[发明专利]基于铰链式六面体压机的超高压装置

说明书

技术领域

本发明属于超硬材料合成设备的技术领域，特别涉及一种铰链式六面体液压机中使用的产生静高压的装置。

背景技术：

高温高压环境是开展人工合成造金刚石、立方氮化硼(cBN)等超硬材料以及相关高压科学研究的必要条件。大腔体静高压装置是产生高温高压环境的主要设备。在多面体高压装置中，铰链式六面体压机装置具有六面体压腔，结构紧凑，加工及安装相对简单，造价也相对便宜。目前该设备已广泛用于超硬材料行业，是我国成为超硬材料产业大国的主要生产设备。随着工业技术水平的进步，六面体压机的设计和整体制造的水平大幅提高，六面体压机不断向大型化方向发展。压机的不断大型化为高档超硬材料及其制品的制备提供了技术保障。然而在现有设备中使用的技术所能获得最高压力约为7Gpa。该技术不能满足高压科学、地球科学和材料科学发展的需要。近年来发展起来的同步辐射技术，为高压科学研究提供了一个全新的技术平台。目前利用同步辐射研究高压下物质结构和性质的高压技术主要以金刚石对顶砧技术为主。该技术可以获得100GPa以上的压力。但该技术的缺点是：样品腔体较小，在微米数量级。大腔体的高压原位实验技术还是一片空白。

高压腔体大于10GPa的多面体高压装置中，主要有DIA六面体装置、基于两面顶构架的六面体压机装置，基于两面顶构架的二级六-八面体大腔体静高压装置。在六面体装置中，采用硬质合金(WC)压砧或者是金刚石、立方氮化硼烧结体作为压砧，腔体最高压力可达15Gpa。在六-八面体装置中，采用碳化钨(WC)作为第二级八面体增压压砧材料，腔体压力可高达30Gpa。由于腔体压力较高，该技术装置已广泛用于世界上高水平的静高压实验室。与铰链式六面体压机技术相比，DIA六面体装置、基于两面顶构架的六面体压机装置，需要将轴向压力转换为六个方向的压力，结构复杂，压力转换效率低，价格十分昂贵，维护成本高昂等缺点。

近年来，贺端威教授发展起来的基于铰链梁式六面体压机的六-八面体静高压装置(见中国专利ZL200710048839.2)，腔体压力可高达20Gpa。在该技术中，他们同样采用了类似于基于两面顶构架中滑块式六-八面体中的二级增压压砧材料，即采用二级增压形成八面体压腔来产生静高压。基于铰链式六面体压机开发的超高压实验技术，合成腔体压力可高达30GPa(见中国专利CN101912749A)。尽管这些技术可以得到较高的高压腔体压力，但是存在压砧安装、调试、更换等方面的技术缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题，是针对现有高压技术中用于产生大腔体静高压装置中存在的不足，旨在提供一种压强转换效率更高，造价低、高效低能耗、安装调试和维修工作更简单，用于产生大腔体超高静水压的新型装置。

本发明所述的用于产生静高压的装置，是在六面体压机的六面体压腔内，增加六个增压压砧，组成一个基于六面体压机构架的六面体大腔体静高压装置。该装置包括由六面体压机同步驱动的六个压机压砧、六个增压压砧、用于组装六个增压压砧的四个独立的增压压砧支架和内装合成材料的立方体合成块。六个增压压砧放置在四个增压压砧支架组装而成的立方支撑框内，并可在增压压砧的轴向方向(即分别垂直立方支撑框六个框面的方向，也是增压压砧加压的方向)自由移动，并置于六面体压机压砧内。为了保证六面体压机压砧不接触到增压压砧支架，两个增压压砧和立方体合成块的总长度一定要大于增压压砧支架的最长边的长度。为了保证增压压砧不相互接触，立方体合成块的尺寸应大于增压压砧合围的六面体的表面尺寸。为了得到较高的合成腔体压力，六个增压压砧的材质可以选用碳化钨、金刚石、立方氮化硼多晶烧结体的一种，或者选用他们之间烧结制备的复合材料中的一种；组装增压压砧支架采用硬质合金钢。

本发明的具体技术方案如下：

一种基于铰链式六面体压机的超高压装置，结构有六面体压机同步驱动的六个压机压砧1、内装合成材料的立方体的合成块3、在压机压砧砧面2和合成块3的平面之间放置的增压压砧5；其特征是，结构还有立方支撑框4，立方支撑框4由四个增压压砧支架6组装而成，每个增压压砧支架6由三根相互垂直的方柱构成，三根方柱各有一个端头固定在一起；所述的增压压砧5有六个，能够分别穿过立方支撑框4的六个框面在增压压砧5的轴线方向移动，对合成块3加压或卸压。

所述的增压压砧5，侧面最好不再是圆柱面，侧面可以是平面，即增压压砧5主体的横截面为正方形或横截面为有导角的正方形，导角可以是圆弧的，也可以是直线的。每个增压压砧5的四个平面侧面有助于增压压砧5在立方支撑框4中自由地沿轴向方向移动。