CN113933143A - 金刚石压腔加压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明适用金刚石压腔技术领域，提供了一种金刚石压腔加压装置，该金刚石压腔加压装置包括外壳、上盖、下底、金刚石压腔、压电陶瓷和压电陶瓷引线孔；所述金刚石压腔、所述压电陶瓷位于所述上盖和所述下底之间，所述金刚石压腔位于所述压电陶瓷上方，所述压电陶瓷引线孔位于所述外壳侧面，为所述压电陶瓷引线供电，通过控制压电陶瓷60的通电电流，对金刚石压腔40进行加压的动态控制，有效保证了加压的连续性和可控性。
Description
技术领域
本发明属于金刚石压腔技术领域，尤其涉及金刚石压腔加压装置。
背景技术
利用金刚石压腔技术制造高压环境并测定物质在极端环境下的物理化学性质已广泛应用于包括材料科学和地球科学在内的众多领域。传统金刚石压腔利用机械夹紧装置(如杠杆、螺栓等)挤压两颗互为对顶的金刚石压砧，通过其相对运动对置于其间的样品产生压力。
然而，这一加压手段通常只能通过调节螺栓的松紧，在某一“点”停下后，便获得与松紧程度相关的静态荷载。这类间断施压、停压观测的模式，无法连续地观察到样品在加压过程中的微观结构变化，从而导致了部分重要数据的遗失，存在一定的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金刚石压腔加压装置，旨在解决现有技术中无法对样品实现连续的动态加压等技术问题。
本发明提供了一种金刚石压腔加压装置，该装置包括外壳、上盖、下底、金刚石压腔、压电陶瓷和压电陶瓷引线孔；所述金刚石压腔、所述压电陶瓷位于所述上盖和所述下底之间，所述金刚石压腔位于所述压电陶瓷上方，所述压电陶瓷引线孔位于所述外壳侧面，为所述压电陶瓷引线供电。
进一步的，所述装置还包括气膜，所述气膜位于所述金刚石压腔和所述上盖之间。
进一步的，所述气膜包括相互连接的气膜环和气膜管线，通过所述气膜管线将气体充入所述气膜环中，将所述气膜环撑大加压。
进一步的，所述金刚石压腔包括上腔体、下腔体、底座、样品仓，所述上腔体、下腔体分别位于所述金刚石压腔上端、下端，所述底座与所述上腔体、下腔体连接，所述样品仓置于所述底座之间。
进一步的，所述金刚石压腔还包括金刚石压砧，所述金刚石压砧置于所述底座和所述样品仓之间。
进一步的，所述金刚石压砧包括上砧面和下砧面，所述上砧面紧贴所述样品仓，所述下砧面紧贴所述底座。
进一步的，所述金刚石压腔还包括加热模块和/或热电偶；所述加热模块和所述热电偶均位于所述样品仓旁边，用于对所述样品仓进行加热/测温。
进一步的，所述装置还包括冷却环，所述冷却环置于所述金刚石压腔周边，用于对所述金刚石压腔进行冷却降温。
进一步的，所述冷却环包括进孔、出孔和环支柱，通过往所述冷却环中通入制冷剂对所述金刚石压腔进行冷却降温。
进一步的，所述装置还包括调节环，所述调节环置于所述下底和所述压电陶瓷之间。
压电陶瓷60通电后，将对金刚石压腔40加压，通过外壳30和上盖10、下底20将整个金刚石压腔加压装置压紧，实现对金刚石压腔的加压。由于压电陶瓷60加压的压力与其通电的电流大小直接相关，因此，可通过控制压电陶瓷60的通电电流，对金刚石压腔40进行加压的动态控制，有效保证了加压的连续性和可控性。
附图说明
图1是本发明实施例示出的金刚石压腔加压装置的结构示意图。
图2是本发明实施例示出的金刚石压腔加压装置中压电陶瓷60的结构示意图。
图3是本发明实施例示出的金刚石压腔加压装置中气膜100的结构示意图。
图4是本发明实施例示出的金刚石压腔加压装置中上盖10的结构示意图。
图5是本发明实施例示出的金刚石压腔加压装置中金刚石压腔40的结构示意图。
图6是本发明实施例示出的金刚石压腔加压装置中金刚石压砧80的结构示意图。
图7是本发明实施例示出的金刚石压腔加压装置中冷却环50的结构示意图。
图8是本发明实施例示出的金刚石压腔加压装置中下底20的结构示意图。
图9是本发明实施例示出的金刚石压腔加压装置中调节环70的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
图1为根据一实施例示出的金刚石压腔加压装置的结构示意图。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
如图1所示，金刚石压腔加压装置包括外壳30、上盖10、下底20、金刚石压腔40、压电陶瓷60和压电陶瓷引线孔90；所述金刚石压腔40、所述压电陶瓷60位于所述上盖10和所述下底20之间，所述金刚石压腔40位于所述压电陶瓷60上方，所述压电陶瓷引线孔90位于所述外壳30侧面，为所述压电陶瓷60引线供电。
