专利名称：一种多层交错剖分式高压装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多层交错剖分式高压装置，具体而言，涉及一种合成金刚石、立方碳化硼及其制品等超硬材料和“常压”下无法制备的新材料的合成制备装置，属于高压技术领域。
背景技术：
目前的超高压装置主要有六面顶装置和两面顶装置。六面顶装置的多缸同步性较差，行程短，腔体小，不易获得较高腔体压力；两面顶装置能够准确地对压力与温度进行控制，主要生产宝石级金刚石等制品。根据施加预紧力的对象不同，两面顶装置可分为年轮式、缠绕式和楔形块式，其中年轮式是通过多层钢环的过盈配合产生预应力以增加装置的强度和刚度，但所产生的预紧力有限；缠绕式是通过高强度薄钢带或钢丝按一定的张力进行缠绕，其预紧力大，结构紧凑，但其预紧力仍有一定限度。楔形块式两面顶装置利用“未裂先分”原则，仅对内部压缸进行剖分，以减小压缸在周向上的拉应力，但是会相应增加外层钢环的负担，并且外部钢环受力不均匀，在剖分面处容易产生应力集中。采用多层交错剖分式高压装置可以逐渐减小各层的周向应力，特别是能降低固定环上的周向应力，使装置受力更加均匀，同时，还可以增加腔体体积。另外，对剖分块的结合面进行适当处理后还能降低应力集中问题，进一步增加装置的使用寿命。此外，所述多层交错剖分式高压装置还可以用于需要较大内压力的塑性加工中。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种结构简单、腔体大、承压能力强、寿命高的超高压装置，可广泛应用于高温高压条件下的新型材料的合成与塑性加工中。本实用新型的技术方案结合附图说明如下本实用新型提供一种多层交错剖分式高压装置，其包括剖分块2、固定环3以及压头、液压缸和机架，所述剖分块2分为多层，各层剖分块2之间交错布置。所述剖分块2的剖分面是平面或曲面，所述固定环3与所述剖分块2之间以及所述剖分块2的层与层之间的接合面紧密配合。根据所述构成方式，能够显著减小内层的环向受力，腔体I内的径向压力通过剖分块2传递给外部固定环3，由于内部各层剖分块2之间逐层限制，使载荷在传递的过程中逐渐衰减，避免外层固定环3承受压力过大而产生破坏失效。所述剖分块的剖分面为曲面时，可以增加同一层剖分块2之间的相互限制，进一步衰减径向力的传递，增加外部固定环3的承载能力。此外，所述各层剖分块2的径向厚度相同或不同。根据所述构成方式，各层剖分块2在传递和衰减腔体I内压力时可以根据剖分块2位置不同设计适当厚度，使各层剖分块2具有相近的承载能力，从而使装置受力更加均匀合理。[0009]此外，所述剖分块2内层的数目等于或多于外层的数目。根据所述构成方式，使内层剖分块2数目等于或多于外层剖分块2数目，腔体I内的压力在经过各层剖分块2传递过程中能够适当地衰减，进一步减小外层固定环3的环向应力，有利于承受更高的压力。增加最内层剖分块2数目有利于降低腔体I内壁的环向应力，减少外层剖分块2数目有利于降低固定环3的周向应力。此外，所述固定环3与所述剖分块2之间以及所述剖分块2的层与层之间的接合面为圆柱面、双曲面、抛物面或其它组合曲面。根据所述构成方式，使应力集中区域增加厚度，并钝化锐角，避免其在外层剖分块2内壁或固定环3内壁产生过渡的应力集中。此外，所述固定环3为单层或多层筒体式，所述固定环3为多层筒体式时层与层之间过盈配合。根据所述构成方式，使固定环3内壁出现装配压应力，使压力在传递过程中首先克服固定环3内壁的压应力，增大装置的承载能力，并减少固定环3内壁应力。