大腔體分割球式超高壓設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型公開(kāi)了一種大腔體分割球式超高壓設(shè)備，涉及金剛石和立方氮化硼等超硬材料及其制品高壓合成技術(shù)，屬于超硬材料合成裝備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]金剛石、立方氮化硼等超硬材料及其制品普遍使用在礦產(chǎn)開(kāi)采、石油鉆探、機(jī)械制造、建材等行業(yè)領(lǐng)域。目前，我國(guó)金剛石產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的80%以上，立方氮化硼(CBN)產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的60 %以上，已經(jīng)是世界第一大超硬材料生產(chǎn)國(guó)。然而，在大尺寸寶石級(jí)金剛石高壓合成方面，英國(guó)元素六公司、美國(guó)合成、日本住友、韓國(guó)日進(jìn)等國(guó)際領(lǐng)先的大型集團(tuán)公司長(zhǎng)期控制著市場(chǎng)份額。這歸因于國(guó)外公司采用分割球式高壓設(shè)備，而我國(guó)卻采用鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)。我國(guó)在分割球式高壓設(shè)備設(shè)計(jì)、制造及生產(chǎn)方面長(zhǎng)期處于空白。本實(shí)用新型要求保護(hù)的“大腔體分割球式超高壓設(shè)備”不僅能夠填補(bǔ)我國(guó)在分割球式高壓設(shè)備工作空白，而且能夠解決現(xiàn)有分割球式高壓設(shè)備“高壓腔體體積小、組裝復(fù)雜、極限腔體壓力低”等問(wèn)題，此方面工作未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有分割球式高壓設(shè)備“高壓腔體體積小、組裝復(fù)雜、極限腔體壓力低”等問(wèn)題，填補(bǔ)我國(guó)在分割球式高壓設(shè)備設(shè)計(jì)、制造及生產(chǎn)方面的空白，提升我國(guó)大尺寸寶石級(jí)金剛石高壓合成技術(shù)水平。本實(shí)用新型要求保護(hù)的“大腔體分割球式超高壓設(shè)備”能夠獲得25-80GPa的腔體壓力，其腔體壓力較現(xiàn)有分割球式高壓設(shè)備可以增加5-16倍，其高壓腔體的體積可以增加3-5倍。本實(shí)用新型能夠滿足高壓物理學(xué)、地球物理學(xué)、材料學(xué)以及高壓生物學(xué)領(lǐng)域?qū)Υ笄惑w超高壓技術(shù)的迫切需求。
[0004]本實(shí)用新型的上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，結(jié)合【附圖說(shuō)明】如下:
[0005]大腔體分割球式超高壓設(shè)備，主要由頂砧、高壓罐、護(hù)套及機(jī)架(10)組成。所述的頂砧由多個(gè)多邊形砧面的一級(jí)頂砧組成，其底面為類球形曲面，位于高壓罐內(nèi)部；所述的高壓罐由添加彈性密封包裹套(3)的上、下半球高壓罐(4、5)組成，上半球高壓罐(4)的位置由液壓手臂(6)控制，下半球高壓罐(5)由螺栓與機(jī)架(10)固定，二者位于護(hù)套內(nèi)部；所述的護(hù)套由左護(hù)套(7)和右護(hù)套⑶組成，其軸向位置由螺栓與機(jī)架(10)固定，其徑向位置由滑軌(9)控制；高壓罐與護(hù)套通過(guò)鑲嵌槽(11)配合固定，構(gòu)成大腔體分割球式超高壓設(shè)備。
[0006]所述一級(jí)頂砧個(gè)數(shù)為六個(gè)，其砧面為四邊形。
[0007]所述的一級(jí)頂砧圍成的腔體內(nèi)部添加六個(gè)棱臺(tái)形二級(jí)頂砧(12)，其砧面與底面均為四邊形。
[0008]所述的一級(jí)頂砧圍成的腔體內(nèi)部添加八個(gè)七面體二級(jí)頂砧(13)，其砧面與底面分別為三角形和四邊形。
