[實(shí)用新型]一種可以產(chǎn)生壓剪復(fù)合加載的對(duì)頂砧高壓裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320576111.8
• 申請(qǐng)日: 2013-09-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203507963U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉彥;賀雪菁;賀端威
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J3/06
• 分類(lèi)號(hào): B01J3/06
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國(guó)

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于高壓裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種可以產(chǎn)生壓剪復(fù)合加載的對(duì)頂砧高壓裝置，可將該實(shí)用新型應(yīng)用于研究靜高壓下剪切應(yīng)力對(duì)材料的晶體結(jié)構(gòu)及力學(xué)、物理和化學(xué)等性能的研究。?

背景技術(shù)

高壓會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)不同于常壓的情況，從而發(fā)生結(jié)構(gòu)相變、物性變化及原子間的相互作用，合成出新型功能材料，甚至出現(xiàn)新的物理現(xiàn)象，產(chǎn)生奇異的化學(xué)反應(yīng)。宇宙中的絕大部分物質(zhì)均處在高壓狀態(tài)下，因此高壓科學(xué)與技術(shù)可廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、地球科學(xué)、行星科學(xué)、材料學(xué)、新能源、國(guó)防及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。對(duì)頂砧高壓裝置、兩面頂高壓裝置、四面頂高壓裝置、六面頂高壓裝置及多級(jí)增壓裝置等這些靜高壓實(shí)驗(yàn)裝置，使人們可以在更高的溫度壓力條件下研究物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，在高壓科學(xué)研究中起著至關(guān)重要的作用。?

在目前的靜高壓研究中，大部分產(chǎn)生的是靜水壓，也就是通過(guò)向樣品腔內(nèi)加入傳壓介質(zhì)，使剪切效應(yīng)能夠被忽略，但實(shí)際上剪切應(yīng)力是廣泛存在的，且在相變和物質(zhì)的分解時(shí)，有剪切應(yīng)力存在時(shí)更易發(fā)生。美國(guó)的Ma等（Yanzhang?Ma?et?al.?(2006)?J.?Phys.:?Condens.?Matter?18,?S1075.）采用旋轉(zhuǎn)式金剛石對(duì)頂砧研究了超高壓和強(qiáng)剪切作用下納米材料、礦物等凝聚態(tài)物質(zhì)的相結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)在將高壓同剪切效應(yīng)結(jié)合時(shí)，材料會(huì)發(fā)生許多奇異現(xiàn)象，從而為超高壓科學(xué)的未來(lái)發(fā)展提出了新方向。中國(guó)的專利“垂直與旋轉(zhuǎn)復(fù)合加壓式多砧壓機(jī)”（申請(qǐng)?zhí)?01210590703.6）通過(guò)使傳統(tǒng)的高壓裝置具備旋轉(zhuǎn)加壓功能，從而實(shí)現(xiàn)剪切作用下新材料的合成。以上的剪切裝置都是針對(duì)旋轉(zhuǎn)剪切作用的，而采用平移滑動(dòng)斜面產(chǎn)生剪切的高壓裝置至今未見(jiàn)報(bào)道。實(shí)際上平移滑動(dòng)剪切的作用是不容忽視的，尤其在對(duì)頂砧應(yīng)用較多的地球科學(xué)研究中，在造山帶地表中存有巨大擠壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力的斷裂帶和剪切帶，形成各種斷層，如在平移斷層中，應(yīng)力是平移剪切應(yīng)力，而非旋轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力。本實(shí)用新型的目的是填補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的空白，所提出的平移滑動(dòng)斜面產(chǎn)生壓剪復(fù)合加載的新技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)壓應(yīng)力與剪應(yīng)力的共同作用，并且剪切應(yīng)力可以均勻控制，剪切應(yīng)力幅度可以有效調(diào)節(jié)。?

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種可以產(chǎn)生壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力復(fù)合加載的對(duì)頂砧高壓裝置。采用該裝置可以研究超高壓力條件下剪切應(yīng)力對(duì)材料結(jié)構(gòu)和性能的影響，尤其是壓剪作用這種極端情況下對(duì)物質(zhì)的相與形態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)新奇物相，優(yōu)化新材料，同時(shí)與理論預(yù)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)展更適合極端條件的泛函和分子動(dòng)力學(xué)理論，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)和理論的匯聚。?

實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為：一種可以產(chǎn)生壓剪復(fù)合加載的對(duì)頂砧高壓裝置，包括加壓裝置系統(tǒng)和對(duì)頂壓砧樣品系統(tǒng)，對(duì)頂壓砧樣品系統(tǒng)設(shè)置在加壓裝置系統(tǒng)內(nèi)部，加壓裝置系統(tǒng)包括壓頭、腔體座和加載螺栓，壓頭設(shè)置在腔體座上方，通過(guò)N個(gè)對(duì)稱布置的加載螺栓將壓頭和腔體座固定在一起，N≥4，并通過(guò)擰緊加載螺栓進(jìn)行加壓；壓頭由端頭和塞柱構(gòu)成，端頭設(shè)置在塞柱頂部，塞柱底部設(shè)有一凹腔，腔體座與塞柱的柱面構(gòu)成柱面導(dǎo)向副的圓柱筒，壓頭與腔體座通過(guò)此柱面導(dǎo)向副裝配在一起；其特征在于：對(duì)頂壓砧樣品系統(tǒng)包括對(duì)稱布置的兩個(gè)壓砧、支撐環(huán)、金屬墊片、碳化鎢底座和彈性墊圈，將兩個(gè)壓砧分別設(shè)置兩個(gè)在支撐環(huán)內(nèi)，金屬墊片中間設(shè)有一孔，金屬墊片位于兩個(gè)壓砧之間，兩個(gè)壓砧和金屬墊片的孔形成樣品腔，兩個(gè)壓砧分別固定在碳化鎢底座上，彈性墊圈設(shè)置在位于底部的壓砧的支撐環(huán)外側(cè)，位于頂部的壓砧通過(guò)碳化鎢底座固定在塞柱的凹腔內(nèi)，位于底部的壓砧通過(guò)碳化鎢底座固定在腔體座底部。?

壓砧為錐體，在錐體的頂角上切出一個(gè)斜面，該斜面為壓砧的砧面，砧面與水平面成α角度，0°＜α≤90°，組成對(duì)頂砧的兩個(gè)壓砧砧面相對(duì)，同軸布置，且砧面互相平行，形成平移滑動(dòng)斜面。因此，這是一種壓剪復(fù)合加載技術(shù)。?

在下壓砧支撐環(huán)外墊一圈彈性墊圈，其材質(zhì)為彈簧鋼或橡膠等，當(dāng)向頂砧施加高壓時(shí)，彈性墊圈的滑移會(huì)增加剪切作用力。?

為了進(jìn)一步增大剪切應(yīng)力，在基本同軸布置的基礎(chǔ)上，采用預(yù)偏心技術(shù)，使滑移面有更大的位移。?

根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)對(duì)壓力大小要求的不同，可以選用強(qiáng)度、硬度和韌性等不同的材料制作對(duì)頂壓砧，兼容多種類(lèi)型的壓砧。壓砧的材料為單晶金剛石、碳化硅、二氧化鋯、三氧化二鋁、碳化鎢或納米金剛石超硬復(fù)合材料中的一種。當(dāng)其材質(zhì)為碳化硅時(shí)，其壓砧砧面可較大，有利于操作，允許使用和測(cè)量大面積或體積的樣品。?

由于壓砧的砧面為斜面，墊片可能會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，為了固定金屬墊片，可使其橫截面積略大于壓砧面橫截面積，并收口于下壓砧面。?