CN111545132B - 一种超高压合成腔体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种超高压合成腔体，涉及超硬复合材料技术领域，包括主腔体，所述主腔体的中部设置有通孔；所述通孔内两端分别设置有一个叶腊石环，所述叶腊石环的中心孔内设置有导电钢圈；所述导电钢圈的内侧设置有第一传压片，所述第一传压片的内侧沿轴向依次设置有第二传压片、加热片和屏蔽片；两个所述第一传压片之间沿径向向内依次安置传压环、加热环和屏蔽环；所述第二传压片设置有两个，分别位于所述传压环的中心孔内两端；所述加热片设置有两个，分别位于所述加热环的中心孔内两端；所述屏蔽片设置有两个，分别位于所述屏蔽环的中心孔内两端；所述屏蔽环内部用于放置样品。本发明能够有效传递压力，并保证密封性。

Description

一种超高压合成腔体
技术领域
本发明涉及超硬复合材料技术领域，特别是涉及一种超高压合成腔体。
背景技术
金刚石、立方氮化硼及其它超硬复合材料的合成多采用六面顶压机，六面顶的6个顶锤围成一个立方体形状，可以放置相应尺寸的传压介质腔体。六面顶压机工作时，6个顶锤作用在立方体传压介质上并在腔体内部产生高压。加载过程中，部分传压介质受到挤压，分布在6个顶锤之间的介质在立方体的12条边处形成密封边。外部加载力一部分通过顶锤面直接作用在传压介质上，在高压腔内产生高压；另一部分作用在密封边区域，通过密封边材料的内摩擦力及其与顶锤的外表面之间的摩擦力共同构成对高压腔的密封。人们就是通过高压设备及合成腔体产生高压，并辅助加热产生材料合成的一种极限条件—高压、高温。
高质量的产品及高性能的材料需要更高的合成压力。目前，人们发明了很多方法来提高生产中合成腔体内部的压力，使生产用的腔体内部压力能稳定在6GPa以内。提高腔体内部压力的方法分两种：1、提高设备的性能；2、改善合成腔体的结构。提高设备性能的方法有：扩大六面顶的缸径、减小顶锤的面积等；改善合成腔体的结构的方法主要有：采取增压单元、增设预密封边、改换组装内部组件的材料等。但是在生产中，压机缸径扩大到一定时无法进一步扩大，顶锤减小到一定程度时也会达到自身受力极限，容易裂锤，造成损失；采取增压单元，增设密封边等方式也给生产带来了成本增加、生产不稳定等问题。
因此，亟需一种新型的超高压合成腔体，以解决现有技术中所存在的上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种超高压合成腔体，以解决上述现有技术存在的问题，能够有效传递压力，并保证密封性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种超高压合成腔体，包括主腔体，所述主腔体的中部设置有通孔；所述通孔内两端分别设置有一个叶腊石环，所述叶腊石环的中心孔内设置有导电钢圈；所述导电钢圈的内侧设置有第一传压片，所述第一传压片的内侧沿轴向依次设置有第二传压片、加热片和屏蔽片；两个所述第一传压片之间沿径向向内依次安置传压环、加热环和屏蔽环；所述第二传压片设置有两个，分别位于所述传压环的中心孔内两端；所述加热片设置有两个，分别位于所述加热环的中心孔内两端；所述屏蔽片设置有两个，分别位于所述屏蔽环的中心孔内两端；所述屏蔽环内部用于放置样品。
优选的，所述主腔体包括两个半腔体，两个所述半腔体相对扣合。
优选的，所述半腔体为长方体，采用叶腊石制成，所述半腔体的上表面和下表面的中心处设置有所述通孔。
优选的，所述导电钢圈的内部填充有叶腊石片。
优选的，所述第一传压片和所述第二传压片采用导电硬质材料制成。
优选的，所述加热片和所述加热环共同组成加热组件，所述加热组件的材质为石墨、铬酸镧、碳化钛铼、钽、钼或钨。
优选的，所述屏蔽片和所述屏蔽环共同组成屏蔽组件，所述屏蔽组件的材质为六方氮化硼或氧化镁。
优选的，所述传压环和所述加热环之间还设置有保温环。
优选的，所述传压环的材质为氧化镁。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明主腔体通孔的内部在导电钢圈下沿轴向依次安置第一传压片、第二传压片，这样可有效地将来自六面顶压机轴向的压力传递到主腔体内部样品处；另外，在主腔体通孔内部(径向)安置传压环也可有效提高径向压力的转递，从而使腔体内部压力达到更高的水平；在主腔体通孔内部安置保温环也可阻止发热组件产生的热量向外传导，有效将热量锁在环内，使腔体产生较高温度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中超高压合成腔体的剖面图；