此外，所述剖分块2最外层或固定环3使用钢带或钢丝缠绕固定并预紧。根据所述构成方式，对固定环3施加更大的预紧力，增大装置的承压能力，并减少固定环3内壁应力。此外，所述各层剖分块2的高度从内到外阶梯式逐层增加，或连续过渡式增加。根据所述构成方式，各层高度从内到外逐渐增加，不但可以避免内层剖分块2轴向应力的增加，还可以增大固定环3的支撑面积，从而相应地增加装置的承载能力。此外，所述压头是整体式锥体或组合式锥体。根据所述构成方式，所述压头在轴向对腔体I施压，也可以对腔体I和剖分块2同时施压，使剖分块2组合体处于三向受压状态，减小剖分块2的周向拉力，提高剖分块2组合体的承压能力，同时还能保证在腔体I内产生高压。此外，所述各层剖分块2的材质不同，靠近腔体的内层剖分块2为高硬度材料(硬质合金、立方氮化硼、金刚石或陶瓷材料)，靠近固定环的外层剖分块2为合金钢或普通碳钢，所述固定环3材质为合金钢或普通碳钢。根据所述构成方式，使内层采用高硬度和高熔点的材料，能够避免装置在施压过程中破坏；并且根据装置受力情况，外层采用较廉价的材料，节约成本。本实用新型的技术效果所述多层交错剖分式高压装置，由于所述剖分块2为多层交错配合，能够降低内层的环向应力，而且由于各层剖分块2之间逐层限制可以衰减径向压力的传递，使外层固定环3不至于承受太大的环向应力，从而使装置各层受力均匀合理。各层剖分块2外不同层之间的接合面采用合适的圆柱面、双曲面或者抛物面，使剖分块2在接合面处增加厚度，并钝化锐角，避免在传递力的下一层相应位置产生过度的应力集中，从而使剖分块2或固定环3内壁受力均匀，进而使装置能够承受更大的压力。另外，当剖分块2体积较小时，可以显著提高硬质合金材料的烧结质量，同时，可以显著增加腔体I的体积。
图I是本实用新型的一个实施方式所涉及的多层交错剖分式高压装置10的俯视图。图2是本实用新型的另一实施方式所涉及的多层交错剖分式高压装置20的俯视图。图3是本实用新型的另一实施方式所涉及的多层交错剖分式高压装置30的俯视图。图4是本实用新型的另一实施方式所涉及的多层交错剖分式高压装置40的俯视图。图5是本实用新型的另一实施方式所涉及的多层交错剖分式高压装置50的俯视图。图6是本实用新型的另一实施方式所涉及的多层交错剖分式高压装置60的俯视图。图7是本实用新型的多层交错剖分式高压装置10的纵截面图70。图8是本实用新型的多层交错剖分式高压装置10的另一种纵截面图80。其中I....腔体2. · · ·剖分块3.....固定环10...多层交错剖分式高压装置1020...多层交错剖分式高压装置2030...多层交错剖分式高压装置3040...多层交错剖分式高压装置4050...多层交错剖分式高压装置5060...多层交错剖分式高压装置6070...多层交错剖分式高压装置10的纵截面图7080...多层交错剖分式高压装置10的另一种纵截面图70
具体实施方式
以下结合附图进一步对本实用新型所涉及的多层交错剖分式高压装置进行说明。图I是本实用新型的一个实施方式所涉及的多层交错剖分式高压装置10的示意图。多层交错剖分式高压装置10包括剖分块2、固定环3以及压头、液压缸、机架等(未图示)，剖分块2共分为5层(不限于5层)，且各层剖分块2交错组合，腔体I由剖分块2围成；同一层剖分块2是由通过轴线的平面按照相同的间隔切割圆环而成，剖分块2组合体嵌在固定环3内，剖分块2与固定环3紧密配合；在多层交错剖分式高压装置10中，内部剖分块2组合体两端可以是锥面(参考图7)，利用大质量支撑原理提高内部剖分块2和压头的强度；各层剖分块2的端面还可以类似抛物线式(或双曲线式)连续逐渐增加(参考图8)，当然也可以阶梯式逐层增加，由此可以增加外部固定环3的支撑面积，降低固定环3的周向应力。