大腔體分割球式超高壓設備制造技術

本實用新型專利技術公開了一種大腔體分割球式超高壓設備，屬于超硬材料合成裝備領域。本實用新型專利技術能夠解決分割球式高壓設備“高壓腔體體積小、組裝復雜、極限腔體壓力低”等問題。該設備主要由頂砧、高壓罐、護套及機架組成。所述的頂砧由六個四邊形砧面或八個三角形砧面的一級頂砧組成，其底面為類球形曲面，位于由添加彈性密封包裹套的上、下半球高壓罐內，高壓罐位于左、右護套內，構成大腔體分割球式超高壓設備。為進一步增加極限腔體壓力值，一級頂砧圍成的腔體內部可以添加二級頂砧，其數量為六個或八個。大腔體分割球式超高壓設備能夠獲得25-80GPa的腔體壓力，其腔體壓力較現有分割球式高壓設備可以增加5-16倍，其高壓腔體的體積可以增加3-5倍。

【技術實現步驟摘要】

本技術公開了一種大腔體分割球式超高壓設備，涉及金剛石和立方氮化硼等超硬材料及其制品高壓合成技術，屬于超硬材料合成裝備領域。
技術介紹
金剛石、立方氮化硼等超硬材料及其制品普遍使用在礦產開采、石油鉆探、機械制造、建材等行業領域。目前，我國金剛石產量占世界總產量的80%以上，立方氮化硼(CBN)產量占世界總產量的60 %以上，已經是世界第一大超硬材料生產國。然而，在大尺寸寶石級金剛石高壓合成方面，英國元素六公司、美國合成、日本住友、韓國日進等國際領先的大型集團公司長期控制著市場份額。這歸因于國外公司采用分割球式高壓設備，而我國卻采用鉸鏈式六面頂壓機。我國在分割球式高壓設備設計、制造及生產方面長期處于空白。本技術要求保護的“大腔體分割球式超高壓設備”不僅能夠填補我國在分割球式高壓設備工作空白，而且能夠解決現有分割球式高壓設備“高壓腔體體積小、組裝復雜、極限腔體壓力低”等問題，此方面工作未見報道。
技術實現思路
本技術的目的在于解決現有分割球式高壓設備“高壓腔體體積小、組裝復雜、極限腔體壓力低”等問題，填補我國在分割球式高壓設備設計、制造及生產方面的空白，提升我國大尺寸寶石級金剛石高壓合成技術水平。本技術要求保護的“大腔體分割球式超高壓設備”能夠獲得25-80GPa的腔體壓力，其腔體壓力較現有分割球式高壓設備可以增加5-16倍，其高壓腔體的體積可以增加3-5倍。本技術能夠滿足高壓物理學、地球物理學、材料學以及高壓生物學領域對大腔體超高壓技術的迫切需求。本技術的上述目的是這樣實現的，結合【附圖說明】如下:大腔體分割球式超高壓設備，主要由頂砧、高壓罐、護套及機架(10)組成。所述的頂砧由多個多邊形砧面的一級頂砧組成，其底面為類球形曲面，位于高壓罐內部；所述的高壓罐由添加彈性密封包裹套(3)的上、下半球高壓罐(4、5)組成，上半球高壓罐(4)的位置由液壓手臂(6)控制，下半球高壓罐(5)由螺栓與機架(10)固定，二者位于護套內部；所述的護套由左護套(7)和右護套⑶組成，其軸向位置由螺栓與機架(10)固定，其徑向位置由滑軌(9)控制；高壓罐與護套通過鑲嵌槽(11)配合固定，構成大腔體分割球式超高壓設備。所述一級頂砧個數為六個，其砧面為四邊形。所述的一級頂砧圍成的腔體內部添加六個棱臺形二級頂砧(12)，其砧面與底面均為四邊形。所述的一級頂砧圍成的腔體內部添加八個七面體二級頂砧(13)，其砧面與底面分別為三角形和四邊形。所述的一級頂砧個數為八個，其砧面為三角形、底面為類球形曲面。所述的一級頂砧圍成的腔體內部添加八個五面體二級頂砧(15)，其砧面與底面均為三角形。為了解決現有分割球式高壓設備“高壓腔體體積小、組裝復雜、極限腔體壓力低”等問題，填補我國在分割球式高壓設備設計、制造及生產方面的空白，提升我國大尺寸寶石級金剛石高壓合成技術水平。本技術是通過以下技術方案實現的:本技術的技術效果:本技術要保護的技術方案實施事實表明:通過采用“六個或八個一級頂砧”代替現有分割球高壓設備的“八個一級頂砧、六個二級頂砧”后，高壓腔體的體積不僅能夠較現有分割球式高壓設備增加3-5倍，還能夠解決現有分割球式高壓設備組裝復雜的問題。基于本技術提出的一級頂砧新結構，通過添加六個或八個二級頂砧，本技術要求保護的“大腔體分割球式超高壓設備”能夠獲得25-80GPa的腔體壓力，其腔體壓力較現有分割球式高壓設備增加5-16倍。本技術能夠實現對六面體或八面體腔體的加壓與加溫，獲得超硬材料高壓合成所需的高溫高壓條件；從而滿足高壓物理學、地球物理學、材料學以及高壓生物學對高壓高溫環境下物質體系的研宄需求，進一步促進高壓物理學、地球物理學、材料學以及高壓生物學等基礎科學的發展。