CN116558944A - 一种基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，涉及快速增压设备研制领域，包括：气膜片、金刚石对顶砧压机、硬质钢外壳和气体释放组件；气膜片与金刚石对顶砧压机位于硬质钢外壳内部，气膜片位于金刚石对顶砧压机下方，硬质钢外壳上方设置第一开口，硬质钢外壳下方设置第二开口；气体释放组件穿过硬质钢外壳的第二开口与气膜片气路连接，气体释放组件用于在标压实验中以第一充气速度释放气体，并以不同驱动压力对气膜片进行充气，并得到压力标定曲线；气体释放组件用于在加压实验中依据压力标定曲线预设驱动压力，以第二充气速度对气膜片进行充气。本发明通过气体释放组件实现快速增压效果，降低了快速增压装置的实验成本。

Description

一种基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置

技术领域

本发明涉及快速增压设备研制领域，特别涉及一种基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置。

背景技术

研发快速增压装置是研究物质在高压高温条件下状态变化规律的基础，对凝聚态物理、原子分子、行星和地球物理等基础学科的发展起到重要的推动作用。实现毫米级高压力的快速加载，探究物质在快速增压下的变化规律，能够有助于新材料截获、航空技术、爆炸力学、能源工程物理等方面的进一步发展。

目前快速增压装置涉及动力学金刚石对顶砧、气炮加载和激光加载快速加压装置。动力学金刚石通常采用压电陶瓷配件，在毫秒级时间内施加压力。而这种压机通常需要订制且价格昂贵。因此，研发能够耦合普通商业金刚石对顶砧压机的快速增压装置降低实验成本是必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，通过气体释放组件快速对气膜片进行充气，实现快速增压效果，降低了快速增压装置的实验成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，具体包括：

气膜片、金刚石对顶砧压机、硬质钢外壳和气体释放组件；

所述气膜片与所述金刚石对顶砧压机位于所述硬质钢外壳内部，所述气膜片位于所述金刚石对顶砧压机下方，所述硬质钢外壳上方设置第一开口，所述硬质钢外壳下方设置第二开口；

所述气体释放组件穿过所述硬质钢外壳的所述第二开口与所述气膜片气路连接，所述气体释放组件用于在标压实验中以第一充气速度释放所述气体，并以不同驱动压力对所述气膜片进行充气，并得到压力标定曲线；所述气体释放组件用于在加压实验中依据所述压力标定曲线预设驱动压力，以第二充气速度对所述气膜片进行充气。

可选的，所述气体释放组件，具体包括：

气瓶、压力控制器、第一阀门、第二阀门、气体储能器和电磁阀；

所述气瓶和所述压力控制器气路连接，所述压力控制器分别与所述第一阀门的第一端口和所述第二阀门的第一端口气路连接，所述第一阀门的第二端口与所述气膜片气路连接；所述第二阀门的第二端口与所述气体储能器气路连接，所述气体储能器与所述电磁阀的进气口气路连接，所述电磁阀的出气口与所述气膜片气路连接；

在标压实验中，所述第一阀门打开，所述第二阀门关闭，所述气瓶将所述气体输入所述压力控制器，所述压力控制器用于调节通过所述第一阀门气体的速度和压力，使所述气体以所述第一充气速度释放，并以不同驱动压力充入所述气膜片，以得到所述压力标定曲线；

在加压实验中，所述第二阀门打开，所述第一阀门关闭，所述气瓶将所述气体输入所述压力控制器；所述压力控制器依据所述压力标定曲线预设驱动压力，调节通过所述第二阀门的所述气体的速度和压力，使所述气体充入所述气体储能器并达到预设值；当所述气体储能器内所述气体压力达到预设值时，所述第二阀门关闭，所述电磁阀以第一开闭时间进行打开和关闭，所述气体储能罐以第二充气速度对所述气膜片充气。

可选的，所述基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，还包括：

红宝石标压系统；

所述红宝石标压系统位于所述金刚石对顶砧压机的上方，所述红宝石标压系统用于标定所述金刚石对顶砧压机内红宝石压力变化。

可选的，所述气体释放组件，还包括：

压力表；

所述压力表位于气体储能器和所述电磁阀之间，所述压力表用于测量所述气体储能器中的气压。

可选的，所述基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，还包括：

压力变送器和示波器；

所述压力变送器与所述电磁阀和所述气膜片气路连接，所述压力变送器用于检测气压的瞬时变化情况，并将气压变化转换为电信号；

所述示波器与所述压力变送器电连接，所述示波器用于接收并显示电信号。

可选的，所述基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，还包括：

垫块；

所述垫块位于所述金刚石对顶砧压机、所述气膜片和所述硬质钢外壳之间，所述垫块用于填补空隙。

可选的，所述气体为氮气。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明将现有技术中的压电陶瓷配件替换成气体释放组件，通过气体释放组件快速的充气，实现快速增压效果，降低了快速增压装置的实验成本。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的压力标定曲线图；

