[发明专利]金刚石压机

说明书

本发明涉及一种金刚石压机，包括：第一压件机构、第二压件机构、多个用于连接固定第一压件机构和第二压件机构的定位件以及多个用于对第一压件施加压力的施压件；定位件环形间隔布置在第一压件机构和第二压件机构之间，同时施压件对应定位件的设置位置也环形间隔布置在第一压件机构和第二压件机构之间，其中施压件相对设置在定位件的设置位置的内侧。本发明提供的金刚石压机轻便小巧；提升了单晶X射线衍射测试的信号采集角度范围和收集效率；满足侧向X射线衍射实验所需角度范围；便于样品表征和器件构建；可以适配高分辨率、放大倍数大的显微物镜；轴向和侧向X射线入射和接收都可以非常靠近样品，可减少信号背景噪声；降低了金刚石破碎的风险。

技术领域

本发明涉及高温高压实验研究技术领域，具体涉及一种金刚石压机。

背景技术

在高压实验科学领域中，静高压实验主要是用于研究压力改变所导致的物质结构和性质的变化。静高压技术是通过外界机械加载方式，对所处理的物质施加负荷挤压，从而使其内部产生很高的压强并能保持较长时间的一种技术。

产生高物理压强的装置是高压科学发展的基础与关键技术，也是多年来的研究热点。实现压力的最简单和最直接的方法是通过施加垂直于表面且均匀分布的机械力。在过去的几十年中，金刚石压机已经成为开展各种静态高压实验研究的最常用装置。

目前，金刚石压机是唯一能够将亚毫米级尺寸的材料压缩到超过百万大气压的设备。金刚石压机在地球科学、凝聚态物理学、化学及材料学等领域有着广泛的应用，例如，通过将金刚石压机与加温系统相结合，可以在狭小的样品腔内实现高温高压条件，进而就能够模拟行星内部深处的压力和温度环境。与此同时，再结合多种同步辐射原位测量技术，不仅可以深入地研究地球内部各层相关物质的物理性质、化学性质、物相转变和岩层迁移等，而且还可以通过调节和改变材料的结构和性质，诱导高压结构相变和物性变化，合成出新型功能材料，进而探索在极端条件下新的物理现象和化学反应。随着同步辐射技术和X射线聚焦方法的发展，近年来涌现了具有纳米尺度空间分辨率的X射线相干散射成像、X射线纳米探针等一系列新颖技术。如果能够利用这些新颖技术，并在高压原位测量手段上取得突破，人们就可以在从原子尺度到纳米尺度上研究高压下物质的原子和电子的结构和性质，从而必将极大地拓展和丰富现有高压科学研究的范围，使人们能够从更深入的层次上认识物质的结构和功能之间的关系。

目前常用的金刚石压机主要是套筒对称型金刚石压机，该压机由活塞和套筒紧密贴合组成，由四根螺栓推动套筒向活塞端靠近来挤压金刚石压砧，从而为压砧中的样品提供高达上百吉帕(GPa)的压力。

然而，现有的套筒对称型压机在实际使用中存在一些难以克服的问题和缺点：

1.不够轻巧，实验中难以进行高精度扫描与旋转；

2.顶部(垂直方向)开角不够大(常用为18°-25°)，往往难以满足单晶X射线衍射实验所需的角度范围要求(大于30°)；

3.侧面(水平方向)开角过小(约10°)，无法进行侧向X射线衍射等实验；

4.X射线入射和信号接收均离样品较远(一般大于15mm)，使得背景噪声较大；

5.光学工作距离较大(一般大于15mm)，无法匹配高分辨率大放大倍数(高收集效率)的物镜；

6.有一定的金刚石碰撞可能性，容易导致金刚石损坏；

7.金刚石压砧陷于套筒和活塞内部，为材料表征和器件组装带来障碍，比如无法使用原子力显微镜等进行表面表征等。

发明内容

本发明的目的在于解决上述背景技术中的至少一个技术问题，提供一种金刚石压机。