图2是本发明中叶腊石装置的结构示意图；
图3为本发明中的组装件展开图；
图4为本发明中的组装件尺寸图；
其中，1-导电钢圈，2-叶腊石环，3-第一传压片，4-第二传压片，5-加热片，6-屏蔽片，7-屏蔽环，8-加热环，9-保温环，10-传压环，11-半腔体，12-叶腊石片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1-4所示，本实施例提供一种超高压合成腔体，包括主腔体，所述主腔体的中部设置有通孔；所述通孔内两端分别设置有一个叶腊石环2，所述叶腊石环2的中心孔内设置有导电钢圈1；所述导电钢圈1的内侧设置有第一传压片3，所述第一传压片3的内侧沿轴向依次设置有第二传压片4、加热片5和屏蔽片6；两个所述第一传压片3之间沿径向向内依次安置传压环10、加热环8和屏蔽环7；所述第二传压片4设置有两个，分别位于所述传压环10的中心孔内两端；所述加热片5设置有两个，分别位于所述加热环8的中心孔内两端；所述屏蔽片6设置有两个，分别位于所述屏蔽环7的中心孔内两端；所述屏蔽环7内部用于放置样品。
在本实施例中，所述主腔体包括两个半腔体11，两个所述半腔体11相对扣合；具体地，所述半腔体11为长方体，采用叶腊石制成，所述半腔体11的上表面和下表面的中心处设置有所述通孔；其中，半腔体11的长和宽均为a，所述半腔体11的高为a/2，所述半腔体11的上表面和下表面的尺寸为a×a，所述半腔体11的其余各面的尺寸为a×a/2，通孔直径为
Figure BDA0002485847000000041
30㎜≤a≤150㎜，20㎜≤b≤130㎜。
在本实施例中，所述导电钢圈1的内部填充有叶腊石片12，主要起导电的作用。导电钢圈1的直径为
Figure BDA0002485847000000042
高度为y，30㎜≤c≤130㎜，5㎜≤y≤30㎜。
在本实施例中，叶腊石环2的内径为
Figure BDA0002485847000000043
外径为
Figure BDA0002485847000000044
高度为y，30㎜≤c≤130㎜，5㎜≤y≤30㎜，20㎜≤b≤130㎜。
在本实施例中，所述第一传压片3和所述第二传压片4相当于六面顶压机顶锤的延伸，可有效将压力传递到合成样品；两者都是采用导电硬质材料制成，例如：各种型号的硬质合金。第一传压片3的外径为
Figure BDA0002485847000000045
厚度为i，20㎜≤b≤130㎜，5㎜≤i≤50㎜；第二传压片4的外径为
Figure BDA0002485847000000046
厚度为k，10㎜≤d≤50㎜，3㎜≤k≤20㎜。
在本实施例中，所述加热片5和所述加热环8共同组成加热组件，所述加热组件的材质为石墨、铬酸镧、碳化钛铼、钽、钼或钨等；其中加热片5的外径为
Figure BDA0002485847000000047
厚度为m，0.1㎜≤m≤2㎜，5㎜≤f≤50㎜；加热环8的外径为
Figure BDA0002485847000000048
内径为
Figure BDA0002485847000000049
5㎜≤e≤50㎜，5㎜≤f≤50㎜。
在本实施例中，所述屏蔽片6和所述屏蔽环7共同组成屏蔽组件，所述屏蔽组件的材质为六方氮化硼或氧化镁等材料；屏蔽片6的外径为
Figure BDA00024858470000000410
厚度为s，0.1㎜≤s≤2㎜，3㎜≤g≤50㎜；屏蔽环7的外径为
Figure BDA00024858470000000411
内径为
Figure BDA00024858470000000412
5㎜≤f≤50㎜，3㎜≤g≤50㎜。
在本实施例中，所述传压环10和所述加热环8之间还设置有保温环9；保温环9的材质为氧化锆等热传导性能差的材料，保温环9的外径为
Figure BDA00024858470000000413
内径为
Figure BDA00024858470000000414
