一種旁熱式膨脹高壓合成設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料高壓合成設(shè)備，尤其是一種旁熱式膨脹高壓合成設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]目前普通的靜高壓技術(shù)設(shè)備主要有六面頂壓機(jī)、頂砧高壓裝置等高壓設(shè)備。超高壓合成設(shè)備六面頂壓機(jī)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，合成操作容易，靜壓性能好。但是隨著壓機(jī)大型化的發(fā)展趨勢，整機(jī)比較龐大，投資成本也隨著顯著提高，另外六面頂壓機(jī)的壓頭的結(jié)構(gòu)決定了六面頂壓機(jī)不能無限壓縮，即熱壓縮行程較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供種旁熱式膨脹高壓合成設(shè)備，在同等壓力條件下，投資成本顯著降低，且設(shè)計(jì)不同壓縮行程，不受結(jié)構(gòu)空間所限制，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0004]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種旁熱式膨脹高壓合成設(shè)備，包括合金缸體，該合金缸體分為左右缸體兩部分，在合金缸體的左右兩部分內(nèi)均設(shè)置與其同軸的加熱線圈，在加熱線圈的外壁設(shè)置絕熱保溫層，在合金缸體的左右兩部分的中心軸位置上均設(shè)有高壓柱，高壓柱與加熱線圈通過合金缸體的B區(qū)隔開，高壓柱間形成樣品合成室，合金缸體采用鎢鋼YG20或MGH4754合金制成，高壓柱采用純銅、黃銅或錳銅合金制成，其基本原理是利用高壓柱的熱膨脹系數(shù)大于合金缸體材料的熱膨脹系數(shù)，在材料合成較高溫度下，因高壓柱的膨脹而使材料被合成過程中同時(shí)具有較高的壓力環(huán)境，具體的，加熱線圈通入一定功率的電流從而產(chǎn)生熱量，由于絕熱保溫層可阻止熱量向外擴(kuò)散，從而使熱量主要向內(nèi)傳遞；當(dāng)熱量傳遞到高壓柱時(shí)，由于高壓柱為線膨脹系數(shù)較大的合金材料組成，所以同等量溫度變化時(shí)，其伸縮率大于合金缸體，因此高壓柱的左右兩部分將向中間的樣品合成室擠壓，從而使樣品在合成時(shí)，具有一定的高壓環(huán)境；合金缸體、高壓柱與加熱線圈之間的部分在生產(chǎn)制備過程中，具有自增強(qiáng)效應(yīng)；設(shè)備生產(chǎn)的時(shí)候，采用超過使用溫度1.1倍的條件下，由于高壓柱的膨脹壓力使內(nèi)壁層的區(qū)域A (小于總壁厚的1/3處)發(fā)生塑性變形，而B區(qū)仍為彈性變形；溫度降至常溫后，卸壓減至常壓后，塑性變形的A層存在殘余應(yīng)力而不能恢復(fù)原狀，彈性變形的B層則可恢復(fù)原狀，于是B層就對(duì)A層產(chǎn)生了往里壓縮緊箍的作用。
[0005]前述的一種旁熱式膨脹高壓合成設(shè)備中，所述合金缸體的外部設(shè)置有用于連接左右缸體的鉸鏈，其中一個(gè)鉸鏈為固定鉸鏈，另一個(gè)鉸鏈為活動(dòng)鉸鏈，為了保持內(nèi)部的高壓，需要較好的緊箍措施。采用鉸鏈7達(dá)到緊箍作用。
[0006]前述的一種旁熱式膨脹高壓合成設(shè)備中，在高壓柱的相對(duì)端頭上設(shè)置硬質(zhì)合金，硬質(zhì)合金采用碳化媽W(xué)C制成。
[0007]由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
(I)本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理合理可靠，設(shè)計(jì)新穎可以用于高壓合成較大尺寸的材料。
[0008](2)本發(fā)明壓力范圍0_5GPa，熱膨脹產(chǎn)生的壓力非常穩(wěn)定。
[0009](3)本發(fā)明設(shè)備造價(jià)成本低遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的高壓設(shè)備。
[0010](4)本發(fā)明設(shè)備可配套計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，可操作性好。