压电陶瓷60通电后，将对金刚石压腔40加压，通过外壳30和上盖10、下底20将整个金刚石压腔加压装置压紧，实现对金刚石压腔的加压。由于压电陶瓷60加压的压力与其通电的电流大小直接相关，因此，可通过控制压电陶瓷60的通电电流，对金刚石压腔40进行加压的动态控制，有效保证了加压的连续性和可控性。
可选的，如图2所示，压电陶瓷60包括柱状陶瓷壁61、电线62和插头63。所述压电陶瓷60外部可以连接控制器，通过控制器控制压电陶瓷的通电电流从而控制加压速率。
可选的，该金刚石压腔加压装置还包括气膜100，所述气膜100位于所述金刚石压腔40和所述上盖10之间。
具体的，如图3所示，气膜100包括相互连接的气膜环101和气膜管线103，通过所述气膜管线103将气体充入所述气膜环101中，将所述气膜环撑大加压，从而为金刚石压腔加压装置提供准确的初始压力。
优选的，气膜100还可包括膜管衔接头102，通过膜管衔接头102将气膜环101和气膜管线103连接在一起，进一步保证了气膜100的密闭性，提高了气膜加压的有效性。
可选的，上盖10可为不锈钢材质，也可为其他耐高压耐高温的材质。如图4所示，上盖10包括上盖拧紧螺丝11、上盖调平螺丝12、气膜孔13和气膜槽14。其中，所述上盖拧紧螺丝11用来锁紧所述上盖10和所述外壳30，将所述金刚石压腔40固定在装置腔体中；上盖调平螺丝12用来调节所述金刚石压腔40的平行度；气膜孔13和气膜槽14用于布设气膜100中的各零部件。
可选的，如图5所示，所述金刚石压腔40包括上腔体、下腔体、底座、样品仓45，所述上腔体、下腔体分别位于所述金刚石压腔40上端、下端，所述底座与所述上腔体、下腔体连接，所述样品仓45置于所述底座之间。
可选的，所述金刚石压腔40还包括压腔加压螺丝41、压腔调平螺丝43，通过压腔加压螺丝41、压腔调平螺丝43对金刚石压腔40整体进行加压和调平，上腔体、下腔体均为不锈钢块体42。
具体的，底座包括调居中陶瓷底座44、调平陶瓷底座46，调居中陶瓷底座44和调平陶瓷底座46可以实现样品仓45的调居中和平行，还可以起到隔热的作用。
可选的，底座还包括碳化钨底座47，碳化钨底座47位于调平陶瓷底座46和样品仓之间，用于传导上腔体、下腔体施加过来的压力。
可选的，金刚石压腔40还包括金刚石压砧80，所述金刚石压砧80置于所述底座和所述样品仓45之间。
具体的，如图6所示，金刚石压砧80包括上砧面81和下砧面83，所述上砧面81紧贴所述样品仓45，所述下砧面紧贴所述底座，通过对所述上砧面81施加压力可以对位于样品仓45内的样品施加压力。
可选的，所述金刚石压腔40还包括加热模块和/或热电偶；所述加热模块和所述热电偶均位于所述样品仓45旁边，用于对所述样品仓45进行加热/测温。
具体的，加热模块为电阻丝或加热炉，电阻丝缠绕于碳化钨底座47周围，加热炉位于所述样品仓45旁边，用以给样品加热，实现高温的动态加载实验；热电偶位于金刚石压砧80的侧砧面82，也可以位于样品仓45周边的其他位置，用来测定样品的温度。
可选的，所述金刚石压腔40还包括垫片48，垫片48用于防止金刚石样品，所述垫片48的材料可以是不锈钢或者铼片，根据实验温度和样品来定。
可选的，金刚石压腔加压装置还包括冷却环50，所述冷却环50置于所述金刚石压腔40周边，用于对所述金刚石压腔40进行冷却降温。
具体的，所述冷却环50的材质为黄铜，如图7所示，冷却环50包括进出孔51和环支柱52，通过往所述冷却环50中通入制冷剂(例如水、液氮等)对所述金刚石压腔40进行冷却降温。
优选的，如图8所示，下底20中含有所述下底调平螺丝21，用来调节所述环底71的平行度，从而调节系统中所述金刚石压腔40的平行度。
可选的，金刚石压腔加压装置还包括调节环70，所述调节环70置于所述下底20和所述压电陶瓷60之间。
优选的，如图9所示，调节环70为环形的，调节环70包括大小不等的环底71和环顶72，所述环顶72用来抵住所述压电陶瓷60，所述环底71与下底调平螺丝21相接触。
可选的，上盖10的材质为不锈钢，包括上盖拧紧螺丝11、上盖调平螺丝12、气膜孔13和气膜槽14。其中，所述拧紧螺丝11用来锁紧所述上盖10和所述外壳30，将所述金刚石压腔40固定在装置腔体中，所述调平螺丝12用来调节所述金刚石压腔40的平行度。
优选的，所述金刚石压腔40还可以包括密闭套环，在加热的情况下可以用来通保护气，从而保护所述金刚石压砧80和所述碳化钨底座47在高温下不被氧化。
