[發明專利]多級圓角式高壓頂砧

無效

• 申請號: 201210002784.2
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號: CN102527296A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 韓奇鋼;賈曉鵬;李明哲;薛鵬飛;馬紅安
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B01J3/06
• 分類號: B01J3/06
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;王壽珍

技術領域

本發明公開了一種多級圓角式高壓頂砧，涉及探索金剛石、立方氮化硼及其制品等新型超硬材料和“常壓”下無法制備的新材料的合成制備工具，屬于超高壓技術領域。

背景技術

自從美國高壓物理學家Bridgman成功的設計出達到5GPa以上壓力的高壓設備后，高壓物理學取得了許多意義重大的成果。例如，在高溫高壓下合成出了金剛石、立方氮化硼等材料，研究了許多不同物質在高壓下的物理性質；但幾乎所有的高壓研究都離不開高壓密封裝置，高壓頂砧作為高壓密封裝置關鍵零部件之一，其性能對超高壓的獲得具有決定性意義。高壓頂砧作為研究“高壓”對物質的晶體結構、相變、狀態方程及物理性質等影響的必備工具，其研究是探索金剛石、立方氮化硼及其制品等新型超硬材料和“常壓”下無法制備的新材料的基礎，其廣泛被應用于高壓物理學、地球物理學、材料學以及高壓生物學等基礎科學研究領域。

高壓頂砧作為高壓裝置的消耗性部件，其性能制約著高壓裝置可獲得的極限腔體壓力以及研究實驗或材料生產成本。現今，無論是對頂砧裝置、兩面頂高壓裝置、四面頂高壓裝置、六面頂高壓裝置，還是多級增壓裝置，配套使用的高壓頂砧均為帶拐角的簡單一級結構，由彈性理論知，帶拐角的組織均勻的脆性材料組成的高壓頂砧，因應力集中將大大降低強度，引起脆性材料斷裂，使高壓頂砧產生裂紋，從而降低其在極端條件(高溫高壓)下使用過程中的使用壽命。此外，現有帶拐角的簡單一級結構的高壓頂砧存在可獲得腔體壓力低以及腔體體積小等問題。為解決以上問題，研究“高壓”對物質的晶體結構、相變、狀態方程及物理性質等影響，促進高壓物理學、地球物理學、材料學以及高壓生物學等基礎科學的發展，發明人首次打破傳統頂砧的拐角及一級平臺設計結構，設計了多級圓角式高壓頂砧，此方面工作未見報道。

發明內容

本發明的目的在于解決極端條件(高溫高壓)下對頂砧裝置、兩面頂高壓裝置、四面頂高壓裝置、六面頂高壓裝置以及多級增壓裝置配套使用的高壓頂砧因其結構為帶拐角的簡單一級結構，從而存在的使用壽命低，可獲得腔體壓力低以及腔體體積小等問題，不能滿足高壓物理學、地球物理學、材料學以及高壓生物學對超高壓下物質體系研究需求。本發明的多級圓角式高壓頂砧，首次打破傳統頂砧的拐角及一級平臺設計結構，能夠降低頂砧應力集中效應、提高頂砧使用壽命，并獲得幾十萬至百萬個大氣壓的腔體壓力，可廣泛應用于對頂砧裝置、兩面頂高壓裝置、四面頂高壓裝置、六面頂高壓裝置以及多級增壓裝置，滿足高壓物理學、地球物理學、材料學以及高壓生物學對高溫高壓下物質體系研究需求，促進高壓物理學、地球物理學、材料學以及高壓生物學等基礎科學的發展。

本發明的技術方案結合附圖說明如下：

本發明提供了一種多級圓角式高壓頂砧，其首次打破傳統頂砧的拐角及一級平臺設計結構，頂部為帶圓角的多級臺式結構，底部為帶倒角的柱體，頂部和底部之間由對稱的曲面或扇形斜面過渡；其材質為鋼材質、硬質合金、金剛石燒結體、立方氮化硼燒結體或天然金剛石等高硬度材料。

所述頂部的帶圓角的多級臺式結構為帶圓角的多級圓臺式結構或帶圓角的多級棱臺式結構。

所述的多級臺式結構頂面為平面或曲面。

所述曲面為凸面或凹面。

所述底部帶倒角的柱體為圓柱體或棱柱體。

所述頂部帶圓角的多級臺式結構采用雙圓角二級圓臺式結構，其一級圓臺4和二級圓臺3的側面與頂面分別通過二級圓角2和一級圓角1過渡，一級圓臺4和二級圓臺3為一體結構，底部為帶倒角的圓柱體底部5。

在一級圓臺4和二級圓臺3之間通過用二-一級圓臺式臺面過渡圓角6過渡構成三圓角二級圓臺式結構。

所述頂部帶圓角的多級臺式結構采用砧面縮減的三級棱臺式結構，其三級棱臺7和二級棱臺8的側面與頂面分別通過一級圓角2和二級圓角1過渡，一級棱臺9的側面為與底部過渡的對稱大斜面，所述一級棱臺9、二級棱臺8和三級棱臺7為一體結構，底部為帶倒角的圓柱體底部5。

在二級棱臺8和三級棱臺7之間通過三-二級棱臺式臺面過渡圓角10過渡，或在一級棱臺9和二級棱臺8之間通過二-一級棱臺式臺面過渡圓角11過渡構成三圓角三級棱臺式結構。

在一級棱臺9、二級棱臺8和三級棱臺7之間通過二-一級棱臺式臺面過渡圓角11和三-二級棱臺式臺面過渡圓角10過渡構成四圓角三級棱臺式結構。

本發明上的技術效果是：