專利名稱：連續(xù)加壓裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及流體靜壓技術，尤其是一種可以在低溫恒溫器內連續(xù)精確施加流體靜壓的連續(xù)加壓裝置。
背景技術：
作為研究半導體材料的一種有效實驗手段，流體靜壓技術被廣泛應用在半導體的光學性質、電學性質、相變等研究領域。施加流體靜壓就需要金剛石對頂砧裝置。金剛石對頂砧裝置的原理是將樣品放在兩塊相對的上下砧面平行的金剛石和墊片形成的壓室中，在壓室中充入傳壓介質，外力推進這兩塊金剛石使之相互擠壓時，通過傳壓介質，就會對樣品產生流體靜壓。金剛石對頂砧技術已成為靜壓下材料光學性質研究的主流技術之一。
然而在利用金剛石對頂砧做低溫流體靜壓實驗時，由于對頂砧裝置是固定在低溫恒溫器內的，每次加壓都需要先在室溫下通過螺絲刀擰緊對頂砧上的螺絲來實現(xiàn)，而不能在做低溫實驗的同時施加壓力。而且以往的加壓方法不能精確控制所加壓力的大小，只能靠經驗來估計。這些對實驗有很大影響，使得流體靜壓實驗非常繁瑣，而且不確定性很大。

發(fā)明內容
(一 )要解決的技術問題為解決上述的一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種連續(xù)加壓裝置，以在低溫情況下，對測試樣品連續(xù)、精確地加壓。( 二 )技術方案根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種連續(xù)加壓裝置。該連續(xù)加壓裝置包括圓筒；壓電陶瓷，設置于圓筒內；滑塊，設置于圓筒內，壓設于壓電陶瓷的上表面，其外側壁可沿圓筒的內側壁上下滑動；對頂砧，其部分的設置于圓筒內，壓設于滑塊的上表面。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發(fā)明連續(xù)加壓裝置具有以下有益效果(I)采用壓電陶瓷給對頂砧裝置加壓的力來取代傳統(tǒng)機械螺絲給對頂砧裝置的力，這就可以使用外部電源方便并且連續(xù)的加大流體靜壓；(2)由于可以精確的控制外部電源的輸出電壓，因此該連續(xù)加壓裝置控制的壓力輸出精度也很高。


圖I為根據本發(fā)明實施例的連續(xù)加壓裝置的剖面示意圖；圖2為本發(fā)明實施例連續(xù)加壓裝置中壓電陶瓷外接電壓為OV(實線)和200V(虛線)時，紅寶石發(fā)光峰的位置。主要元件符號說明I-對頂砧；2-加壓螺絲；
3-滑塊；4-壓電陶瓷；5-壓電陶瓷電源接線；6-紫銅圓筒。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應了解，參數(shù)無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。此外，以下實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種可連續(xù)精確施加流體靜壓的連續(xù)加壓裝置，使低溫下的流體靜壓實驗更加方便精確。圖I為根據本發(fā)明實施例的連續(xù)加壓裝置的剖面示意圖。如圖I所示，該連續(xù)加壓裝置包括圓筒6、壓電陶瓷4、滑塊3和金剛石對頂砧I。圓筒6的內部自上而下包括槽部、上中空部和下中空部。其中，槽部、上中空部和下中空部均呈圓柱形。其中，下中空部的半徑小于上中空部的半徑，大于槽部的半徑。圓筒6例如是采用紫銅來制備，其原因在于，紫銅和壓電陶瓷的熱膨脹系數(shù)不同，低溫下紫銅會收縮的更多，這樣在低溫下金剛石對頂砧I、滑塊3、壓電陶瓷4三者會貼的更緊。當然，在滿足設計要求的情況下，圓筒6也可以采用其他材料來制備，例如不銹鋼等導熱性好的材料。此外，在圖I所示的連續(xù)加壓裝置中，圓筒6具有半徑不同的上中空部和下中空部，其半徑之比為14 9，目的是在分別適合對頂砧和壓電陶瓷的尺寸的情況下，盡量減小裝置的體積和重量。實際上，如果將上中空部和下中空部的半徑設置為相同，只要滑塊3的半徑進行相應的改變即可，同樣能夠實現(xiàn)對樣品連續(xù)的加大流體靜壓的目的。壓電陶瓷4的下部位于圓筒6的槽部內，壓設于圓筒6槽部的底部，其上部設置于紫銅圓筒6的下中空部內，其電源接線5通過圓筒6側壁的孔伸出，與外界電源相連。壓電陶瓷的驅動方式已經為非常成熟的技術，此處不再贅述。為了實現(xiàn)將壓電陶瓷4的縱向伸縮充分的轉換為對對頂砧的壓力，壓電陶瓷沿圓筒6軸向的尺寸應當占圓筒6下中空部高度的至少6/7。壓電陶瓷6的材質可以為鋯酸鉛PZT或鉭鈧酸鉛PST。滑塊3的下部位于紫銅圓筒6的下中空部內，壓接于壓電陶瓷4的上表面，其外側壁可沿所述下中空部的內側壁上下滑動；其上部伸入上中空部內與金剛石對頂砧I的下表面接觸。對頂砧I位于紫銅圓筒6的上中空部內，且該裝置的外側面具有螺紋，與紫銅圓筒6對應部位的螺紋相嚙合。此處，可以通過旋轉對頂砧來使其深入圓筒6的上中空部位，直到它的下表面與滑塊3緊密接觸。金剛石對頂砧I是特殊制成的靜水壓力施加裝置，它本身依靠加壓螺絲2來施加壓力，但本裝置中采用壓電陶瓷的伸縮來對對頂砧的下表面施加壓力?；瑝K的作用是避免壓電陶瓷和對頂砧的加壓螺絲2直接接觸。
