[發明專利]原位中子衍射用對頂砧高壓裝置

有效

• 申請號: 201110377729.7
• 申請日: 2011-11-24
• 公開（公告）號: CN102507618A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 陸裕平;賀端威;惠博;陳波;孫光愛;陳喜平
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N23/20
• 分類號: G01N23/20
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 呂建平

技術領域

本發明涉及原位中子衍射實驗技術，更具體地說是涉及一種原位中子衍射用對頂砧高壓裝置，用于超高壓力下材料結構和物理性能的測量。

技術背景

在高壓技術領域中，對頂砧型高壓裝置是一種可產生超高壓的儀器，其主要構成包括內壓腔，安裝在內壓腔內的一對砧面相對的壓砧、位于兩壓砧之間的封墊和設置內壓腔上的加載機構，上下壓砧和封墊構成放置被測樣品的高壓腔，在高壓腔內的樣品周圍充入傳壓介質。傳壓介質可以是固體、液體或氣體，其中氣體傳壓介質具有完全的靜水壓傳遞特性，化學性能穩定和能夠經受高溫加熱等優點，是一種最理想的傳壓介質。但使用氣體傳壓介質對實驗技術和設備的要求也最高。對頂砧型高壓裝置工作時，外力F以相對方向作用于壓砧，由于封墊與上下壓砧之間產生強大摩擦力，從而在樣品腔中產生高壓。為防止高壓下壓砧材料流動和失效，壓砧必須用高硬度材質制造，目前常用的壓砧，根據壓砧的材質來分，有碳化鎢壓砧、金剛石壓砧和碳化硅壓砧等。現有技術的對頂砧高壓裝置，其壓砧與內壓腔為配套設計，壓砧不能更換，不同材料樣品的衍射實驗使用由不同材質壓砧構成的對頂砧高壓裝置。

采用對頂砧高壓裝置進行實驗，根據實驗樣品體積和材質的不同，高壓腔內的樣品需要施加不同的壓力，需要施加的實驗壓力從10GPa到100GPa不等。對于樣品實驗壓力要求比較小的實驗，施加于高壓強內樣品的壓力通常是由對頂砧高壓裝置附帶的機械加載機構提供，作用于高壓腔內樣品的壓力得以施加后，將對頂砧高壓裝置置于實驗臺上，如安裝在x-線衍射儀、同步輻射x-線衍射源束線上進行實驗。對于樣品需要提供實驗壓力比較大的實驗，現有技術的壓力施加方法，是將對頂砧高壓裝置置于油壓機上，由油壓機對高壓腔內的樣品加載施壓，施壓加載后用機械機構鎖定，然后將對頂砧高壓裝置從油壓機上移走，送到實驗地安裝在實驗臺上進行實驗。這種施壓加載方式，液壓加載系統與對頂砧高壓裝置是分離的，不能在實驗臺上對樣品進行壓力加載，由于對頂砧高壓裝置的剛度很大，對頂砧高壓裝置從油壓機移走送到實驗地安裝在實驗臺上的過程中存在震動，機械鎖定機構通常只能鎖住油壓機施加壓力的一部份，即施加在實驗樣品上的壓力只是油壓機加載壓力的一部分，損失的壓力使頂砧高壓裝置受力的部件松弛，從而引起樣品周圍封墊與壓砧間的密封性下降，導致高壓腔中氣體傳壓介質泄漏，進而導致實驗失敗。

發明內容

針對現有技術的原位中子衍射用對頂砧高壓裝置存在的不足，本發明的目的是提供一種全新結構的原位中子衍射用對頂砧高壓裝置，以解決現有技術原位中子衍射用對頂砧高壓裝置存在的一臺對頂砧高壓裝置一般只能用于一種材質的壓砧，不能在實驗臺上對實驗樣品實時液壓加載施壓，難以保證樣品以預加載壓力進行實驗，易導致實驗失敗的等問題。

本發明所要解決的上述技術問題，可通過具有下述技術方案的原位中子衍射用對頂砧高壓裝置來完成。

本發明提供的原位中子衍射用對頂砧高壓裝置，主要包括框架、位于框架內由壓頭和腔體座構成的內壓腔、位于內壓腔內分別設置在壓頭和腔體座上砧面相對的壓砧、位于兩壓砧之間的封墊和加載系統，兩壓砧和位于它們之間的封墊構成樣品高壓密封腔，內壓腔設計有中子束入射光通道和衍射光出射窗口，所述加載系統設計有兩級加載子系統，其中一級加載子系統為成對對稱設置的螺紋副機械加載系統，由與腔體座或壓頭上的螺紋孔配合構成加載螺紋副的加載螺栓和彈性墊構成，二級加載子系統為液壓加載系統，由設置在框架上的油缸和作用于腔體座或壓頭的活塞構成，對頂砧高壓裝置通過其框架懸掛在與中子堆源平臺相配套的懸掛裝置下方，懸掛裝置設計有懸掛位置調整機構。

為了更好地實現本發明的目的，解決所要解決的技術問題，本發明還可進一步采取以下技術措施。下述技術措施可以單獨采取，也可組合采取，甚至一并采取。