[实用新型]圆柱销固定式热致压力装置

说明书

技术领域

本实用新型提供一种圆柱销固定式热致压力装置，属于设计制造高压和超高压设备技术领域。

背景技术

现有产生高压的装置主要有工程上使用的六面顶和两面顶设备以及实验室研究用的压砧(anvil)。这些设备的基本原理均是通过外力作功，使型腔内部产生高压力环境，其中六面顶和两面顶设备的优点是型腔较大，可满足Φ30～50mm腔体尺寸的要求，适用于工业生产，但设备体积庞大，自重达几十吨，且产生的压力较小，一般只有～10GPa；压砧可产生大于100GPa的压力，且装置较小，但其缺点是型腔体积极小，仅为10^-4mm³数量级。现有设备的高压产生原理决定了型腔体积和高压两者不能兼顾，因此利用目前的高压设备无法实现cm³数量级、10GPa以上的高压环境。

为了克服上述高压产生装置存在的不足，申请号为“200610166214”的发明专利申请提出了基于热胀冷缩原理来设计压力产生装置的思路，不依赖外力直接作功，利用不同材料热膨胀系数的差异，在高温条件下因体积不能自由膨胀而产生压力，实现在cm³数量级型腔体积内产生10GPa以上的高压环境，但该发明装置适用于轴向长、径向短的试样。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种圆柱销固定式热致压力装置，可以克服现有技术存在的缺陷，适用于处理轴向尺寸长同时径向尺寸相对较大的试样。其技术方案为：

包括试样、固定销和外模具，其特征在于：外模具和试样均呈圆柱形，试样经由位于外模具上方轴心处的安装孔与外模具同轴且过盈配合安装在外模具中心，外模具在试样的上、下两端对应处均设有垂直穿过轴心的通孔，且两通孔互相垂直，每个通孔内过盈配合安装有固定销，试样的两端与分居其上、下端的固定销紧密接触，且试样的热膨胀系数大于固定销和外模具的热膨胀系数。装配时，试样与外模具中心孔呈过盈配合，则其径向的膨胀将受到限制，但轴向仍可自由膨胀；然后在试样上、下端分别装配圆柱销，则试样轴向的膨胀也被限制，因而各个方向均不能自由膨胀。

所述的圆柱销固定式热致压力装置，试样的上、下端面与分居其上、下端的固定销弧度一致，紧密贴合。

其工作原理为：整个装置在室温下装配，由于不同材料的热膨胀系数不尽相同，因而可以让热膨胀系数较小的材料紧密包裹热膨胀系数较大的材料，在装置整体受热时，内部热膨胀系数大的材料因不能自由膨胀而承受压力；加热温度越高，内部热膨胀系数大的材料受到的压力也就越大。在本设计中，使试样的热膨胀系数大于外模具的热膨胀系数，因而加热时试样由于不能自由膨胀将承受压应力。而外模具和固定圆柱销则受拉应力，当拉应力超过外模具材料的抗拉强度时，外模具将发生开裂。当试样的尺寸确定后，加热温度越高其产生的热膨胀量也越大。在某一温度时，试样产生固定的压强，由于其外观尺寸是确定的，所以表面积不变，即试样对外模具的反作用力是一定的，因此增加外模具的尺寸，增大其截面面积能够有效地提高外模具承受的压力，即提高试样承受的压力。因此可以通过改变外模具的尺寸，调整中心孔的轴向和径向尺寸，调节加热温度来控制型腔内部试样承受的压力大小。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：设计简单，体积小巧；所用材料价格低廉，装置各部分易于机加工，且整套装置容易装配；新装置降低了制造成本，更适用于实验室研究高压环境处理对材料组织与性能的影响。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是图1所示实施例的俯视图；

图3是图2所示实施例的A-A剖面图；

图4是图2所示实施例的B-B剖面图。

图中：1、安装孔  2、外模具  3、固定销  4、试样

具体实施方式

外模具2和试样4均呈圆柱形，试样4经由位于外模具2上方轴心处的安装孔1与外模具2同轴且过盈配合安装在外模具2中心，外模具2在试样4的上、下两端对应处均设有垂直穿过轴心的通孔，且两通孔互相垂直，每个通孔内过盈配合安装有固定销3，试样4的上、下端面与分居其上、下端的固定销3弧度一致，紧密贴合，试样4的热膨胀系数大于固定销3和外模具2的热膨胀系数。

装配时，试样4与外模具2呈过盈配合，同轴安装在外模具2的中心，其径向的膨胀将受到限制，但其轴向仍可自由膨胀；然后其上、下端再分别装配固定销3，则试样4轴向的膨胀也被限制，因而各个方向均不能自由膨胀。