[0011](5)本發(fā)明設(shè)備運(yùn)行過程無循環(huán)水，熱損失很少，能耗很低。
[0012](6)本發(fā)明設(shè)備采用旁熱式，通過發(fā)熱線圈的熱傳遞，高壓柱的溫度升高產(chǎn)生熱膨脹，并因此產(chǎn)生高壓。
[0013](7)本發(fā)明設(shè)備，主要配件為高壓柱、硬質(zhì)合金塊和內(nèi)層缸體，均為非運(yùn)動(dòng)部件，使用壽命長。另外可標(biāo)準(zhǔn)化，易于更換。
【附圖說明】
[0014]附圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2是本發(fā)明左右缸體打開狀態(tài)示意圖；
附圖3是本發(fā)明圖1的A— A剖面左視圖；
附圖4是本發(fā)明圖1的A— A剖面右視圖附圖5是合金缸體自緊箍作用示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明的實(shí)施例:一種旁熱式膨脹高壓合成設(shè)備，包括合金缸體2，其特征在于:該合金缸體2分為左右缸體兩部分，在合金缸體2的左右兩部分內(nèi)均設(shè)置與其同軸的加熱線圈3，在加熱線圈3的外壁設(shè)置絕熱保溫層4，在合金缸體2的左右兩部分的中心軸位置上均設(shè)有高壓柱1，高壓柱I與加熱線圈3通過合金缸體2的B區(qū)隔開，高壓柱I間形成樣品合成室6，合金缸體2采用鎢鋼YG20或MGH4754合金制成，高壓柱I采用純銅、黃銅或錳銅合金制成，其中合金缸體2的外部設(shè)置有用于連接左右缸體的鉸鏈7，其中一個(gè)鉸鏈7為固定鉸鏈，另一個(gè)鉸鏈7為活動(dòng)鉸鏈，在高壓柱I的相對(duì)端頭上設(shè)置硬質(zhì)合金5，硬質(zhì)合金5采用碳化鎢WC制成。
[0016]本實(shí)施例的基本原理是利用高壓柱I的熱膨脹系數(shù)大于合金缸體2材料的熱膨脹系數(shù)，在材料合成較高溫度下，因高壓柱I的膨脹而使材料被合成過程中同時(shí)具有較高的壓力環(huán)境。
[0017]高壓柱I的直徑為10.6mm,長度根據(jù)設(shè)計(jì)的壓力不同分為400mm、600mm和800mm三種型號(hào)；高壓柱左、右兩邊長度不同，以附圖1為例，左邊高壓柱為標(biāo)準(zhǔn)長度減去5_，硬質(zhì)合金5的直徑為10.6mm，長度為20mm，合金缸體2直徑為230mm，總長度根據(jù)高壓柱I的長度可分為900mm、1300mm和1700mm，合金缸體其它設(shè)計(jì)具體見附圖1。
[0018]具體地，加熱線圈3通入一定功率的電流從而產(chǎn)生熱量，由于絕熱保溫層4可阻止熱量向外擴(kuò)散，從而使熱量主要向內(nèi)傳遞。當(dāng)熱量傳遞到高壓柱I時(shí)，由于高壓柱I為線膨脹系數(shù)較大的合金材料組成，所以同等量溫度變化時(shí)，其伸縮率大于合金缸體2，因此高壓柱I的左右兩部分將向中間的樣品合成室6擠壓，從而使樣品在合成時(shí)，具有一定的尚壓環(huán)境。
[0019]合金缸體2、高壓柱I與加熱線圈3之間的部分在生產(chǎn)制備過程中，具有自增強(qiáng)效應(yīng)。設(shè)備生產(chǎn)的時(shí)候，采用超過使用溫度1.1倍的條件下，由于高壓柱I的膨脹壓力使內(nèi)壁層的區(qū)域A (小于總壁厚的1/3處)發(fā)生塑性變形，而B區(qū)仍為彈性變形如附圖4)。溫度降至常溫后，卸壓減至常壓后，塑性變形的A層存在殘余應(yīng)力而不能恢復(fù)原狀。彈性變形的B層則可恢復(fù)原狀。于是B層就對(duì)A層產(chǎn)生了往里壓縮緊箍的作用。
[0020]為了保持內(nèi)部的高壓，需要較好的緊箍措施。采用鉸鏈7達(dá)到緊箍作用，同時(shí)，圖2中，下鉸鏈為固定鉸鏈，上鉸鏈為可打開。
[0021]具體使用過程
一、使用時(shí)，把上鉸鏈打開，然后把右半部分缸體旋轉(zhuǎn)落到固定位置，把功能陶瓷材料成型為直徑10_，高為5_的柱體樣品。樣品放入設(shè)備樣品合成室6，然后拉起右半部分缸體，當(dāng)上鉸鏈對(duì)齊后，用銷緊箍連接。檢查緊箍狀況、控溫系統(tǒng)，一切正常后，通過控溫程序設(shè)定樣品合成溫度控制曲線，然后運(yùn)行控溫程序，使設(shè)備通入一定功率的電流。當(dāng)高壓柱達(dá)到較高溫度時(shí)，因熱膨脹而在設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生膨脹壓，同時(shí)樣品也達(dá)到合成溫度。保溫120分鐘后，關(guān)閉電源，冷卻30分鐘左右樣品溫度降低至接近室溫，然后打開上鉸鏈，把右半部分缸體旋轉(zhuǎn)落到固定位置，取出合成材料樣品。