靠近腔体I的内层剖分块2材质采用硬质合金等高硬度和耐高温材料，外部剖分块2和固定环3材质采用合金钢或普通碳钢。另外，可以采用钢带或钢丝直接对剖分块2组合体进行紧固，还可以采用钢带或钢丝对固定环3施加预紧力，进一步提高装置的承载能力。腔体I内装有传压介质(如叶腊石)和合成物质(如石墨)，由对顶的两个压头挤压腔体I产生超高压，压头可以是整体式锥体或组合式锥体，压头还可以对腔体I施加压力，也可以对腔体I和剖分块2组合体同时施加压力，压头由液压缸控制。图2是本实用新型的另一个实施方式中所涉及的多层交错剖分式高压装置20的示意图。为了便于叙述，这里仅就多层交错剖分式高压装置20与多层交错剖分式高压装置10的不同之处进行说明。在多层交错剖分式高压装置20中，剖分块2共有4层，各层剖分块2的剖分面不经过剖分块2组合体的轴线，且剖分面为圆柱面，当然也可以为其他曲面。每一层剖分块2都是具有歪曲角的扇形，使同一层剖分块2之间相互限制，增大压力的衰减程度，且相邻两层之间扇形偏向相反，抵消各层剖分块2之间的转矩，提高装置的可控性和稳定性。图3是本实用新型的另一个实施方式中所涉及的多层交错剖分式高压装置30的示意图。为了便于叙述，这里仅就多层交错剖分式高压装置30与多层交错剖分式高压装置10的不同之处进行说明。在多层交错剖分式高压装置30中，各层剖分块2厚度不同，从内到外厚度逐渐减小，剖分块2在径向压力的作用下会产生弯矩，且靠近腔体I的剖分块2径向压力较大,弯矩也大,而外层剖分块2所受径向压力随着半径的增大而减小,其弯矩也随着减小，因此靠近腔体I的剖分块2的厚度较大，有助于减小剖分块2的弯曲应力。图4是本实用新型的另一个实施方式中所涉及的多层交错剖分式高压装置40的示意图。为了便于叙述，这里仅就多层交错剖分式高压装置40与多层交错剖分式高压装置10的不同之处进行说明。在多层交错剖分式高压装置40中，各层剖分块2数目由内到外依次减少(即24-12-12-6-3)，并且各层剖分块2之间交错配合，当然其数目的变化也不仅限于此。另外，各层剖分块2的大小也可以不同，如在第一层中，扇角为15°的剖分块2与扇角为45°的剖分块2可以交错组合。图5是本实用新型的另一个实施方式中所涉及的多层交错剖分式高压装置50的示意图。为了便于叙述，这里仅就多层交错剖分式高压装置50与多层交错剖分式高压装置10的不同之处进行说明。各层剖分块2的接合面为圆柱面，且曲率大于其组合体外切面的曲率，从而避免应力集中的产生，进而增加剖分块2和固定环3的承压能力，提高装置使用寿命。剖分块2的接合面并不限于圆柱面，也可以是双曲面、抛物面、椭圆面等其它曲面。图6是本实用新型的另一个实施方式中所涉及的多层交错剖分式高压装置60的示意图。为了便于叙述，这里仅就多层交错剖分式高压装置60与多层交错剖分式高压装置10的不同之处进行说明。在多层交错剖分式高压装置60中，固定环3分为两层，两层固定环3之间过盈配合。当然也不限于两层固定环3之间的过盈配合，如采用三层固定环3，并且环与环之间都采用过盈配合。另外也可以采用钢带或钢丝对剖分块2组合体或外层的固定环3进行缠绕，使固定环3产生预紧力，进一步提高装置的承压能力。