CN107008207A - 一种冲击压缩加载回收盒及冲击压缩制备材料的方法 - Google Patents

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焦振
刘其军
汪贻高
张明建
刘福生
常相辉
樊代和
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B01J3/06—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
    • B01J3/08—Application of shock waves for chemical reactions or for modifying the crystal structure of substances
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Abstract

本发明公开了一种冲击压缩加载回收盒及冲击压缩制备材料的方法，冲击压缩加载回收盒包括台座和螺旋盖，台座表面内凹形成样品仓，螺旋盖安装在样品仓内，与台座可拆卸连接。冲击压缩制备材料的方法包括以下步骤：将样品粉末预压成压片；将压片放入台座的样品仓内，拧紧螺旋盖，使压片与样品仓底部贴合，将回收盒放入钢架中，确保台座底部与轻气炮的炮口中心对齐；使用轻气炮驱动飞片撞击台座，制备得到样品；使用车床将样品从回收盒取出，并将样品表面的杂质磨掉，得到样品。本发明所提供的冲击压缩加载回收盒，结构简单，制作方便，可结合轻气炮上的磁测速器使用，不需其他复杂的配件，便于安装和样品的冲击压缩制备。

Description

一种冲击压缩加载回收盒及冲击压缩制备材料的方法
技术领域
本发明属于冲击压缩加载技术领域，具体涉及一种冲击压缩加载回收盒及冲击压缩制备材料的方法。
背景技术
随着高新技术的发展，材料已经与能源、信息并列成为现代科学技术的三大支柱。在压力和温度作用下，材料的性质可能发生奇特的改变，例如石墨在高温高压下通过相变转变为金刚石在压力释放后仍能保持稳定，这为我们寻找材料在极端条件下可以长期存在的亚稳相提供基础。通过压力可以调节超导材料的电子结构与磁学性质；压力引起的软化学键到硬化学键的变化会导致材料的硬度也随之改变。
轻气炮是可发射各种形状弹丸和不同速度的动高压加载装置，其中直径在5.3mm-35mm不同口径的二级轻气炮系统，其弹速范围一般为2km/s～8km/s，通过弹丸与靶体的碰撞可获得十万大气压到五百万个大气压的冲击压力以及数十万摄氏度的高温高压状态，可研究材料在高压下的状态方程、电磁性能、冲击合成新材料以及模拟行星的高速碰撞等现象。在常规合成方法中，达到高温高压状态耗费在数十分钟至数十小时不等；而基于轻气炮的冲击压缩加载方法能在数十纳秒至数百纳秒形成高温高压环境，大大减少制备时间，并且轻气炮冲击压缩加载技术具有加载时间快、压力分布均匀、产品颗粒度细和烧结性能好等优点。
在冲击压缩加载技术制备材料时，材料合成的温度和压力与飞片速度息息相关。许多回收装置会加入一些测速或传感装置，以尽可能精确的测量冲击速度，但是加入的测量工具会导致测量数值与实际数值有一定误差。还有软回收技术为了更好的获得样品，在回收装置中放入容纳多普勒光纤信号的缓冲材料，而且缓冲层较多，这会导致在温度和压力的计算过程过于复杂。此外，早期使用雷管的化爆法的回收装置采用长方形构造，导致回收装置制作相对麻烦。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种结构简单，制作方便的冲击压缩加载回收盒。
本发明的另一目的是提供冲击压缩制备材料的方法，其合成速度快，压力分布均匀。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种冲击压缩加载回收盒，包括台座和螺旋盖，台座表面内凹形成样品仓，螺旋盖安装在样品仓内，与台座可拆卸连接。
优选地，所述螺旋盖与台座螺纹配合。
优选地，所述螺旋盖的顶部开设有直线沟槽。
优选地，所述台座和螺旋盖由同一材料制成。
优选地，所述台座和螺旋盖由紫铜或铜铝合金制成。
优选地，所述螺旋盖包括相连的螺纹段和支撑段，螺纹段的直径大于支撑段的直径，样品仓包括与支撑段直径相同的第一仓以及与螺纹段螺纹配合的第二仓，第一仓的深度大于支撑段的长度。
本发明还提供一种冲击压缩制备材料的方法，包括以下步骤：
S1、将样品粉末预压成压片；
S2、将压片放入台座的样品仓内，拧紧螺旋盖，使压片与样品仓底部贴合，将回收盒放入钢架中，确保台座底部与轻气炮的炮口中心对齐；
S3、使用轻气炮驱动飞片撞击台座，产生的冲击波对压片进行冲击压缩做功，形成高温高压环境，制备得到样品；
S4、使用车床将样品从回收盒取出，并将样品表面的杂质磨掉，得到样品。
所述飞片冲击速度范围为1.3～5.6km/s。
本发明的有益效果是：本发明所提供的冲击压缩加载回收盒，结构简单，制作方便，可结合轻气炮上的磁测速器使用，不需其他复杂的配件，便于安装和样品的冲击压缩制备。
附图说明
图1是本发明冲击压缩加载回收盒的结构示意图。
图2是本发明螺旋盖的俯视图。
图3是本发明冲击压缩加载回收盒的剖视图、
图4是本发明二级轻气炮和冲击压缩加载回收盒的配合示意图。
