CN102866065B - 连续加压装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种连续加压装置。该连续加压装置包括：圆筒(6)；压电陶瓷(4)，设置于圆筒(6)内；滑块(3)，设置于圆筒(6)内，压设于压电陶瓷(4)的上表面，其外侧壁可沿圆筒(6)的内侧壁上下滑动；对顶砧(1)，其部分的设置于圆筒(6)内，压设于滑块(3)的上表面。本发明可以对测试样品连续、精确地加压。

Description

连续加压装置

技术领域

本发明涉及流体静压技术，尤其是一种可以在低温恒温器内连续精确施加流体静压的连续加压装置。

背景技术

作为研究半导体材料的一种有效实验手段，流体静压技术被广泛应用在半导体的光学性质、电学性质、相变等研究领域。施加流体静压就需要金刚石对顶砧装置。金刚石对顶砧装置的原理是将样品放在两块相对的上下砧面平行的金刚石和垫片形成的压室中，在压室中充入传压介质，外力推进这两块金刚石使之相互挤压时，通过传压介质，就会对样品产生流体静压。金刚石对顶砧技术已成为静压下材料光学性质研究的主流技术之一。

然而在利用金刚石对顶砧做低温流体静压实验时，由于对顶砧装置是固定在低温恒温器内的，每次加压都需要先在室温下通过螺丝刀拧紧对顶砧上的螺丝来实现，而不能在做低温实验的同时施加压力。而且以往的加压方法不能精确控制所加压力的大小，只能靠经验来估计。这些对实验有很大影响，使得流体静压实验非常繁琐，而且不确定性很大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种连续加压装置，以在低温情况下，对测试样品连续、精确地加压。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种连续加压装置。该连续加压装置包括：圆筒；压电陶瓷，设置于圆筒内；滑块，设置于圆筒内，压设于压电陶瓷的上表面，其外侧壁可沿圆筒的内侧壁上下滑动；对顶砧，其部分的设置于圆筒内，压设于滑块的上表面。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明连续加压装置具有以下有益效果：

(1)采用压电陶瓷给对顶砧装置加压的力来取代传统机械螺丝给对顶砧装置的力，这就可以使用外部电源方便并且连续的加大流体静压；

(2)由于可以精确的控制外部电源的输出电压，因此该连续加压装置控制的压力输出精度也很高。

附图说明

图1为根据本发明实施例的连续加压装置的剖面示意图；

图2为本发明实施例连续加压装置中压电陶瓷外接电压为0V(实线)和200V(虚线)时，红宝石发光峰的位置。

【主要元件符号说明】

1-对顶砧；            2-加压螺丝；

3-滑块；              4-压电陶瓷；

5-压电陶瓷电源接线；  6-紫铜圆筒。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

本发明的目的在于提供一种可连续精确施加流体静压的连续加压装置，使低温下的流体静压实验更加方便精确。

图1为根据本发明实施例的连续加压装置的剖面示意图。如图1所示，该连续加压装置包括：圆筒6、压电陶瓷4、滑块3和金刚石对顶砧1。

圆筒6的内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圆柱形。其中，下中空部的半径小于上中空部的半径，大于槽部的半径。圆筒6例如是采用紫铜来制备，其原因在于，紫铜和压电陶瓷的热膨胀系数不同，低温下紫铜会收缩的更多，这样在低温下金刚石对顶砧1、滑块3、压电陶瓷4三者会贴的更紧。当然，在满足设计要求的情况下，圆筒6也可以采用其他材料来制备，例如：不锈钢等导热性好的材料。

此外，在图1所示的连续加压装置中，圆筒6具有半径不同的上中空部和下中空部，其半径之比为14∶9，目的是在分别适合对顶砧和压电陶瓷的尺寸的情况下，尽量减小装置的体积和重量。实际上，如果将上中空部和下中空部的半径设置为相同，只要滑块3的半径进行相应的改变即可，同样能够实现对样品连续的加大流体静压的目的。