在以具体的示例性实施例中，金刚石压腔加压装置的工作原理如下：
压电陶瓷60通电后，将对金刚石压腔40加压，通过外壳30和上盖10、下底20将整个金刚石压腔加压装置压紧，实现对金刚石压腔的加压。由于压电陶瓷60加压的压力与其通电的电流大小直接相关，因此，可通过控制压电陶瓷60的通电电流，对金刚石压腔40进行加压的动态控制，有效保证了加压的连续性和可控性。
所述外壳30、上盖10和下底20作为外部固定与支撑部件将系统的其他部件整合到系统腔体中；调节环70置于下底20之上，通过下底20中的下底调平螺丝21可以对调节环70的平行度进行调节；所述上盖10的下方放置冷却环50，通过所述上盖10中的上盖调平螺丝12也可以对系统的平行度进行调节；水冷套环50分为上下两片，将所述金刚石压腔40夹在中间，可以对高温的所述金刚石压腔40进行降温处理，实现高温实验条件下的降温处理，以免高温损害其他部件的功能，或者制造超低温实验环境。
本发明的主要功能是实现初始压力及加压速率均可调控的加载功能。本装置装有气膜及压电陶瓷，可以实现二级加压。气膜放置于上盖和冷却环之间，通过往气膜中通入惰性气体(如氩气)，将气膜撑开，来对金刚石压腔施加压力，并通过控制通气量的大小，可以实现金刚石压腔初始压力的调节。压电陶瓷位于冷却环的下方，通电后发生伸展，同样可以对金刚石压腔施加压力；压电陶瓷外部与控制器相连，控制器可以调节压电陶瓷的通电电流及电压的大小，从而控制加压速率及加载压力。二级加压的优点在于可以提供加压过程中的位移增程，从而在金刚石压腔内获取更高的实验压力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种金刚石压腔加压装置，其特征在于，所述装置包括外壳、上盖、下底、金刚石压腔、压电陶瓷和压电陶瓷引线孔；
所述金刚石压腔、所述压电陶瓷位于所述上盖和所述下底之间，所述金刚石压腔位于所述压电陶瓷上方，所述压电陶瓷引线孔位于所述外壳侧面，为所述压电陶瓷引线供电。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括气膜，所述气膜位于所述金刚石压腔和所述上盖之间。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述气膜包括相互连接的气膜环和气膜管线，通过所述气膜管线将气体充入所述气膜环中，将所述气膜环撑大加压。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述金刚石压腔包括上腔体、下腔体、底座、样品仓，所述上腔体、下腔体分别位于所述金刚石压腔上端、下端，所述底座与所述上腔体、下腔体连接，所述样品仓置于所述底座之间。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述金刚石压腔还包括金刚石压砧，所述金刚石压砧置于所述底座和所述样品仓之间。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述金刚石压砧包括上砧面和下砧面，所述上砧面紧贴所述样品仓，所述下砧面紧贴所述底座。
7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述金刚石压腔还包括加热模块和/或热电偶；所述加热模块和所述热电偶均位于所述样品仓旁边，用于对所述样品仓进行加热/测温。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括冷却环，所述冷却环置于所述金刚石压腔周边，用于对所述金刚石压腔进行冷却降温。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述冷却环包括进孔、出孔和环支柱，通过往所述冷却环中通入制冷剂对所述金刚石压腔进行冷却降温。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括调节环，所述调节环置于所述下底和所述压电陶瓷之间。
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| CN111811921A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-10-23 | 中国科学院深海科学与工程研究所 | 一种具有液氮冷却系统的金刚石压腔装置 |
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