JP6698149B2 - 超高圧プレス機用カプセルアセンブリおよびそれらの使用方法 - Google Patents
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Claims (30)
- 超高圧炉用カプセルアセンブリであって、
中央縦方向軸を画定する格納チューブと、
反応アセンブリの収容に適するチャンバーと、
近位および遠位の端部ヒーターアセンブリと、
サイドヒーターアセンブリと、
を含んでなり、
使用時に組み立てられた際に、
前記チャンバーおよび前記サイドヒーターアセンブリが、
前記格納チューブ内に格納され、かつ
前記近位および遠位の端部ヒーターアセンブリの間に縦方向に配置され、
それぞれの端部ヒーターアセンブリが、前記端部ヒーターアセンブリを通って各電気経路を形成する各伝導体を含んでなり、
前記サイドヒーターアセンブリが、前記各伝導性体を互いに電気的に接続し、および
前記サイドヒーターアセンブリと前記伝導性体とを通って流れる電流に応じて、熱が前記チャンバー中で生じることができ、
少なくとも前記近位の端部ヒーターアセンブリが、
外側絶縁体を含む第1の絶縁部材を含んでなり、
少なくとも前記近位の端部ヒーターアセンブリの伝導性体が、内側伝導性体を含み、および
前記内側伝導性体が、前記外側絶縁体によって前記格納チューブから横方向に離隔される、
ように構成され、
前記カプセルアセンブリが、
近位および/または遠位のサイドヒーター障壁をさらに含んでなり、
使用時に組み立てられた際に、
前記近位および/または遠位の端部ヒーターアセンブリが、前記格納チューブの内部サイド表面に隣接して並べられる各周囲サイドを有し、および
前記近位および/または遠位のサイドヒーター障壁が、その周囲サイドに隣接する前記近位および/または遠位の端部ヒーターアセンブリからサイドヒーターアセンブリを離隔する、ように構成され、
前記端部ヒーターアセンブリが、前記中央縦方向軸に沿って、前記カプセルアセンブリに超高圧炉によって適用された力に応じて、互いに向かい合って移動する際に、前記サイドヒーターアセンブリの一部が、前記近位および/または遠位の端部ヒーターアセンブリの周囲サイドと、格納チューブとの間に侵入することを防止し、このようにして前記近位および/または端部ヒーターアセンブリの少なくとも一部で短絡することを避けるように作用し、
前記サイドヒーター障壁が、円形のリングの形態であり、およびそれぞれの障壁リングの平面に垂直な断面、かつその断面を通って見た際に、実質的に直角三角形の形状を有し、前記直角三角形の形状の斜辺はマイタ表面を画定する、超高圧炉用カプセルアセンブリ。 - 前記第1の絶縁部材が、リングの形態であり、
その周囲サイドが、前記格納チューブに当接し、前記内側伝導性体を通って流れる全電流を抑制するように作用する、
請求項1に記載のカプセルアセンブリ。 - 前記内側伝導性体が、
前記中央縦方向軸を含み、かつ
前記中央縦方向軸から測定して、前記端部ヒーターアセンブリの横方向範囲の、最大で2/3まで延在する、
請求項1または2に記載のカプセルアセンブリ。 - 前記内側伝導性体が、
環状の形態で、
前記中央縦方向軸と同軸であり、かつ
前記中央縦方向軸から測定して、前記端部ヒーターアセンブリの横方向範囲の、最大で2/3まで延在する外側半径を有する、
請求項1〜3のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリ。 - 少なくとも前記近位の端部ヒーターアセンブリが、ディスクおよびリングとして構成される複数の絶縁部材を含んでなり、それらが、単一の切りばめ細工ディスクを形成するように上下に現れて見ることができるように協同的に構成され、かつ同軸に配置される、請求項1〜4のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリ。
- 少なくとも前記近位の端部ヒーターアセンブリが、
複数の伝導性要素と、
複数の絶縁部材と、
を含んでなり、
使用時に組み立てられた際に、前記近位の端部ヒーターアセンブリが、その横方向領域にわたって実質的に均一な圧縮剛性を示すように協同的に構成される、
請求項5に記載のカプセルアセンブリ。 - 前記伝導性体が、それぞれ、グラファイト、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)またはタンタル(Ta)から選択される材料を含んでなる複数の端部伝導性要素によって形成される、請求項1〜6のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリ。
- 前記またはそれぞれの絶縁部材が、セ氏25度(℃)および海面大気圧で、少なくとも15ギガパスカル(GPa)の弾性率を有するセラミック材料を含んでなる、請求項1〜7のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリ。
- 前記またはそれぞれの絶縁部材が、海面大気圧で測定、
25℃において、最大で100×10−6Kcal/(cm・s・℃)、または
1,000℃において、最大で10×10−6Kcal/(cm・s・℃)、の平均熱伝導率を有するセラミック材料を含んでなる、請求項1〜8のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリ。 - 前記近位および遠位の端部ヒーターアセンブリの両方の伝導体が、各内側伝導性体を含み、
近位および遠位の端部ヒーターアセンブリの両方が、各外側絶縁体を含む各第1の絶縁部材を含んでなり、および
端部ヒーターアセンブリの内側伝導性体の両方が、前記各外側絶縁体によって前記格納チューブから横方向に離隔される、
請求項1〜9のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリ。 - 前記遠位の端部ヒーターアセンブリの内側伝導性体が、全方位角的な方向において、前記近位の端部ヒーターアセンブリの内側伝導性体よりも格納チューブからさらに離隔され、使用中に、反応空間内に温度勾配が発生するように作用する、請求項10に記載のカプセルアセンブリ。
- 少なくとも前記近位の端部ヒーターアセンブリが、
前記リングの形態の第1の絶縁部材と、
ディスクの形態の第2の絶縁部材と、
リングの形態の第1の伝導性要素と、
ディスクの形態の第2の伝導性要素と、
を含んでなり、
使用時に組み立てられた際に、
