[發明專利]一種利用金屬電爆炸效應合成金剛石晶體的裝置

有效

• 申請號: 201610186954.5
• 申請日: 2016-03-29
• 公開（公告）號: CN105749809B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 徐旭哲;李紅東;孫鷂鴻;成紹恒;嚴萍
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所;吉林大學
• 主分類號: B01J3/08
• 分類號: B01J3/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 關玲

1.一種利用金屬電爆炸效應合成金剛石晶體的裝置，其特征在于，所述的合成金剛石晶體的裝置包括N路放電單元，用于控制N路放電單元放電時序的時序控制器(S1)，電爆炸室和包含有金屬導體層的石墨組件，N為大于1小于16的正整數；N路放電單元并聯；放電單元的正極與電爆炸室的上放電電極(S110)相連，放電單元的負極與電爆炸室的下放電電極(S118)相連；石墨組件放置在上放電電極(S110)和下放電電極(S118)之間；時序控制器(S1)分別與每路放電單元中放電開關的控制端連接；每一路放電單元包括儲能電容、放電開關、限流電感、續流二極管；所述儲能電容的正端連接放電開關的正極，放電開關的負極和續流二極管的負極相連，續流二極管的正極連接到儲能電容的負端，限流電感一端與放電開關的負極相連，另一端作為放電單元的正極，儲能電容的負端作為放電單元的負極；N路放電單元的結構相同。

2.根據權利要求1所述的利用金屬電爆炸效應合成金剛石晶體的裝置，其特征在于，所述的電爆炸室為圓柱型對稱結構，水平布置；絕緣支撐筒(S105)位于電爆炸室的中央，石墨組件放置在絕緣支撐筒(S105)中；上放電電極絕緣支撐板(S103)位于絕緣支撐筒(S105)的上端；上放電電極絕緣支撐板(S103)的中央插入上放電電極(S110)；上絕緣蓋板(S102)覆蓋于上放電電極絕緣支撐板(S103)的上表面；下放電電極絕緣支撐板(S106)位于絕緣支撐筒(S105)的下端，下放電電極絕緣支撐板(S106)的中央插入下放電電極(S118)；下放電電極絕緣支撐板(S106)的底面覆蓋有下絕緣蓋板(S107)；上放電電極絕緣支撐板(S103)、上絕緣蓋板(S102)、下放電電極絕緣支撐板(S106)和下絕緣蓋板(S107)的4個通孔插入4根鎖緊螺栓(S104)，通過上鎖緊螺母(S101)、下鎖緊螺母(S108)、上放電電極鎖緊螺母(S109)和下放電電極鎖緊螺母(S119)緊固；上放電電極(S110)和下放電電極(S118)分別與放電單元的正輸出端和負輸出端連接；時序控制器(S)對各路放電單元的放電開關進行時序控制。

3.根據權利要求1所述的利用金屬電爆炸效應合成金剛石晶體的裝置，其特征在于，所述的石墨組件包括石墨筒(S113)、圓筒形金屬導體層(S114)和石墨棒(S115)；上放電電極(S110)和下放電電極(S118)與金屬導體層(S114)相連；上放電電極(S110)與石墨筒(S113)之間放置環形絕緣墊片(S112)，上放電電極(S110)和石墨棒(S115)之間放置有圓形絕緣墊片(S111)，下放電電極(S118)與石墨筒(S113)之間放置環形絕緣墊片(S116)，下放電電極(S118)和石墨棒(S115)之間放置有圓形絕緣墊片(S117)；上放電電極(S110)、下放電電極(S118)和石墨組件安裝在電爆炸室的電容絕緣支撐筒(S105)中，通過上絕緣支撐板(S103)、上絕緣蓋板(S102)、下絕緣支撐板(S106)、下絕緣蓋板(S108)和四根夾緊螺桿(S104)固定。

4.根據權利要求1所述的利用金屬電爆炸效應合成金剛石晶體的裝置，其特征在于，所述的石墨組件的外層為石墨筒(S113)，中間層為圓筒形的金屬導體層(S114)，內層為石墨棒(S115)，石墨筒(S113)、金屬導體層(S114)和石墨棒(S115)同軸；金屬導體層(S114)高于石墨筒(S113)和石墨棒(S115)。

5.根據權利要求4所述的利用金屬電爆炸效應合成金剛石晶體的裝置，其特征在于，所述的石墨筒(S113)和石墨棒(S115)為純度99％以上的石墨體或含有金屬觸媒顆粒的石墨體。

6.根據權利要求1所述的利用金屬電爆炸效應合成金剛石晶體的裝置，其特征在于，N個所述放電單元中的儲能電容首先通過充電設備充電，然后儲能電容與充電設備斷開；時序控制器(S1)與每路放電單元中放電開關的控制端相連，控制放電開關的閉合，N個儲能電容通過各自的限流電感后并聯在一起，經過放電電極對石墨組件中的金屬導體層放電；金屬導體流經持續的大電流后，產生焦耳熱，迅速汽化變成金屬蒸汽，形成局部的高溫高壓區域；當產生足夠的高溫高壓條件時，石墨產生相變金剛石的物理過程。