CN216972742U - 一种晶体制备装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种晶体制备装置，属于超硬材料合成技术领域。该晶体制备装置包括隔温传压管、两个导电块、多面体块和加热体。多面体块相背的两面之间贯通有通道，沿通道的轴线方向，通道内依次设有导电块、隔温传压管和导电块。加热体具有容纳物料的腔体，加热体穿设于隔温传压管并分别与两个导电块连接。在使用时，大腔体压机能够对多面体块的各个面进行均匀地施压，从而使压力能够由外向内传递至物料。同时，两个导电块通电使加热体产生高温，进而使物料在高温高压的条件下发生化学反应，最终形成晶体。其中，隔温传压管能够起到隔绝热量和传递压力的作用，保证加热体能够维持一定的温度和压力，从而提高晶体体积和晶体制备速度。
Description
技术领域
本申请涉及超硬材料合成技术领域，尤其涉及一种晶体制备装置。
背景技术
立方氮化硼合成工艺中，首先需要将合成立方氮化硼所需的物料放置于加热体中，并将加热体装入叶腊石传压密封块的圆柱形腔体中，其腔体两端再放置导电体，再将组装好的叶腊石传压密封块放入六面顶压机的高压工作腔中，通过六面加压，同时通入大电流使得加热体加热，使得物料在高温高压的条件下转化为立方氮化硼并进行晶体生长。在此过程中，加热体产生的高温会导致叶腊石变性，从而带来安全隐患和压力损失，影响制备晶体所需的高温高压环境条件，导致晶体体积减小和质量下降。
实用新型内容
本申请提供了一种晶体制备装置，用以解决现有技术中加热体产生的高温会导致叶腊石变性，从而带来安全隐患和压力损失，影响制备晶体所需的高温高压环境条件，导致晶体体积减小和质量下降的问题。
为解决上述问题，本申请提供了：一种晶体制备装置，安装于大腔体压机中，包括：
隔温传压管；
两个导电块；
多面体块，所述多面体块相背的两面之间贯通有通道，沿所述通道的轴线方向，所述通道内依次设有所述导电块、所述隔温传压管和所述导电块；
加热体，所述加热体具有容纳物料的腔体，所述加热体穿设于所述隔温传压管并分别与两个所述导电块连接。
在一种可能的实施方式中，所述隔温传压管的管壁厚度为D，满足7mm ≥D≥2mm。
在一种可能的实施方式中，所述通道的横截面、所述隔温传压管的横截面和所述导电块的横截面三者形状相同。
在一种可能的实施方式中，所述晶体制备装置还包括两个隔温传压环和两个导电柱，所述隔温传压环抵接于所述导电块和所述加热体之间，所述导电柱穿设于所述隔温传压环并连接于所述加热体和所述导电块之间。
在一种可能的实施方式中，所述加热体抵接于所述导电柱的一面的面积大于所述导电柱抵接于所述加热体的一面的面积。
在一种可能的实施方式中，所述隔温传压环在所述通道的轴线方向上的厚度小于所述隔温传压管的管壁厚度。
在一种可能的实施方式中，所述加热体包括加热筒和两个加热盖，两个所述加热盖分别盖设于所述加热筒的两端，以使所述加热筒和两个所述加热盖共同围设形成密封的所述腔体，所述加热盖与所述导电柱相抵接。
在一种可能的实施方式中，所述晶体制备装置还包括抗压导电片，所述抗压导电片抵接于所述导电柱与所述导电块之间。
在一种可能的实施方式中，所述抗压导电片垂直于所述通道的轴线方向的截面的面积为a，所述导电柱垂直于所述通道的轴线方向的截面的面积为b，所述导电块垂直于所述通道的轴线方向的截面的面积为c，满足a≥b ＞c。
在一种可能的实施方式中，所述晶体制备装置还包括填充环，所述填充环抵接于所述导电块与所述多面体块之间。
本申请的有益效果是：本申请提出一种晶体制备装置，在使用时，大腔体压机能够对多面体块的各个面进行均匀地施压，从而使压力能够由外向内传递至物料。同时，两个导电块分别与外部电源的正负极连接，从而使导电块之间的加热体通电产生高温，进而使物料在高温高压的条件下发生化学反应，最终形成晶体。在此过程中，隔温传压管能够起到隔绝热量和传递压力的作用，保证加热体能够维持一定的温度和压力，满足晶体生长所需的环境条件，从而提高晶体体积和晶体制备速度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1示出了本实用新型的实施例提供的晶体制备装置的结构示意图；
图2示出了本实用新型的实施例提供的晶体制备装置的爆炸结构示意图；
图3示出了本实用新型的实施例提供的晶体制备装置的剖视结构示意图；
图4示出了本实用新型的实施例提供的晶体制备装置中参与导电部分的结构示意图。
主要元件符号说明：
100-多面体块；110-通道；200-隔温传压管；300-导电块；400-加热体； 410-腔体；420-加热筒；430-加热盖；500-隔温传压环；600-导电柱；700- 抗压导电片；800-填充环。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例一
