[實用新型]一種多層多面球剖分式高壓裝置

有效

• 申請號: 201220613617.7
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN203018052U
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 李明哲;劉志衛;韓奇鋼;付文智;蔡中義;王伯龍;楊云飛
• 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

本實用新型涉及一種多層多面球剖分式高壓裝置，具體而言，涉及一種合成金剛石、立方氮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。六面頂裝置腔體為六面體，每一個面都有一個頂錘施加壓力，其多缸同步性差，行程短，腔體小，且壓頭之間存在相互擠壓，不易長時間形成穩定的高壓高溫條件；兩面頂裝置腔體為圓柱形，通過對內部缸體和外部鋼環施加預緊力增加缸體內壁的強度，但所產生的預緊力有限。B.C.Von?Platen曾實用新型了兩層的球形增壓容器，每層由6個球瓣組成，內層球瓣所組成的腔體為立方體，并在組合球體外增加一液壓腔體，通過對組合球體表面施加壓力使球瓣收縮產生增壓效果，但是由于密封和應力集中問題，其壓力并不能很高，而且在增壓過程中有振動現象。Naoto?Kawai把兩個分塊的對頂圓錐體組合成一個球形腔體，且兩個組合錐體分別套在由壓力機控制的頂砧內，通過錐面配合使組合錐體收縮增壓，但是在對頂面處容易產生彎曲應力而失效，并且頂砧在內壁處也因具有過大的周向應力和應力集中而很容易破壞。本實用新型的多層多面球剖分式高壓裝置采用多層組合球，利用高溫時物體的膨脹或通過壓力機壓頭提高腔體壓力，運用“未裂先分”的原理降低腔體內壁的切向應力，并且通過各層之間的相互限制，逐漸減小各層的切向應力，能顯著降低最外層殼體上的周向應力，使裝置受力更加均勻，并增加腔體容積。所述多層多面球剖分式高壓裝置還能用于需要較大內壓力的塑性加工中。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種結構簡單、腔體容積大、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。

本實用新型的技術方案說明如下：

本實用新型提供一種多層多面球剖分式高壓裝置，包括多面球剖分塊、殼體和緊固件；所述多面球剖分塊分為多層，相鄰兩層剖分塊的剖分線相互錯開；最內層多面球剖分塊組合構成的腔體為球形或多面體，所述腔體內放置被合成物體，并放置葉臘石等傳壓與密封介質；所述多面球剖分塊多層組合后由半球形殼體對接并固定；所述半球形殼體通過所述緊固件連接在一起。

根據所述構成方式，相鄰層之間的剖分塊相互錯開，使層與層之間相互限制，因此切向拉應力和徑向壓力可以在傳遞過程中逐層衰減，使到達外層的壓力足夠小，且可以用螺紋連接而不被破壞。

此外，所述多面球剖分塊各層的數量相同或不同。剖分塊數量多，能夠降低剖分塊的拉應力，各層采用適當的塊數組合能夠使剖分塊和殼體受力均勻，實現等強度設計，承受更高的腔體壓力。所述多面球剖分塊的各層數量從內到外可以由多變少，例如，其各層剖分塊組合數為20-12、32-30、32-12、60-32、60-32-30或60-32-12，組合數還可以為12-8、12-6或8-6，或者其中任意一種的循環式組合。另外，靠近外層可以采用一層或多層半球形殼體，當半球形殼體為多層時，相鄰層殼體的剖分線也相互錯開。

根據所述構成方式，使相鄰層剖分塊的剖分線相互錯開，或者同時使多面球剖分塊的數目從內到外逐漸減少，從而使腔體內的壓力適當衰減，降低殼體的應力，而采用循環式組合能夠實現更多層的多面球剖分塊的裝配，從而使裝置承受更高的腔體壓力。

此外，所述多面球剖分塊各層的徑向厚度可以不同。

根據所述構成方式，各層多面球剖分塊在傳遞和衰減腔體內壓力時，可以根據各層多面球剖分塊位置和多面球剖分塊配合面面積不同，設計適當厚度，使各層多面球剖分塊具有適當的承壓能力，從而使裝置受力更加均勻合理。

此外，在所述腔體內還放置加熱單元或炸藥。

根據所述構成方式，通過對腔體內物質加熱使其膨脹或產生相變，從而產生高溫與高壓；或者通過爆炸的方式來產生腔體內的高溫與高壓。

此外，在所述的多層多面球剖分式高壓裝置中還設置一個或兩個對頂的錐形孔，并且采用與錐形孔對應的壓頭施加壓力；所加工的錐形孔的形狀為錐面、拋物面、雙曲面或組合曲面。

根據所述構成方式，通過壓頭擠壓腔體內物質，增大腔體內壓力；當錐形孔的錐面類似于拋物面、雙曲面或組合曲面時，能夠增大與錐形孔配合的壓頭的支撐面積，進而增加壓頭的強度和剛度。

此外，在所述多面球剖分塊的層與層之間，或多面球剖分塊與半球形殼體之間適當設置冷卻器，并連接冷卻管。