[发明专利]八面体压腔静高压装置的二级压砧与二级增压单元

说明书

技术领域

本发明属于产生超高压强环境使用的压力装置，特别涉及材料合成中使用的八面体压腔静高压装置中的二级压砧与二级增压单元。

技术背景

八面体压腔静高压装置特有的二级增压单元使这种静高压装置在使用多晶金刚石烧结体制成的二级压砧时能产生最高约90GPa压强的腔体高圧环境[S.Zhai,E.Ito,Geosci.Front.2101(2011)]，即使采用碳化钨硬质合金制成的二级压砧也能产生最高约30GPa压强的腔体高压环境。因此，采用八面体压腔静高压装置可以使石墨在更高的压强、温度条件下直接转化成金刚石，合成硬度比单晶金刚石还高的纳米聚晶金刚石[T.Irifune,A.Kurio,et al.,Nature421 599(2003)；T.Irifune,A.Kurio,et al.,Phys.Earth Planet.Int.143 593(2004)]。

八面体压腔静高压装置主要由用于一级加载的立方体压腔和二级增压单元组成。按一级加载的方式分类，八面体压腔静高压装置可分为Walker型[D.Walker,M.A.Canpenter,C.M.Hrrcn,Am.Mineral.75 1020(1990)]、Kawai型[N.Kawai,S.Endo,Rev.Sci.Instrum.41 1178(1970)；A.Shatskiy,T.Katsura,et al.,Phys.Earth Planet.Inter.189 92(2011)]、DIA型[T.Katsura,K.Funakoshi,Phys.Earth Planet.Int.143 497(2004)]和六面顶型[中国专利，专利公开号：CN101091895A；M.A.G.M.Manthilake,N.Walte,D.J.Frost,High Pressure Res.32 195(2012)]，图1是六面顶型式八面体压腔静高压装置的一种结构示意图。现有技术中，八面体压腔静高压装置的二级增压单元普遍由八个切去一角的正方体二级压砧围成放置八面体传压介质的腔体，如图2、图4、图5所示，此种形状和结构的二级压砧组成的二级增压单元的密封边厚度基本一致（见图6），腔体压力密封主要依靠密封边与二级压砧之间摩擦力，因此，八面体压腔静高压装置在运行过程中其二级增压单元存在腔体压力密封不住，发生压力突然释放的现象(俗称放炮)，造成八面体压腔静高压装置的严重损坏。

发明内容

本发明的目的在于克服现有八面体压腔静高压装置的二级增压单元存在的不足，提供一种改进的二级压砧和二级增压单元，以减少或基本消除八面体压腔静高压装置的二级增压单元在运行过程中发生的放炮现象，并使腔体能达到的最高压力提高。

本发明所述八面体压腔静高压装置的二级压砧，砧体为正方体，砧面为在正方体砧体上切去一角形成的正三角形面，环绕所述砧面设置了至少一圈外环面，同一圈的外环面均由三个形状相同、尺寸相同的梯形斜面组成，所述三个梯形斜面的底边围成一个正三角形。

上述二级压砧中，所述梯形斜面与所述砧面的夹角θ为：1°≤θ≤53°。

本发明所述八面体压腔静高压装置的二级压砧，其制作材料选自碳化钨、金刚石、立方氮化硼多晶烧结体中的一种，或选自它们之间的复合材料的一种。

本发明所述八面体压腔静高压装置的二级增压单元，由八个上述二级压砧、预密封条和八面体传压介质组成，使用时，所述八个二级压砧相组合，其八个设置了外环面的砧面围成放置八面体传压介质的腔体，装有合成原料的八面体传压介质位于所述设置了外环面的砧面围成的腔体内，预密封条放置在相邻二级压砧之间。

本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明所述二级压砧环绕所述砧面设置了至少一圈梯形斜面组成的外环面，因而八个二级压砧组合成的二级增压单元密封边的厚度增大（见图12），且除了密封边与二级压砧之间的摩擦力参与腔体压力的密封外，还提供了一个指向腔体内部的合力参与腔体压力密封，从而使二级增压单元的压力密封能力增强。

2、实验表明，本发明所述二级压砧组成的八面体压腔静高压装置二级增压单元与现有八面体压腔静高压装置二级增压单元相比，在运行中放炮几率明显降低（见实施例1、实施例2和对比例1）。

3、由于梯形斜面组成的外环面的增加，还改变了本发明所述二级压砧砧面上的应力分布，并为砧面提供一个侧向支撑，因而能有效延长二级压砧的使用寿命。