第1の層アセンブリが、前記第1の絶縁部材によって画定された貫通孔内に同軸に収容された前記第2の伝導性要素を含んでなり、
第2の層アセンブリが、前記第1の伝導性要素によって画定された貫通孔内に同軸に収容された前記第2の絶縁部材を含んでなり、
および第3の層アセンブリが、少なくとも1つの導電性ディスクを含んでなり、
前記第3の層アセンブリが、前記第1と第2の層アセンブリとの間に積み重ねられることができ、かつ前記第1および第2の伝導性要素を電気的に接続することができる、
ように協同的に構成される、
請求項1〜11のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリ。 - 前記第1の伝導性要素によって画定された前記貫通孔の半径が、前記第1の絶縁部材によって画定された前記貫通孔の半径、ならびに前記第2の伝導性要素および前記第2の絶縁部材の半径に、実質的に等しい、請求項12に記載のカプセルアセンブリ。
- 前記第1および第2の伝導性要素が、それぞれ、グラファイトを含んでなり、および前記第3の伝導性要素が、Mo、TiまたはTaなどの、海面大気圧で少なくとも1,600℃の融点を有する金属材料を含んでなる、請求項12または13に記載のカプセルアセンブリ。
- 前記第1の伝導性要素が、前記第2の絶縁部材と実質的に同じ厚さを有し、および
前記第2の伝導性要素が、前記第1の絶縁部材と実質的に同じ厚さを有する、
請求項12〜14のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリ。 - 前記またはそれぞれの絶縁部材が、少なくとも1ミリメートル(mm)の厚さを有する、請求項1〜16のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリ。
- 使用時に組み立てられた際に、前記近位および/または遠位のサイドヒーター障壁が、前記サイドヒーターアセンブリの各近位および遠位のフランジ部分に隣接するようなリングの形態であり、
前記近位および/遠位のフランジ部分が、
前記内部サイド表面から離れて延在し、および
前記内部サイド表面から遠く、かつ前記近位および/または遠位のサイドヒーター障壁によってそれから離隔される接触界面において、前記近位および/または遠位の端部ヒーターアセンブリの伝導性体に電気的に接触する、
請求項1〜16のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリ。 - 前記マイタ表面は、使用時に組み立てられた際に、前記マイタ表面が、前記縦方向軸に対して10〜80度の角度に並べられるように構成および配置される、
請求項1〜17のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリ。 - 前記近位および/または遠位のサイドヒーター障壁が、グラファイトなどの導電性材料を含んでなる、請求項1〜18のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリ。
- 前記サイドヒーターアセンブリが、
内側サイドヒーター要素と、
外側サイドヒーター要素と、を含んでなり、
それぞれ、異なる導電性材料を含んでなり、かつ
それを通って流れる電流に応じて熱を発生させることができ、
使用時に組み立てられた際に、
前記内側および外側サイドヒーター要素が同軸であり、
前記内側サイドヒーター要素が、前記外側サイドヒーター要素によって前記格納チューブから離隔され、および
両方が、前記チャンバーの縦方向の全長に沿って前記端部ヒーターアセンブリの間に延在する、
ように構成される、
請求項1〜19のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリ。 - 前記内側および外側サイドヒーター要素が、それぞれ、グラファイト、少なくとも1,600℃の融点を有する耐火金属、または前記耐火金属の導電性炭化物から選択される材料を含んでなる、請求項20に記載のカプセルアセンブリ。
- 前記サイドヒーター要素の少なくとも1つが、Tiを含んでなり、および
前記サイドヒーター要素の少なくとも1つが、Taを含んでなる、
請求項20または21に記載のカプセルアセンブリ。 - 前記サイドヒーター要素の少なくとも1つが、グラファイトを含んでなり、および
前記サイドヒーター要素の少なくとも1つが、TiまたはTaを含んでなる、
請求項20〜22のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリ。 - 前記内側サイドヒーター要素が、TiまたはTaを含んでなり、および
前記外側サイドヒーター要素が、グラファイトを含んでなる、
請求項23に記載のカプセルアセンブリ。 - 前記サイドヒーター要素の少なくとも1つの電気抵抗が、25℃〜1,600℃の温度範囲にわたる温度で増加し、および
別の前記サイドヒーター要素の電気抵抗が、前記温度範囲にわたる温度で減少する、
請求項20〜24のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリ。 - 前記サイドヒーターアセンブリが、使用時に組み立てられた際に、前記内側および外側サイドヒーター要素が、接触界面領域にわたって互いに電気的な接触状態であるように構成され、ならびに
請求項20〜25のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリ。 - 前記超高圧炉が、ベルト型または立方プレス装置である、請求項1〜26のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリ。
- 組み立てられた状態で請求項1〜27のいずれか一項に記載のカプセルアセンブリを含んでなり、かつ前記チャンバー内に置かれた反応アセンブリを格納する合成アセンブリであって、
前記反応アセンブリが、前記反応アセンブリに超高圧を適用する前記超高圧炉に応じて、超硬質材料を製造することに適する、
合成アセンブリ。 - 前記超硬質材料が、合成ダイヤモンドまたは立方窒化ホウ素(cBN)を含んでなる、請求項28に記載の合成アセンブリ。
- 請求項28または29に記載の合成アセンブリの使用方法であって、
超高圧炉を使用して、合成アセンブリを、超硬質材料の発生に適する圧力および温度に少なくとも5時間さらすことを含む、方法。
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