[发明专利]一种大腔体压机的内部压力增压方法

说明书

本发明属于高压物理及高压技术领域，尤其涉及一种大腔体压机的内部压力增压方法。本发明将增压元件设置于合成块内部，通过优先挤压增压元件，对增压元件内部的腔体部分实行增压；由于增压元件周围的材料对其产生侧向支撑，使得增压元件本身可以承受更高的压力，从而使得增压腔体内部达到更高的压力。同传统的外部增压方法相比，使用同样的压机吨位及顶锤尺寸的情况下，采用本方法所形成的增压腔体的尺寸更大，达到厘米级以上；通过设计增压元件，包括压头和限制环的形状及尺寸，本方法可以适应于不同类型的压机；本发明的增压元件及合成块的结构简单易组装；同时，本发明的升降压周期可控制在1小时以内，使用效率更高，更有利于工业化生产。

技术领域

本发明属于高压物理及高压技术领域，尤其涉及一种大腔体压机的内部压力增压方法。

背景技术

随着全球材料科学的高速发展，在工业金刚石或立方氮化硼等超硬材料的生产、金刚石或立方氮化硼的烧结、金刚石或立方氮化硼复合片的制造、合成钻石的生长等领域，制造过程通常需要极高的合成压力，因此对于大腔体压机的使用愈加频繁，同时对性能要求也逐步提升。目前全球范围内普遍使用的大腔体压机主要分为两面顶压机和六面顶压机两种类型，但是其最大合成腔体压力一般小于8GPa，不能满足于具有更高的压力需求的领域。

研究者对于如何提高合成腔体的压力做了大量研究。在地球物理学研究领域，美国的Walker和日本的Kawai在两面顶压机的基础上开发了通过6-8面增压的Walker/Kawai型装置，其腔体压力可达10GPa以上。2003年，日本的Irifune等在15GPa，2000度以上的高温高压条件下，首次实现了从石墨到金刚石的无触媒直接转换，制作了具有优异性质的纳米多晶金刚石(NPD)，显示了巨大的商业前景。四川大学的王海阔和贺端威在国产六面顶压机的基础上应用6-8面增压原理，也实现了从石墨到金刚石的无触媒直接转换。然而，上述对于大腔体压机的改进均存在以下缺点：大腔体压机装置的合成块结构复杂，合成腔体尺寸较小(毫米级)，并且升降压周期较长(一般需要数小时)，使用效率较低，不能满足于需要较大合成腔体尺寸的材料，同时也不利于工业化生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种大腔体压机的内部压力增压方法，提高合成腔体内部的压力，拓展其压力范围到10GPa以上，为超硬材料、超导材料、电子材料、晶体材料等众多新材料领域的新材料的研发及生产，以及高温高压物理、地球物理等基础研究领域提供更强有力工具。

本发明采用的技术方案如下：

一种大腔体压机的内部压力增压方法，将增压元件设置于合成块内部。

目前采用的传统方法均是将增压元件设置于合成块的外部，通过挤压增压元件后，作用于合成块，以提高合成块内的合成腔体的压力。本发明一改传统思维，创新性地将增压元件设置于合成块内部，则增压元件周围的传压介质对增压元件产生侧向支撑，使得增压元件可以承受更高的压力，从而使合成腔体内部达到更高的压力。

对于传统增压方法而言，将增压元件设置在合成块的外部，由于增压元件本身的尺寸对合成块的尺寸产生了限制，因此其内部形成的合成腔体尺寸较小，通常为毫米级。然而，对于本方法来讲，增压元件设置于合成块内部，当采用同样的压机吨位及顶锤尺寸的情况下，合成腔体的尺寸更大，可达到厘米级的范围。

进一步的，本方法的适用范围很广，所述大腔体压机包括两面顶压机、六面顶压机、分割球压机、活塞-圆筒式压机。

进一步的，所述增压元件可设计为若干压头，根据不同类型的大腔体压机的压力面数量，将所述压头在合成块内部围绕合成腔体均匀放置，保证每一个压力面均有压头增压。进一步的，所述压头的形状为圆柱状、立方块状和长方块状中的一种。