5㎜≤d≤50㎜，5㎜≤e≤50㎜。
在本实施例中，所述传压环10的材质为氧化镁，传压环10外径为
Figure BDA00024858470000000415
内径为
Figure BDA00024858470000000416
20㎜≤b≤130㎜，5㎜≤f≤50㎜。
具体地，在本实施例中，半腔体11的长和宽均为a，优选的，a＝100㎜，半腔体1111的高为a/2，a/2＝50㎜，半腔体11的上表面和下表面的尺寸为100㎜×100㎜，半腔体11的其余各面的尺寸为100㎜×50㎜。半腔体11的上表面和下表面的中心处设置有通孔，通孔的直径为b，b＝80㎜。叶腊石环2的内外径分别为c＝70㎜，b＝80㎜，厚度x＝10㎜；第一传压片3直径b＝80㎜，厚度i＝15㎜；第二传压片4直径d＝30㎜，厚度k＝15㎜。假设六面顶压机顶锤边长为A＝90㎜，使用油缸直径为B＝800㎜＝0.8m，油压为P＝80MPa，再假设叶腊石密封边及其他软质组件消耗压力系数为0.4，则经过计算小传压片底部的压力：
P1＝0.4*P*(B/2)2/(d/2)2
＝0.4*80*(0.8*0.8)/(0.03*0.03)
＝0.4*56889MPa
≈0.4*56.9GPa
＝22.76GPa。
实施例二
本实施例是在实施例一的基础上进行的改进，其改进之处在于：本实施例中，第一传压片3的直径b＝42㎜，厚度i＝15㎜；第二传压片4的直径d＝20㎜，厚度k＝15㎜。假设六面顶压机顶锤边长为A＝75㎜，使用油缸直径为B＝560㎜＝0.56m，油压为P＝80MPa，再假设叶腊石密封边及其他软质组件消耗压力系数为0.4，则经过计算小传压片底部的压力为：
P1”＝0.4*P*(B/2)2/(d/2)2
＝0.4*80*(0.56*0.56)/(0.02*0.02)
≈25GPa。
实施例三
本实施例为现有设备及组装所产生实际压力数值：半腔体的其余各面的尺寸为62㎜×62㎜。半腔体11通孔的直径为b，b＝80㎜。叶腊石环内外径分别为c＝36㎜，b＝42㎜，厚度x＝10㎜；第一传压片直径b＝42㎜，厚度i＝5㎜；不放置第二传压片。假设六面顶压机顶锤边长为A＝75㎜，使用油缸直径为B＝560㎜＝0.56m，油压为P＝80MPa，再假设叶腊石密封边及其他软质组件消耗压力系数为0.4，则经过计算传压片底部的压力为：
P1’＝0.4*P*(B/2)2/(b/2)2
＝0.4*80*(0.56/2)2/(0.042/2)2
≈5.7GPa。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种超高压合成腔体，其特征在于：包括主腔体，所述主腔体的中部设置有通孔；所述通孔内两端分别设置有一个叶腊石环，所述叶腊石环的中心孔内设置有导电钢圈，所述导电钢圈的内部填充有叶腊石片，能够起到导电作用；所述导电钢圈的内侧设置有第一传压片，所述第一传压片的内侧沿轴向依次设置有第二传压片、加热片和屏蔽片；两个所述第一传压片之间沿径向向内依次安置传压环、加热环和屏蔽环，所述传压环和所述加热环之间还设置有保温环，所述传压环的材质为氧化镁；所述第二传压片设置有两个，分别位于所述传压环的中心孔内两端；所述加热片设置有两个，分别位于所述加热环的中心孔内两端；所述屏蔽片设置有两个，分别位于所述屏蔽环的中心孔内两端；所述屏蔽环内部用于放置样品；所述第一传压片的底部压力能够达到25GPa。
2.根据权利要求1所述的超高压合成腔体，其特征在于：所述主腔体包括两个半腔体，两个所述半腔体相对扣合。
3.根据权利要求2所述的超高压合成腔体，其特征在于：所述半腔体为长方体，采用叶腊石制成，所述半腔体的上表面和下表面的中心处设置有所述通孔。
4.根据权利要求1所述的超高压合成腔体，其特征在于：所述第一传压片和所述第二传压片采用导电硬质材料制成。
5.根据权利要求1所述的超高压合成腔体，其特征在于：所述加热片和所述加热环共同组成加热组件，所述加热组件的材质为石墨、铬酸镧、碳化钛铼、钽、钼或钨。
6.根据权利要求1所述的超高压合成腔体，其特征在于：所述屏蔽片和所述屏蔽环共同组成屏蔽组件，所述屏蔽组件的材质为六方氮化硼或氧化镁。
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