【附圖說明】圖la-c是采用六個四邊形砧面一級頂砧的大腔體分割球式超高壓設備結構示意圖，其中:圖1a是四邊形砧面一級頂砧的結構三維視圖；圖1b是裝配后的四邊形砧面一級頂砧的結構三維視圖；圖1c是一級頂砧裝配后的大腔體分割球式超高壓設備結構剖視圖。圖2a_c是添加六個棱臺形二級頂砧的大腔體分割球式超高壓設備結構示意圖，其中:圖2a是棱臺形二級頂砧的結構三維視圖；圖2b是裝配后的棱臺形二級頂砧的結構三維視圖；圖2c是一級、二級頂砧裝配后的結構剖視圖。圖3a_c是添加八個七面體二級頂砧的大腔體分割球式超高壓設備結構示意圖，其中:圖3a是七面體二級頂砧的結構三維視圖；圖3b是裝配后的七面體二級頂砧的結構三維視圖；圖3c是一級、二級頂砧裝配后的結構剖視圖。圖4a_c是采用八個三角形砧面一級頂砧的大腔體分割球式超高壓設備結構示意圖，其中:圖4a是三角形砧面一級頂砧的結構三維視圖；圖4b是裝配后的三角形砧面一級頂砧的結構三維視圖；圖4c是一級頂砧裝配后的大腔體分割球式超高壓設備結構剖視圖。圖5a_c是添加八個五面體二級頂砧的大腔體分割球式超高壓設備結構示意圖，其中:圖5a是五面體二級頂砧的結構三維視圖；圖5b是裝配后的五面體二級頂砧的結構三維視圖；圖5c是一級、二級頂砧裝配后的結構剖視圖。其中:1.高壓腔體，2.四邊形砧面一級頂砧，3.彈性密封包裹套，4.上半球高壓罐，5.下半球高壓罐，6.液壓手臂，7.左護套，8.右護套，9.滑軌，10.機架，11.鑲嵌槽，12.棱臺形二級頂砧，13.七面體二級頂砧，14.三角形砧面一級頂砧，15.五面體二級頂砧【具體實施方式】以下結合附圖所示實施例，進一步說明本技術的具體內容及其實施方式。本技術的大腔體分割球式超高壓設備，主要由頂砧、高壓罐、護套及機架10組成。所述的頂砧由六個四邊形砧面的一級頂砧組成，其底面為類球形曲面，位于高壓罐內部；所述的高壓罐由添加彈性密封包裹套3的上、下半球高壓罐5組成，上半球高壓罐4的位置由液壓手臂6控制，下半球高壓罐5由螺栓與機架10固定，二者位于護套內部；所述的護套由左護套7和右護套8組成，其軸向位置由螺栓與機架10固定，其徑向位置由滑軌9控制；高壓罐與護套通過鑲嵌槽11配合固定，構成大腔體分割球式超高壓設備。依據大質量支撐原理，當一級頂砧的底面面積選定后，砧面面積越小其可獲得的極限腔體壓力值越高。因此，可以通過縮小一級頂砧的砧面面積，提高大腔體分割球式超高壓設備可獲得的極限腔體壓力值。當然，所述的一級頂砧圍成的腔體內也可以添加六個棱臺形二級頂砧12，其砧面與底面均為四邊形；或者所述的一級頂砧圍成的腔體內部添加七面體二級頂砧13，其砧面與底面分別為三角形和四邊形。二級頂砧的添加，能夠進一步增加“大腔體分割球式超高壓設備”可獲得的極限腔體壓力值。大腔體分割球式超高壓設備不僅可以由六個四邊形砧面的一級頂砧與高壓罐、護套及機架10組成，圍成六面體腔體；也可以由八個三角形砧面一級頂砧14與高壓罐、護套及機架10組成，圍成八面體腔體。當然，也可以通過縮小三角形砧面的面積，提高大腔體分割球式超高壓設備可獲得的極限腔體壓力值。當選用三角形砧面一級頂砧14時，為進一步增加“大腔體分割球式超高壓設備”可獲得的極限腔體壓力值。可以在其圍成的八面體腔體內部添加八個五面體二級頂砧15，五面體二級頂砧15的砧面與底面均為三角形。大腔體分割球式超高壓設備能夠獲得25-80GPa的腔體本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大腔體分割球式超高壓設備，主要由頂砧、高壓罐、護套及機架組成，其特征在于：所述的頂砧由多個多邊形砧面一級頂砧組成，其底面為類球形曲面，位于高壓罐內部；所述的高壓罐由添加彈性密封包裹套(3)的上、下半球高壓罐(4、5)組成，上半球高壓罐(4)的位置由液壓手臂(6)控制，下半球高壓罐(5)由螺栓與機架(10)固定，二者位于護套內部；所述的護套由左護套(7)和右護套(8)組成，其軸向位置由螺栓與機架(10)固定，其徑向位置由滑軌(9)控制；高壓罐與護套通過鑲嵌槽(11)配合固定，構成大腔體分割球式超高壓設備。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓奇鋼，班慶初，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：新型
國別省市：吉林;22