[0009]所述的一級(jí)頂砧個(gè)數(shù)為八個(gè)，其砧面為三角形、底面為類球形曲面。
[0010]所述的一級(jí)頂砧圍成的腔體內(nèi)部添加八個(gè)五面體二級(jí)頂砧(15)，其砧面與底面均為三角形。
[0011]為了解決現(xiàn)有分割球式高壓設(shè)備“高壓腔體體積小、組裝復(fù)雜、極限腔體壓力低”等問(wèn)題，填補(bǔ)我國(guó)在分割球式高壓設(shè)備設(shè)計(jì)、制造及生產(chǎn)方面的空白，提升我國(guó)大尺寸寶石級(jí)金剛石高壓合成技術(shù)水平。本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0012]本實(shí)用新型的技術(shù)效果:
[0013]本實(shí)用新型要保護(hù)的技術(shù)方案實(shí)施事實(shí)表明:通過(guò)采用“六個(gè)或八個(gè)一級(jí)頂砧”代替現(xiàn)有分割球高壓設(shè)備的“八個(gè)一級(jí)頂砧、六個(gè)二級(jí)頂砧”后，高壓腔體的體積不僅能夠較現(xiàn)有分割球式高壓設(shè)備增加3-5倍，還能夠解決現(xiàn)有分割球式高壓設(shè)備組裝復(fù)雜的問(wèn)題?；诒緦?shí)用新型提出的一級(jí)頂砧新結(jié)構(gòu)，通過(guò)添加六個(gè)或八個(gè)二級(jí)頂砧，本實(shí)用新型要求保護(hù)的“大腔體分割球式超高壓設(shè)備”能夠獲得25-80GPa的腔體壓力，其腔體壓力較現(xiàn)有分割球式高壓設(shè)備增加5-16倍。本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)六面體或八面體腔體的加壓與加溫，獲得超硬材料高壓合成所需的高溫高壓條件；從而滿足高壓物理學(xué)、地球物理學(xué)、材料學(xué)以及高壓生物學(xué)對(duì)高壓高溫環(huán)境下物質(zhì)體系的研宄需求，進(jìn)一步促進(jìn)高壓物理學(xué)、地球物理學(xué)、材料學(xué)以及高壓生物學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖la-c是采用六個(gè)四邊形砧面一級(jí)頂砧的大腔體分割球式超高壓設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，其中:
[0015]圖1a是四邊形砧面一級(jí)頂砧的結(jié)構(gòu)三維視圖；
[0016]圖1b是裝配后的四邊形砧面一級(jí)頂砧的結(jié)構(gòu)三維視圖；
[0017]圖1c是一級(jí)頂砧裝配后的大腔體分割球式超高壓設(shè)備結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0018]圖2a_c是添加六個(gè)棱臺(tái)形二級(jí)頂砧的大腔體分割球式超高壓設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，其中:
[0019]圖2a是棱臺(tái)形二級(jí)頂砧的結(jié)構(gòu)三維視圖；
[0020]圖2b是裝配后的棱臺(tái)形二級(jí)頂砧的結(jié)構(gòu)三維視圖；
[0021]圖2c是一級(jí)、二級(jí)頂砧裝配后的結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0022]圖3a_c是添加八個(gè)七面體二級(jí)頂砧的大腔體分割球式超高壓設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，其中:
[0023]圖3a是七面體二級(jí)頂砧的結(jié)構(gòu)三維視圖；
[0024]圖3b是裝配后的七面體二級(jí)頂砧的結(jié)構(gòu)三維視圖；
[0025]圖3c是一級(jí)、二級(jí)頂砧裝配后的結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0026]圖4a_c是采用八個(gè)三角形砧面一級(jí)頂砧的大腔體分割球式超高壓設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，其中:
[0027]圖4a是三角形砧面一級(jí)頂砧的結(jié)構(gòu)三維視圖；
[0028]圖4b是裝配后的三角形砧面一級(jí)頂砧的結(jié)構(gòu)三維視圖；
[0029]圖4c是一級(jí)頂砧裝配后的大腔體分割球式超高壓設(shè)備結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0030]圖5a_c是添加八個(gè)五面體二級(jí)頂砧的大腔體分割球式超高壓設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，其中:
[0031]圖5a是五面體二級(jí)頂砧的結(jié)構(gòu)三維視圖；
[0032]圖5b是裝配后的五面體二級(jí)頂砧的結(jié)構(gòu)三維視圖；
[0033]圖5c是一級(jí)、二級(jí)頂砧裝配后的結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0034]其中:1.高壓腔體，2.四邊形砧面一級(jí)頂砧，3.彈性密封包裹套，4.上半球高壓罐，5.下半球高壓罐，6.液壓手臂，7.左護(hù)套，8.右護(hù)套，9.滑軌，10.機(jī)架，11.鑲嵌槽，12.棱臺(tái)形二級(jí)頂砧，13.七面體二級(jí)頂砧，14.三角形砧面一級(jí)頂砧，15.五面體二級(jí)頂砧
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例，進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的具體內(nèi)容及其實(shí)施方式。
[0036]本實(shí)用新型的大腔體分割球式超高壓設(shè)備，主要由頂砧、高壓罐、護(hù)套及機(jī)架10組成。所述的頂砧由六個(gè)四邊形砧面的一級(jí)頂砧組成，其底面為類球形曲面，位于高壓罐內(nèi)部；所述的高壓罐由添加彈性密封包裹套3的上、下半球高壓罐5組成，上半球高壓罐4的位置由液壓手臂6控制，下半球高壓罐5由螺栓與機(jī)架10固定，二者位于護(hù)套內(nèi)部；所述的護(hù)套由左護(hù)套7和右護(hù)套8組成，其軸向位置由螺栓與機(jī)架10固定，其徑向位置由滑軌9控制；高壓罐與護(hù)套通過(guò)鑲嵌槽11配合固定，構(gòu)成大腔體分割球式超高壓設(shè)備。依據(jù)大質(zhì)量支撐原理，當(dāng)一級(jí)頂砧的底面面積選定后，砧面面積越小其可獲得的極限腔體壓力值越高。因此，可以通過(guò)縮小一級(jí)頂砧的砧面面積，提高大腔體分割球式超高壓設(shè)備可獲得的極限腔體壓力值。當(dāng)然，所述的一級(jí)頂砧圍成的腔體內(nèi)也可以添加六個(gè)棱臺(tái)形二級(jí)頂砧12，其砧面與底面均為四邊形；或者所述的一級(jí)頂砧圍成的腔體內(nèi)部添加七面體二級(jí)頂砧13，其砧面與底面分別為三角形和四邊形。二級(jí)頂砧的添加，能夠進(jìn)一步增加“大腔體分割球式超高壓設(shè)備”可獲得的極限腔體壓力值。大腔體分割球式超高壓設(shè)備不僅可以由六個(gè)四邊形砧面的一級(jí)頂砧與高壓罐、護(hù)套及機(jī)架10組成，圍成六面體腔體；也可以由八個(gè)三角形砧面一級(jí)頂砧14與高壓罐、護(hù)套及機(jī)架10組成，圍成八面體腔體。當(dāng)然，也可以通過(guò)縮小三角形砧面的面積，提高大腔體分割球式超高壓設(shè)備可獲得的極限腔體壓力值。當(dāng)選用三角形砧面一級(jí)頂砧14時(shí)，為進(jìn)一步增加“大腔體分割球式超高壓設(shè)備”可獲得的極限腔體壓力值?？梢栽谄鋰傻陌嗣骟w腔體內(nèi)部添加八個(gè)五面體二級(jí)頂砧15，五面體二級(jí)頂砧15的砧面與底面均為三角形。大腔體分割球式超高壓設(shè)備能夠獲得25-80GPa的腔體壓力，不僅其腔體壓力較現(xiàn)有分割球式高壓設(shè)備增加5-16倍，其高壓腔體I的體積也能夠較現(xiàn)有分割球式高壓設(shè)備增加3-