压电陶瓷4的下部位于圆筒6的槽部内，压设于圆筒6槽部的底部，其上部设置于紫铜圆筒6的下中空部内，其电源接线5通过圆筒6侧壁的孔伸出，与外界电源相连。压电陶瓷的驱动方式已经为非常成熟的技术，此处不再赘述。为了实现将压电陶瓷4的纵向伸缩充分的转换为对对顶砧的压力，压电陶瓷沿圆筒6轴向的尺寸应当占圆筒6下中空部高度的至少6/7。压电陶瓷6的材质可以为锆酸铅PZT或钽钪酸铅PST。

滑块3的下部位于紫铜圆筒6的下中空部内，压接于压电陶瓷4的上表面，其外侧壁可沿所述下中空部的内侧壁上下滑动；其上部伸入上中空部内与金刚石对顶砧1的下表面接触。

对顶砧1位于紫铜圆筒6的上中空部内，且该装置的外侧面具有螺纹，与紫铜圆筒6对应部位的螺纹相啮合。此处，可以通过旋转对顶砧来使其深入圆筒6的上中空部位，直到它的下表面与滑块3紧密接触。金刚石对顶砧1是特殊制成的静水压力施加装置，它本身依靠加压螺丝2来施加压力，但本装置中采用压电陶瓷的伸缩来对对顶砧的下表面施加压力。滑块的作用是避免压电陶瓷和对顶砧的加压螺丝2直接接触。

本发明将压电陶瓷应用到静水压力装置中。通过外接电压来精确控制压电陶瓷的伸缩，从而给对顶砧的压室加压。就相当于用压电陶瓷给对顶砧加压的力来取代传统机械螺丝给对顶砧的力。从而可以方便连续的加大流体静压。

以型号为PST150/10*10/20的压电陶瓷为例，它可输出的最大力量为8000N。测试过程如下：

步骤A，向下拧紧金刚石对顶砧1，来使对顶砧1，滑块3，压电陶瓷4紧紧压在一起；

步骤B，接好压电陶瓷4的外接电源，增加电压，压电陶瓷4就会伸长，这样就会向上推动滑块从而给金刚石对顶砧增加了压力。连续增加电压就可以连续增大对金刚石对顶砧1压室的压力。

请参照图2，其为本发明实施例，连续加压装置中压电陶瓷外接电压为0V(实线)和200V(虚线)时，温度在77K下红宝石发光峰的位置。由图2中的数据计算可知，电压从0V到200V可将对顶砧内压力从1.378GPa加到3.262GPa。而且实验中电压源的输出精度很高，所以控制的压力输出精度也很高。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种连续加压装置，其特征在于，用于在低温恒温器内施加流体静压，包括：

圆筒（6），其内部自上而下包括槽部、上中空部和下中空部，且所述槽部、上中空部和下中空部均呈圆柱形，其半径依次增大；

压电陶瓷（4），设置于所述圆筒（6）内，其下部位于所述圆筒（6）的槽部内，其上部位于所述圆筒（6）的下中空部；

滑块（3），设置于所述圆筒（6）内，压设于所述压电陶瓷（4）的上表面，其外侧壁可沿所述圆筒（6）的内侧壁上下滑动，其下部位于所述圆筒（6）的下中空部，其外侧壁可沿所述圆筒（6）的下中空部的内侧壁滑动，其上部伸入所述圆筒（6）的上中空部，与所述对顶砧（1）的下表面接触；

对顶砧（1），为金刚石对顶砧，其部分的设置于所述圆筒（6）内，压设于所述滑块（3）的上表面。

2.根据权利要求1所述的连续加压装置，其特征在于，所述上中空部和下中空部的半径之比为14：9。

3.根据权利要求1所述的连续加压装置，其特征在于，所述压电陶瓷（4）沿沿圆筒6轴向的尺寸占圆筒6下中空部高度的至少6/7。

4.根据权利要求1所述的连续加压装置，其特征在于，所述对顶砧（1）的外侧面具有螺纹，该螺纹与所述圆筒（6）相应位置的螺纹相啮合。

5.根据权利要求1所述的连续加压装置，其特征在于，所述圆筒（6）的侧壁设置小孔；

所述压电陶瓷（4）的电源接线通过所述小孔连接至位于所述圆筒（6）外的电源。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的连续加压装置，其特征在于，压电陶瓷（6）的材质为以下材质的一种：锆酸铅PZT或钽钪酸铅PST。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的连续加压装置，其特征在于，所述圆筒（6）由以下材质中的一种制备：紫铜或不锈钢。