本發(fā)明將壓電陶瓷應用到靜水壓力裝置中。通過外接電壓來精確控制壓電陶瓷的伸縮，從而給對頂砧的壓室加壓。就相當于用壓電陶瓷給對頂砧加壓的力來取代傳統(tǒng)機械螺絲給對頂砧的力。從而可以方便連續(xù)的加大流體靜壓。以型號為PST150/10*10/20的壓電陶瓷為例，它可輸出的最大力量為8000N。測試過程如下步驟A，向下擰緊金剛石對頂砧1，來使對頂砧1，滑塊3，壓電陶瓷4緊緊壓在一起;步驟B，接好壓電陶瓷4的外接電源，增加電壓，壓電陶瓷4就會伸長，這樣就會向上推動滑塊從而給金剛石對頂砧增加了壓力。連續(xù)增加電壓就可以連續(xù)增大對金剛石對頂砧I壓室的壓力。請參照圖2，其為本發(fā)明實施例，連續(xù)加壓裝置中壓電陶瓷外接電壓為0V(實線) 和200V(虛線)時，溫度在77K下紅寶石發(fā)光峰的位置。由圖2中的數(shù)據計算可知，電壓從OV到200V可將對頂砧內壓力從I. 378GPa加到3. 262GPa。而且實驗中電壓源的輸出精度很高，所以控制的壓力輸出精度也很高。以上所述的具體實施例，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)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，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。
權利要求
1.一種連續(xù)加壓裝置，其特征在于，包括 圓筒⑶; 壓電陶瓷(4)，設置于所述圓筒(6)內； 滑塊(3)，設置于所述圓筒(6)內，壓設于所述壓電陶瓷(4)的上表面，其外側壁可沿所述圓筒出)的內側壁上下滑動； 對頂砧(I)，其部分的設置于所述圓筒￠)內，壓設于所述滑塊(3)的上表面。
2.根據權利要求I所述的連續(xù)加壓裝置，其特征在于，所述圓筒(6)的內部自上而下包括槽部、上中空部和下中空部； 所述壓電陶瓷(4)的下部位于所述圓筒￠)的槽部內，其上部位于所述圓筒￠)的下中空部； 所述滑塊(3)的下部位于所述圓筒￠)的下中空部，其外側壁可沿所述圓筒￠)的下中空部的內側壁滑動，其上部伸入所述圓筒(6)的上中空部，與所述對頂砧(I)的下表面接觸。
3.根據權利要求2所述的連續(xù)加壓裝置，其特征在于，所述槽部、上中空部和下中空部均呈圓柱形，其半徑依次增大。
4.根據權利要求2所述的連續(xù)加壓裝置，其特征在于，所述上中空部和下中空部的半徑之比為14 : 9。
5.根據權利要求2所述的連續(xù)加壓裝置，其特征在于，所述壓電陶瓷(4)沿沿圓筒6軸向的尺寸占圓筒6下中空部高度的至少6/7。
6.根據權利要求I所述的連續(xù)加壓裝置，其特征在于，所述對頂砧(I)的外側面具有螺紋，該螺紋與所述圓筒(6)相應位置的螺紋相嚙合。
7.根據權利要求I所述的連續(xù)加壓裝置，其特征在于，所述圓筒￠)的側壁設置小孔； 所述壓電陶瓷(4)的電源接線通過所述小孔連接至位于所述圓筒(6)外的電源。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的連續(xù)加壓裝置，其特征在于，壓電陶瓷(6)的材質為以下材質的一種鋯酸鉛PZT或鉭鈧酸鉛PST。
9.根據權利要求I至7中任一項所述的連續(xù)加壓裝置，其特征在于，所述圓筒￠)由以下材質中的一種制備紫銅或不銹鋼。
10.根據權利要求I至7中任一項所述的連續(xù)加壓裝置，其特征在于，所述對頂砧(I)為金剛石對頂砧。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種連續(xù)加壓裝置。該連續(xù)加壓裝置包括圓筒(6)；壓電陶瓷(4)，設置于圓筒(6)內；滑塊(3)，設置于圓筒(6)內，壓設于壓電陶瓷(4)的上表面，其外側壁可沿圓筒(6)的內側壁上下滑動；對頂砧(1)，其部分的設置于圓筒(6)內，壓設于滑塊(3)的上表面。本發(fā)明可以對測試樣品連續(xù)、精確地加壓。
文檔編號G01N3/18GK102866065SQ20121033294
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月10日 優(yōu)先權日2012年9月10日
發(fā)明者武雪飛, 丁琨, 竇秀明, 孫寶權 申請人:中國科學院半導體研究所