[發明專利]一種多層交錯剖分式高壓裝置

有效

• 申請號: 201210376308.7
• 申請日: 2012-09-30
• 公開（公告）號: CN102872755A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 李明哲;劉志衛;韓奇鋼;付文智
• 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

本發明涉及一種多層交錯剖分式高壓裝置，具體而言，涉及一種合成金剛石、立方碳化硼及其制品等超硬材料和“常壓”下無法制備的新材料的合成制備裝置，屬于高壓技術領域。

背景技術

目前的超高壓裝置主要有六面頂裝置和兩面頂裝置。六面頂裝置的多缸同步性較差，行程短，腔體小，不易獲得較高腔體壓力；兩面頂裝置能夠準確地對壓力與溫度進行控制，主要生產寶石級金剛石等制品。根據施加預緊力的對象不同，兩面頂裝置可分為年輪式、纏繞式和楔形塊式，其中年輪式是通過多層鋼環的過盈配合產生預應力以增加裝置的強度和剛度，但所產生的預緊力有限；纏繞式是通過高強度薄鋼帶或鋼絲按一定的張力進行纏繞，其預緊力大，結構緊湊，但其預緊力仍有一定限度。楔形塊式兩面頂裝置利用“未裂先分”原則，僅對內部壓缸進行剖分，以減小壓缸在周向上的拉應力，但是會相應增加外層鋼環的負擔，并且外部鋼環受力不均勻，在剖分面處容易產生應力集中。采用多層交錯剖分式高壓裝置可以逐漸減小各層的周向應力，特別是能降低固定環上的周向應力，使裝置受力更加均勻，同時，還可以增加腔體體積。另外，對剖分塊的結合面進行適當處理后還能降低應力集中問題，進一步增加裝置的使用壽命。此外，所述多層交錯剖分式高壓裝置還可以用于需要較大內壓力的塑性加工中。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構簡單、腔體大、承壓能力強、壽命高的超高壓裝置，可廣泛應用于高溫高壓條件下的新型材料的合成與塑性加工中。

本發明的技術方案結合附圖說明如下：

本發明提供一種多層交錯剖分式高壓裝置，其包括剖分塊2、固定環3以及壓頭、液壓缸和機架，所述剖分塊2分為多層，各層剖分塊2之間交錯布置。所述剖分塊2的剖分面是平面或曲面，所述固定環3與所述剖分塊2之間以及所述剖分塊2的層與層之間的接合面緊密配合。

根據所述構成方式，能夠顯著減小內層的環向受力，腔體1內的徑向壓力通過剖分塊2傳遞給外部固定環3，由于內部各層剖分塊2之間逐層限制，使載荷在傳遞的過程中逐漸衰減，避免外層固定環3承受壓力過大而產生破壞失效。所述剖分塊的剖分面為曲面時，可以增加同一層剖分塊2之間的相互限制，進一步衰減徑向力的傳遞，增加外部固定環3的承載能力。

此外，所述各層剖分塊2的徑向厚度相同或不同。

根據所述構成方式，各層剖分塊2在傳遞和衰減腔體1內壓力時可以根據剖分塊2位置不同設計適當厚度，使各層剖分塊2具有相近的承載能力，從而使裝置受力更加均勻合理。

此外，所述剖分塊2內層的數目等于或多于外層的數目。

根據所述構成方式，使內層剖分塊2數目等于或多于外層剖分塊2數目，腔體1內的壓力在經過各層剖分塊2傳遞過程中能夠適當地衰減，進一步減小外層固定環3的環向應力，有利于承受更高的壓力。增加最內層剖分塊2數目有利于降低腔體1內壁的環向應力，減少外層剖分塊2數目有利于降低固定環3的周向應力。

此外，所述固定環3與所述剖分塊2之間以及所述剖分塊2的層與層之間的接合面為圓柱面、雙曲面、拋物面或其它組合曲面。

根據所述構成方式，使應力集中區域增加厚度，并鈍化銳角，避免其在外層剖分塊2內壁或固定環3內壁產生過渡的應力集中。

此外，所述固定環3為單層或多層筒體式，所述固定環3為多層筒體式時層與層之間過盈配合。

根據所述構成方式，使固定環3內壁出現裝配壓應力，使壓力在傳遞過程中首先克服固定環3內壁的壓應力，增大裝置的承載能力，并減少固定環3內壁應力。

此外，所述剖分塊2最外層或固定環3使用鋼帶或鋼絲纏繞固定并預緊。

根據所述構成方式，對固定環3施加更大的預緊力，增大裝置的承壓能力，并減少固定環3內壁應力。

此外，所述各層剖分塊2的高度從內到外階梯式逐層增加，或連續過渡式增加。

根據所述構成方式，各層高度從內到外逐漸增加，不但可以避免內層剖分塊2軸向應力的增加，還可以增大固定環3的支撐面積，從而相應地增加裝置的承載能力。

此外，所述壓頭是整體式錐體或組合式錐體。

根據所述構成方式，所述壓頭在軸向對腔體1施壓，也可以對腔體1和剖分塊2同時施壓，使剖分塊2組合體處于三向受壓狀態，減小剖分塊2的周向拉力，提高剖分塊2組合體的承壓能力，同時還能保證在腔體1內產生高壓。

此外，所述各層剖分塊2的材質不同，靠近腔體的內層剖分塊2為高硬度材料(硬質合金、立方氮化硼、金剛石或陶瓷材料)，靠近固定環的外層剖分塊2為合金鋼或普通碳鋼，所述固定環3材質為合金鋼或普通碳鋼。