图3为本发明实施例提供的施加不同压力对应的红宝石荧光图；

图4为本发明实施例提供的电磁阀快速加压曲线图。

符号说明：

气瓶-1，压力控制器-2，气体储能器-3，压力表-4，电磁阀-5，压力变送器-6，气膜片-7，金刚石对顶砧压机-8，硬质钢外壳-9，垫块-10，红宝石标压系统-11，示波器-12，第一阀门-13，第二阀门-14。

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。

本发明的目的是提供一种基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，通过气体释放组件快速对气膜片进行充气，实现快速增压效果，降低了快速增压装置的实验成本。

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。

如图1所示，本发明一种基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，具体包括：气膜片7、金刚石对顶砧压机8、硬质钢外壳9和气体释放组件。

所述气膜片7与所述金刚石对顶砧压机8位于所述硬质钢外壳9内部，所述气膜片7位于所述金刚石对顶砧压机8下方，所述硬质钢外壳9上方设置第一开口，所述硬质钢外壳9下方设置第二开口；所述气膜片7用于当所述气体储能器3中释放的所述气体导入到所述气膜片7中，通过所述气膜片7的体积膨胀对所述金刚石对顶砧压机8施加压力；所述硬质钢外壳9用于装载所述金刚石对顶砧压机8和所述气膜片7；所述金刚石对顶砧压机8用于产生高压。

所述气体释放组件穿过所述硬质钢外壳9的所述第二开口与所述气膜片7气路连接，所述气体释放组件用于在标压实验中以第一充气速度释放所述气体，并以不同驱动压力对所述气膜片7进行充气，并得到压力标定曲线；所述气体释放组件用于在加压实验中依据所述压力标定曲线预设驱动压力，以第二充气速度对所述气膜片7进行充气。

所述气体释放组件，具体包括：

气瓶1、压力控制器2、第一阀门13、第二阀门14、气体储能器3和电磁阀5。

所述气瓶1和所述压力控制器2气路连接，所述压力控制器2分别与所述第一阀门13的第一端口和所述第二阀门14的第一端口气路连接，所述第一阀门13的第二端口与所述气膜片7气路连接；所述第二阀门14的第二端口与所述气体储能器3气路连接，所述气体储能器3与所述电磁阀5的进气口气路连接，所述电磁阀5的出气口与所述气膜片7气路连接；所述气瓶1用于提供所述气体；所述压力控制器2用于调节输出所述气体的速度和压力，所述压力控制器2型号为Druck PACE6000；所述第一阀门13为非快速增压阀门开关；所述第二阀门14为气体储能阀门开关；所述气体储能器3用于存储高压气体；所述电磁阀5用于快速开关，可以完成10ms内的阀门开关，所述电磁阀5型号为ZC51-6B-16。

在标压实验中，所述第一阀门13打开，所述第二阀门14关闭，所述气瓶1将所述气体输入所述压力控制器2，所述压力控制器2用于调节通过所述第一阀门13气体的速度和压力，使所述气体以所述第一充气速度释放，并以不同驱动压力充入所述气膜片7，以得到所述压力标定曲线；所述第一阀门13和所述第二阀门14为手动阀。

在加压实验中，所述第二阀门14打开，所述第一阀门13关闭，所述气瓶1将所述气体输入所述压力控制器2；所述压力控制器2依据所述压力标定曲线预设驱动压力，调节通过所述第二阀门14的所述气体的速度和压力，使所述气体充入所述气体储能器3并达到预设值；当所述气体储能器3内气体压力达到预设值时，所述第二阀门14关闭，所述电磁阀5以第一开闭时间进行打开和关闭，所述气体储能罐以第二充气速度对所述气膜片7充气。

所述红宝石标压系统11位于所述金刚石对顶砧压机8的上方，所述红宝石标压系统11用于标定所述金刚石对顶砧压机8内红宝石压力变化；所述红宝石标压系统11的光路与所述金刚石对顶砧压机8的金刚石砧面对中，通过探测普通商业金刚石对顶砧中红宝石荧光峰位标定压腔内压力。

所述压力表4位于所述气体储能器3和所述电磁阀5之间，所述压力表4用于测量所述气体储能器3中的气压。

所述压力变送器6与所述电磁阀5和所述气膜片7气路连接，所述压力变送器6用于检测气压的瞬时变化情况，并将气压变化转换为电信号；所述压力变送器6拥有极高的固有频率、宽广优良的带宽，能够检测出瞬时气压变化。

所述示波器12与所述压力变送器6电连接，所述示波器12用于接收并显示电信号。

所述垫块10位于所述金刚石对顶砧压机8、所述气膜片7和所述硬质钢外壳9之间，所述垫块10用于填补空隙；当所述金刚石对顶砧压机8上方装有所述红宝石标压系统11时，所述垫块10也可用于填补所述金刚石对顶砧压机8、所述红宝石标压系统11和所述硬质钢外壳9之间的空隙；进一步的，还可以通过增减所述垫块10的数量适应不同大小的空隙。