请参阅图1、图2和图3，本实施例提供了一种晶体制备装置，安装于大腔体压机中，该晶体制备装置包括隔温传压管200、两个导电块300、多面体块100和加热体400。多面体块100相背的两面之间贯通有通道110，沿通道110的轴线方向，通道110内依次设有导电块300、隔温传压管200 和导电块300。加热体400具有容纳物料的腔体410，加热体400穿设于隔温传压管200并分别与两个导电块300连接。
本申请的实施例提供的晶体制备装置，在使用时，大腔体压机能够对多面体块100的各个面进行均匀地施压，从而使压力能够由外向内传递至物料。同时，两个导电块300分别与外部电源的正负极连接，从而使导电块300之间的加热体400通电产生高温，进而使物料在高温高压的条件下发生化学反应，最终形成晶体。在此过程中，隔温传压管200能够起到隔绝热量和传递压力的作用，保证加热体400能够维持一定的温度和压力，满足晶体生长所需的环境条件，从而提高晶体体积和晶体制备速度。
其中，晶体可为立方氮化硼。
其中，多面体块100可由叶腊石粉通过压制、高温煅烧并通过中心精密雕孔成型，叶腊石材料能够在高压下展现较好的流动性，易于形成密封体牢牢锁住内部的高温与外界传达的高压。同时，该多面体块100为六面体块或八面体块，该六面体块可为正方体。
其中，隔温传压管200可由白云石粉压制成型，由于白云石制成的隔温传压管200可以使整个晶体制备装置的压力提高，使传压和增压效果更明显。同时，当多面体块100由叶腊石材料制成时，由白云石制成的隔温传压管200也能够避免高温引起叶腊石变形而带来的安全隐患和压力损失。
其中，加热体400可由碳粉压制成型。
其中，导电块300可由铁浇筑压制而成，钢的材质在高压下体积收缩稳定，也同时保证通道110的密闭性。
实施例二
如图3所示，本实施例在实施例一的基础上，提出了隔温传压管200 的一种设置方式。隔温传压管200的管壁厚度为D，满足7mm≥D≥2mm。
具体的，当隔温传压管200的管壁厚度在2毫米至7毫米之间时，隔温传压管200能够在不影响加热体400体积的前提下，提高整个晶体制备装置的承压能力、传压能力和隔温能力，从而使加热体400内的物料能够在更好的压力和温度条件下进行化学反应，进而提高制备出的晶体的体积和质量。其中，当D为2mm时，隔温传压管200的内部空间较大，能够提高加热体400内腔体410的容量。当D为7mm时，隔温传压管200传递压力的能力较强，使得腔体410承受的压力能够进一步提高，在实验条件下可接近6.5GPA。
如图2所示，在上述实施例中，可选的，通道110的横截面、隔温传压管200的横截面和导电块300的横截面三者形状相同。
具体的，由于通道110的壁面的形状分别与隔温传压管200的外壁面和导电块300的形状相同，使得隔温传压管200和导电块300能够与通道 110的内壁面相互贴合，从而在提高空间利用率的同时，避免隔温传压管 200和导电块300两者与通道110之间形成间隙，从而避免在大腔体压机的施压下，导致多面体块100、隔温传压管200和导电块300三者受力不均匀，最终导致加热腔发生非均匀形变而影响晶体体积和质量的问题。
实施例三
如图2和图3所示，本实施例在实施例一或实施例二的基础上，提出了隔温传压环500和导电柱600的一种设置方式。晶体制备装置还包括两个隔温传压环500和两个导电柱600，隔温传压环500抵接于导电块300和加热体400之间，导电柱600穿设于隔温传压环500并与加热体400和导电块300连接。
具体的，通过在导电块300和加热体400之间设置隔温传压环500，从而使加热体400不被隔温传压管200覆盖的区域能够被隔温传压环500所覆盖，进而通过隔温传压环500传递压力至加热体400并隔绝加热体400 产生的热量，提高了加热体400的温度和承受压力的极限。同时，由于导电柱600穿设于隔温传压环500并连接于加热体400和导电块300之间，导电柱600作为导电介质起到加热体400与导电块300进行电流传导的作用，并且，可通过改变导电柱600的体积从而改变导电柱600的电阻值，进而改变加热体400的加热温度。
其中，隔温传压环500可采用与隔温传压管200相同的材质。
其中，导电柱600可采用与加热体400相同的材质。
如图2、图3和图4所示，在上述实施例中，可选的，加热体400抵接于导电柱600的一面的面积大于导电柱600抵接于加热体400的一面的面积。
具体的，由于导电柱600朝向加热体400的一面的面积大于加热体400 朝向导电柱600的一面的面积，该设置方式缩小了导电柱600的截面面积，使得隔温传压环500的内径能够进一步缩小，从而提高隔温传压环500的截面面积，进而提高隔温传压环500的隔热和增压效果，最终提高了晶体的质量和体积。
如图2和图3所示，在上述实施例中，可选的，隔温传压环500在通道110的轴线方向上的厚度小于隔温传压管200的管壁厚度。