附图标记说明：1、台座；11、第一仓；12、第二仓；2、螺旋盖；21、螺纹段；22、支撑段；23、直线沟槽；31、火药室；32、泵管；33、高压段；34、发射管；35、磁测速器；4、压片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
如图1至图3所示，本发明提供的一种冲击压缩加载回收盒，包括台座1和螺旋盖2，台座1表面内凹形成样品仓，螺旋盖2安装在样品仓内，与台座1可拆卸连接。在本实施例中，螺旋盖2与台座1螺纹配合，螺旋盖2的顶部开设有直线沟槽23，便于安装和拆卸。为了避免稀疏波的影响，台座1和螺旋盖2由同一材料制成，比如紫铜或铜铝合金。若合成样品需要极大的压力和温度，可选用比样品硬的物质，这样可形成二次冲击，提高冲击压力和温度。
图1为螺旋盖2与台座1的一种优选方案，台座1整体为圆柱形，可降低制作难度，螺旋盖2包括相连的圆柱形的螺纹段21和圆柱形的支撑段22，螺纹段21的直径大于支撑段22的直径，螺纹段21的外圆周面上开设有螺纹。台座1开设的样品仓包括连通的第一仓11和第二仓12，第二仓12的内圆周面上开设有螺纹，并且第二仓12与螺纹段21螺纹配合。第一仓11与支撑段22直径相同，第一仓11的深度大于支撑段22的长度，螺旋盖2安装在样品仓内时，第一仓11底部始终有部分空间空出来，该部分空间可用于放置压片。当压片的厚度与预留的尺寸不一致时，可通过转动螺旋盖进行调节，固定压片。
如图4所示，冲击压缩加载回收盒配合轻气炮使用，以常用的二级轻气炮为例对冲击压缩加载回收盒的使用方法进行说明：压片4置于第一仓11底部，并与支撑段22抵接。二级轻气炮包括火药室31、泵管32、高压段33、发射管34和磁测速器35。火药室31用于装填火药，泵管32内装轻质气体，当引爆火药室31内的火药使第一膜片破裂并推动活塞时，泵管32内的轻质气体被压缩进入高压段33，随后在高圧段中达到预定压强使第二膜片破裂，驱动飞片以一定速度经过发射管34和磁测速器35后撞击回收盒。
飞片与回收盒碰撞产生的冲击波在样品仓内迅速形成的高温高压环境，促进材料的合成。对于不同合成材料，允许飞片的冲击速度不一样，飞片冲击速度范围为1.3～5.6km/s。在此过程中，由于磁测速器35可精确测量飞片的冲击速度，回收盒中不需要加入任何测量装置和外加材料，只需放置样品压片即可。
需要说明的是，台座直径应与飞片直径一致，即略小于二级轻气炮的发射管直径，对于不同口径的轻气炮，可自行调节台座的尺寸，台座开设样品仓后的壁厚应大于4mm。
本实施例还提供一种冲击压缩制备材料的方法，使用上述回收盒，包括以下步骤：
S1、将样品粉末预压成压片；为了防止产生边侧稀疏波，降低冲击波形成的温度和压力，压片的宽厚比大于2。
S2、将压片放入台座的样品仓内，拧紧螺旋盖，使压片与样品仓底部贴合，将回收盒放入大质量钢架中，并校准靶心，确保台座底部中心与轻气炮的炮口中心对齐；
S3、使用轻气炮驱动飞片撞击台座，飞片冲击速度范围为1.3～5.6km/s，产生的冲击波对压片进行冲击压缩做功，形成高温高压环境，制备得到样品；
S4、使用车床将样品从回收盒取出，使用抛光机和砂纸将样品表面的杂质磨掉，得到样品。
上述方法操作简单，其合成速度快，压力分布均匀，可在数十至数百纳秒时间内产生高温高压。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种冲击压缩加载回收盒，其特征在于：包括台座(1)和螺旋盖(2)，台座(1)表面内凹形成样品仓，螺旋盖(2)安装在样品仓内，与台座(1)可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的冲击压缩加载回收盒，其特征在于：所述螺旋盖(2)与台座(1)螺纹配合。
3.根据权利要求1所述的冲击压缩加载回收盒，其特征在于：所述螺旋盖(2)的顶部开设有直线沟槽(23)。
4.根据权利要求1所述的冲击压缩加载回收盒，其特征在于：所述台座(1)和螺旋盖(2)由同一材料制成。
5.根据权利要求4所述的冲击压缩加载回收盒，其特征在于：所述台座(1)和螺旋盖(2)由紫铜或铜铝合金制成。
6.根据权利要求1所述的冲击压缩加载回收盒，其特征在于：所述螺旋盖(2)包括相连的螺纹段(21)和支撑段(22)，螺纹段(21)的直径大于支撑段(22)的直径，样品仓包括与支撑段(22)直径相同的第一仓(11)以及与螺纹段(21)螺纹配合的第二仓(12)，第一仓(11)的深度大于支撑段(22)的长度。
7.一种冲击压缩制备材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、将样品粉末预压成压片；
S2、将压片放入台座的样品仓内，拧紧螺旋盖，使压片与样品仓底部贴合，将回收盒放入钢架中，确保台座底部与轻气炮的炮口中心对齐；
S3、使用轻气炮驱动飞片撞击台座，产生的冲击波对压片进行冲击压缩做功，形成高温高压环境，制备得到样品；
S4、使用车床将样品从回收盒取出，并将样品表面的杂质磨掉，得到样品。
8.根据权利要求书7所述的冲击压缩制备材料的方法，其特征在于：所述飞片冲击速度范围为1.3～5.6km/s。
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