[0022]二、使用時(shí)，把上鉸鏈打開，然后把右半部分缸體旋轉(zhuǎn)落到固定位置，把功熱電材料成型為直徑10_，高為5_的柱體樣品。樣品放入設(shè)備樣品合成室6，然后拉起右半部分缸體，當(dāng)上鉸鏈對(duì)齊后，用銷緊箍連接。檢查緊箍狀況、控溫系統(tǒng)，一切正常后，通過控溫程序設(shè)定樣品合成溫度控制曲線，然后運(yùn)行控溫程序，使設(shè)備通入一定功率的電流。當(dāng)高壓柱達(dá)到較高溫度時(shí)，因熱膨脹而在設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生膨脹壓，同時(shí)樣品也達(dá)到合成溫度。保溫60分鐘后，關(guān)閉電源，冷卻30分鐘左右樣品溫度降低至接近室溫，然后打開上鉸鏈，把右半部分缸體旋轉(zhuǎn)落到固定位置，取出合成材料樣品。
[0023]上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此為限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等同變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種旁熱式膨脹高壓合成設(shè)備，包括合金缸體(2)，其特征在于:該合金缸體(2)分為左右缸體兩部分，在合金缸體(2 )的左右兩部分內(nèi)均設(shè)置與其同軸的加熱線圈(3 )，在加熱線圈(3)的外壁設(shè)置絕熱保溫層(4)，在合金缸體(2)的左右兩部分的中心軸位置上均設(shè)有高壓柱(1)，高壓柱(I)與加熱線圈(3)通過合金缸體(2)的B區(qū)隔開，高壓柱(I)間形成樣品合成室(6)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旁熱式膨脹高壓合成設(shè)備，其特征在于:所述合金缸體(2)的外部設(shè)置有用于連接左右缸體的鉸鏈(7)，其中一個(gè)鉸鏈(7)為固定鉸鏈，另一個(gè)鉸鏈(7)為活動(dòng)鉸鏈。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旁熱式膨脹高壓合成設(shè)備，其特征在于:在高壓柱(I)的相對(duì)端頭上設(shè)置硬質(zhì)合金(5 )。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種旁熱式膨脹高壓合成設(shè)備，包括合金缸體，該合金缸體分為左右缸體兩部分，在合金缸體的左右兩部分內(nèi)均設(shè)置與其同軸的加熱線圈，在加熱線圈的外壁設(shè)置絕熱保溫層，在合金缸體的左右兩部分的中心軸位置上均設(shè)有高壓柱，高壓柱與加熱線圈通過合金缸體的B區(qū)隔開，高壓柱間形成樣品合成室，本發(fā)明樣品合成空間較大，可達(dá)到100mm3，成本也遠(yuǎn)低于金剛石對(duì)頂砧高壓設(shè)備，具有設(shè)計(jì)科學(xué)，壓力范圍0-5GPa，設(shè)備投資成本低，安全易操作，使用壽命長，溫度壓力可控性好等突出優(yōu)點(diǎn)；可作為材料高壓制備的實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于國防、新能源、新材料、地學(xué)、行星科學(xué)、化學(xué)、凝聚態(tài)物理、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
【IPC分類】B01J3/06
【公開號(hào)】CN105107431
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510635170
【發(fā)明人】張金柱, 秦丙克, 籍永華
【申請(qǐng)人】貴州大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年9月30日