊4內部的壓強，八個碳化鎢二級壓砧組成一個正方體的二級增壓單元5，其中八個砧面在二級增壓單元5中圍成一個八面體的合成腔，要實驗的樣品組裝后置于合成腔中，將二級增壓單元5置于壓機中進行實驗。二級壓砧在10GPa、2000℃條件下進行12～24次實驗后出現(xiàn)爛錘與崩邊，在20GPa、2000℃的條件下可以重復實驗6～14次。

實施例11

將常規(guī)碳化鎢硬質合金制成二級壓砧，壓砧有兩個砧面，將壓砧的3個頂角加工為倒斜角結構，4個頂角加工為倒圓角結構，其中，砧面頂角的倒圓角半徑為0.3mm非砧面頂角的倒圓角半徑為 0.7mm。之后進行高溫高壓實驗，砧面的邊長為砧體立方塊邊長長度的35%。組裝時，在砧面邊緣設置截面為等腰梯形的梯形塊做為密封邊2，在非砧面上設置墊塊3，加壓過程中密封邊2與墊塊3將八個壓砧隔開以保護壓砧及八面體傳壓介質合成塊4內部的壓強，八個碳化鎢二級壓砧組成一個正方體的二級增壓單元5，其中八個砧面在二級增壓單元5中圍成一個八面體的合成腔，要實驗的樣品組裝后置于合成腔中，將二級增壓單元5置于壓機中進行實驗。二級壓砧在10GPa、2000℃條件下可重復實驗11～27次，在20GPa、2000℃的條件下可以重復實驗5～22次。

實施例12

將常規(guī)碳化鎢硬質合金制成二級壓砧，壓砧有兩個砧面，將壓砧的5條棱加工成倒圓角結構，倒圓角半徑為0.2或1.0mm，將壓砧的4個頂角加工為半徑為0.4或1.0mm倒圓角結構。之后進行高溫高壓實驗，砧面的邊長為砧體立方塊邊長長度的60%。組裝時，在砧面邊緣設置截面為等腰梯形的梯形塊做為密封邊2，在非砧面上設置墊塊3，加壓過程中密封邊2與墊塊3將八個壓砧隔開以保護壓砧及八面體傳壓介質合成塊4內部的壓強，八個碳化鎢二級壓砧組成一個正方體的二級增壓單元5，其中八個砧面在二級增壓單元5中圍成一個八面體的合成腔，要實驗的樣品組裝后置于合成腔中，將二級增壓單元5置于壓機中進行實驗。二級壓砧在10GPa、2000℃條件下進行10～21次實驗后出現(xiàn)爛錘與崩邊，在20GPa、2000℃的條件下可以重復實驗6～17次。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。