本申请中使用的所述气体为氮气。

本发明具有快速加压的功能，可以实现在20ms内将压力加载到23GPa。

具体技术方案如下：

气膜驱动快速增压设备的方法，包括以下步骤：

在标压实验中，利用基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，首先将所述气瓶1通入氮气，通过所述压力控制器2控制输出的气压压强，然后打开所述第一阀门13，关闭所述第二阀门14，开展不同加载气压压强与放置在所述金刚石对顶砧压机8压腔中的红宝石荧光压力标定光谱实验，通过施加不同的气压得出常规升压曲线，如图2所示，获得不同气压压强与样品腔内的压力标定曲线。

在加压实验中，首先在所述红宝石标压系统11的样品腔中重新装载红宝石，通过预压，对样品进行封装，封装后样品腔压力为1.18GPa；关闭所述第一阀门13，打开所述第二阀门14。根据图2中的压力标定曲线找到所需加载压力对应的气压，利用所述压力控制器2对所述气体储能器3充入对应的气体压强，关闭所述第二阀门14；施加0.1MPa的气压，保证各部件压紧、红宝石荧光峰明显变化，如图3所示，对应样品腔压力为1.54GPa；对所述气体储能器3进行预充，储存1.85MPa气压，按照压力标定曲线，能够获得20GPa以上压力；通过触发所述电磁阀5开关，控制所述气体储能器3的压力，快速对所述气膜片7充气，进而对样品快速施加1.85MPa驱动压力。

通过设置所述示波器12的触发条件，触发条件为所述示波器12电压的变化，采用单次触发记录驱动压力跃变的时间，即通过记录所述示波器12电压变化的时间反映瞬间压力变化时间，并利用所述红宝石标压系统11对样品腔内红宝石压力进行标定，如图4所示，得到样品腔内压力为23GPa，并且观测到示波器12压力产生时间为16.64ms。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文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 (7)

1.一种基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，其特征在于，具体包括：

气膜片、金刚石对顶砧压机、硬质钢外壳和气体释放组件；

所述气膜片与所述金刚石对顶砧压机位于所述硬质钢外壳内部，所述气膜片位于所述金刚石对顶砧压机下方，所述硬质钢外壳上方设置第一开口，所述硬质钢外壳下方设置第二开口；

所述气体释放组件穿过所述硬质钢外壳的所述第二开口与所述气膜片气路连接，所述气体释放组件用于在标压实验中以第一充气速度释放所述气体，并以不同驱动压力对所述气膜片进行充气，并得到压力标定曲线；所述气体释放组件用于在加压实验中依据所述压力标定曲线预设驱动压力，以第二充气速度对所述气膜片进行充气。

2.根据权利要求1所述的基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，其特征在于，所述气体释放组件，具体包括：

气瓶、压力控制器、第一阀门、第二阀门、气体储能器和电磁阀；

所述气瓶和所述压力控制器气路连接，所述压力控制器分别与所述第一阀门的第一端口和所述第二阀门的第一端口气路连接，所述第一阀门的第二端口与所述气膜片气路连接；所述第二阀门的第二端口与所述气体储能器气路连接，所述气体储能器与所述电磁阀的进气口气路连接，所述电磁阀的出气口与所述气膜片气路连接；

在标压实验中，所述第一阀门打开，所述第二阀门关闭，所述气瓶将所述气体输入所述压力控制器，所述压力控制器用于调节通过所述第一阀门的所述气体的速度和压力，使所述气体以所述第一充气速度释放，并以不同驱动压力充入所述气膜片，以得到所述压力标定曲线；

在加压实验中，所述第二阀门打开，所述第一阀门关闭，所述气瓶将所述气体输入所述压力控制器；所述压力控制器依据所述压力标定曲线预设驱动压力，调节通过所述第二阀门的所述气体的速度和压力，使所述气体充入所述气体储能器并达到预设值；当所述气体储能器内所述气体的压力达到预设值时，所述第二阀门关闭，所述电磁阀以第一开闭时间进行打开和关闭，所述气体储能罐以第二充气速度对所述气膜片充气。

3.根据权利要求1所述的基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，其特征在于，所述基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，还包括：

红宝石标压系统；

所述红宝石标压系统位于所述金刚石对顶砧压机的上方，所述红宝石标压系统用于标定所述金刚石对顶砧压机内红宝石压力变化。

4.根据权利要求2所述的基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，其特征在于，所述气体释放组件，还包括：

压力表；

所述压力表位于所述气体储能器和所述电磁阀之间，所述压力表用于测量所述气体储能器中的气压。

5.根据权利要求2所述的基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，其特征在于，所述基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，还包括：

压力变送器和示波器；

所述压力变送器分别与所述电磁阀和所述气膜片气路连接，所述压力变送器用于检测气压的瞬时变化情况，并将气压变化转换为电信号；

所述示波器与所述压力变送器电连接，所述示波器用于接收并显示电信号。

6.根据权利要求1所述的基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，其特征在于，所述基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，还包括：

垫块；

所述垫块位于所述金刚石对顶砧压机、所述气膜片和所述硬质钢外壳之间，所述垫块用于填补空隙。

7.根据权利要求1所述的基于金刚石对顶砧气膜驱动快速增压装置，其特征在于，所述气体为氮气。