[0057]图7是本实用新型的多层交错剖分式高压装置10的纵截面图70。在多层交错剖分式高压装置10的纵截面图70中，内层剖分块2上下端面各形成圆锥面，其余外层各剖分块2上下两端面为平面，且高度相等。当圆锥面的圆锥角为钝角时，则根据大质量支撑原理可以显著增大压头的强度；当圆锥面的锥角为锐角时，则有利于迅速提高腔体I压力。当然，所切割出的圆锥面的锥角也可以是直角。另外，外部各层剖分块2的高度也可以不同，从内到外呈阶梯式增加，由此可以增大固定环3的支撑面积，减小固定环3的拉应力，增加装置安全系数。此外，所述截面70所具有的特性也适应于以上所述的各种多层交错剖分式高压装置。图8是本实用新型的多层交错剖分式高压装置10的另一种纵截面图80。在多层交错剖分式高压装置10的纵截面图80中，各层剖分块2上下端面分别为不同锥角的圆锥面，也可以是双曲面或抛物面等形状，剖分块2高度从内至外连续增加。因此可以增大固定环3的支撑面积，减小固定环3的拉应力，增加装置安全系数。此外，所述截面80所具有的特性也适应于以上所述的各种多层交错剖分式高压装置。本实用新型所提供的多层交错剖分式高压装置，每层能够适当地减小装置在施压过程中的周向应力，设置多层后能够显著提高其承压能力和使用寿命，且装配简单，当接近腔体I的剖分块2所采用硬质合金或金刚石时，由于剖分块体2积较小，还能够提高烧结体的质量，而且能够增大腔体I的体积，还可以提高装置的承压能力和使用寿命。
权利要求1.一种多层交错剖分式高压装置，包括剖分块、固定环、压头、液压缸和机架，其特征在于所述剖分块分为多层，各层剖分块之间交错布置，所述剖分块的剖分面是平面或曲面， 所述固定环与所述剖分块之间以及所述剖分块的层与层之间的接合面紧密配合。
2.根据权利要求I所述的多层交错剖分式高压装置，其特征在于所述各层剖分块的径向厚度相同或不同。
3.根据权利要求I所述的多层交错剖分式高压装置，其特征在于所述剖分块内层的数目等于或多于外层的数目。
4.根据权利要求I所述的多层交错剖分式高压装置，其特征在于所述固定环与所述剖分块之间以及所述剖分块的层与层之间的接合面为圆柱面、双曲面、抛物面或其它组合曲面。
5.根据权利要求I所述的多层交错剖分式高压装置，其特征在于所述固定环为单层或多层筒体式，所述固定环为多层筒体式时，层与层之间过盈配合。
6.根据权利要求I所述的多层交错剖分式高压装置，其特征在于所述剖分块最外层或固定环使用钢带或钢丝缠绕固定并预紧。
7.根据权利要求I所述的多层交错剖分式高压装置，其特征在于所述各层剖分块的高度从内到外阶梯式逐层增加，或连续过渡式增加。
8.根据权利要求I至7任一项所述的多层交错剖分式高压装置，其特征在于所述压头是整体式锥体或组合式锥体。
专利摘要本实用新型公开了一种多层交错剖分式高压装置，涉及人造金刚石等材料的合成制备装置，属于高压技术领域。多层交错剖分式高压装置包括剖分块(2)、固定环(3)以及压头、液压缸和机架，所述剖分块(2)分为多层，各层剖分块(2)之间交错布置，所述剖分块(2)的剖分面是平面或曲面，所述固定环(3)与所述剖分块(2)之间以及所述剖分块(2)的层与层之间的接合面紧密配合。本实用新型能够显著提高高压装置承压能力和使用寿命。
文档编号B01J3/06GK202803207SQ201220511149
公开日2013年3月20日 申请日期2012年9月30日 优先权日2012年9月30日
发明者李明哲, 刘志卫, 韩奇钢, 付文智 申请人:吉林大学