具体的，由于在通道110内、在加热体400的两相对侧分别设有导电块300，该导电块300能够分担一部分传压、增压的作用，因此，通过使隔温传压环500在通道110的长度方向上的厚度小于隔温传压管200的管壁厚度，使得隔温传压环500能够在起到一定的隔热传压作用的同时，避免占用过多通道110内的空间，从而使加热体400的体积可进一步增大，提高加热体400容量的同时也提高通道110内的空间利用率。
实施例四
如图3和图4所示，本实施例在实施例一至实施例三的基础上，提出了加热体400的一种设置方式。加热体400包括加热筒420和两个加热盖 430，两个加热盖430分别盖设于加热筒420的两端，以使加热筒420和两个加热盖430共同围设形成密封的腔体410，加热盖430与导电柱600相抵接。
具体的，加热体400由加热筒420和加热盖430组成，加热筒420和加热盖430的形状简单，能够降低加工难度，也便于通过更换加热筒420 或加热盖430的规格调整加热体400的体积。同时，加热盖430与加热筒 420之间可拆卸，能够方便在该加热体400中添加物料。
实施例五
如图2和图4所示，本实施例在实施例一至实施例四的基础上，对技术方案进行了进一步的限定。晶体制备装置还包括抗压导电片700，抗压导电片700抵接于导电柱600与导电块300之间。
具体的，由于抗压导电片700具备一定的结构强度和导电能力，能够避免在大腔体压机的施压下发生较大的形变，从而提高抗压导电片700与导电块300之间的连接处以及抗压导电片700和导电柱600之间的连接处的连接稳定性，确保加热体400能够在施压过程中保持稳定的加热功率。
其中，抗压导电片700可由硬度较高的金属钼压制而成。
如图4所示，在上述实施例中，可选的，抗压导电片700垂直于通道 110的轴线方向的截面的面积为a，导电柱600垂直于通道110的轴线方向的截面的面积为b，导电块300垂直于通道110的轴线方向的截面的面积为 c，满足a≥b＞c。
具体的，由于抗压导电片700的面积分别大于导电柱600的截面面积和导电块300的截面面积，该设置方式提高了抗压导电片700与导电柱600 或导电块300的接触面积，避免晶体制备装置在受压过程中，由于导电柱 600或导电块300发生形变而影响导电的稳定性。
如图1和图3所示，在上述实施例中，可选的，晶体制备装置还包括填充环800，填充环800抵接于导电块300与多面体块100之间。
具体的，填充环800能够抵接在导电块300与多面体块100之间，从而填充导电块300与多面体块100之间的间隙，提高了晶体制备装置的密封性，进而避免晶体制备装置在大腔体压机的施压下，发生通道110内部物质从导电块300与多面体块100之间的间隙泄漏的问题，保证实验能够安全进行。
其中，填充环800可采用与多面体块100相同的材质。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种晶体制备装置，安装于大腔体压机中，其特征在于，包括：
隔温传压管；
两个导电块；
多面体块，所述多面体块相背的两面之间贯通有通道，沿所述通道的轴线方向，所述通道内依次设有所述导电块、所述隔温传压管和所述导电块；
加热体，所述加热体具有容纳物料的腔体，所述加热体穿设于所述隔温传压管并分别与两个所述导电块连接。
2.根据权利要求1所述的晶体制备装置，其特征在于，所述隔温传压管的管壁厚度为D，满足7mm≥D≥2mm。
3.根据权利要求1所述的晶体制备装置，其特征在于，所述通道的横截面、所述隔温传压管的横截面和所述导电块的横截面三者形状相同。
4.根据权利要求1所述的晶体制备装置，其特征在于，所述晶体制备装置还包括两个隔温传压环和两个导电柱，所述隔温传压环抵接于所述导电块和所述加热体之间，所述导电柱穿设于所述隔温传压环并连接于所述加热体和所述导电块之间。
5.根据权利要求4所述的晶体制备装置，其特征在于，所述加热体抵接于所述导电柱的一面的面积大于所述导电柱抵接于所述加热体的一面的面积。
6.根据权利要求4所述的晶体制备装置，其特征在于，所述隔温传压环在所述通道的轴线方向上的厚度小于所述隔温传压管的管壁厚度。
7.根据权利要求4所述的晶体制备装置，其特征在于，所述加热体包括加热筒和两个加热盖，两个所述加热盖分别盖设于所述加热筒的两端，以使所述加热筒和两个所述加热盖共同围设形成密封的所述腔体，所述加热盖与所述导电柱相抵接。
8.根据权利要求4所述的晶体制备装置，其特征在于，所述晶体制备装置还包括抗压导电片，所述抗压导电片抵接于所述导电柱与所述导电块之间。
9.根据权利要求8所述的晶体制备装置，其特征在于，所述抗压导电片垂直于所述通道的轴线方向的截面的面积为a，所述导电柱垂直于所述通道的轴线方向的截面的面积为b，所述导电块垂直于所述通道的轴线方向的截面的面积为c，满足a≥b＞c。
10.根据权利要求1所述的晶体制备装置，其特征在于，所述晶体制备装置还包括填充环，所述填充环抵接于所述导电块与所述多面体块之间。
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