一种原位调压低温设备的制作方法

本实用新型属于低温高压物理实验领域，具体的说，是一种可以在真空低温环境下实现原位压强调节的设备。

背景技术：

低温高压物理实验是比较前沿的物理科学实验，低温高压的极端实验条件对于发现如强关联、拓扑绝缘体、重费米子、分数量子霍尔效应和高温超导体等新的物理现象起到至关重要的作用，也可用来开展新材料的合成研究，通过对低温高压等极端条件下物质结构与性质的研究，揭示常规条件下无法获得的物质科学的新现象和新规律，对于本学科及相关学科的发展起到了重要作用。

金刚石对顶砧(DAC)是目前低温高压物理研究领域最普遍使用的高压产生装置。目前金刚石对顶砧加压的主要方式是通过调节加力驱动螺丝，使对称放置的两个金刚石之间产生几十甚至几百万个大气压的压强，但是这种调压方式通常是在室温大气环境下进行。在低温真空环境下完成一个压强点的测试后，往往需要将金刚石对顶砧的温度从低温恢复到室温，低温腔破真空后将金刚石对顶砧从低温腔内取出，改变金刚石对顶砧施加在样品上的压强后，再将金刚石对顶砧安装到低温腔内重新抽真空降温，不仅效率低，而且很难将升降温过程中DAC热胀冷缩引起的应力对待测试件的影响同压强改变对待测试件的影响区分开来。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种原位调压低温设备，克服了常见冷指型低温设备在变温过程中由于热胀冷缩造成调压杆和金刚石对顶砧上调压驱动螺丝失准直而无法实现低温下原位调压功能。

本实用新型提供了一种原位调压低温设备，包括：

原位调压装置，所述原位调压装置上真空罩顶部有一个密封法兰，所述密封法兰中心位置安装有窗片，所述窗片可透过红宝石荧光光谱，用来标定金刚石对顶砧对试件施加的压强，所述密封法兰上安装四根真空密封调压杆。每根所述真空密封调压杆上套有密封垫圈，所述金刚石对顶砧上有四个调压用驱动螺丝，所述真空密封调压杆的六角头部分可插入到所述驱动螺丝的内六角头中；

环形热交换器装置，其包括安装于下真空罩中的一级环形热交换器和（或）二级环形热交换器，所述一级冷台转接固定在所述一级环形热交换器上方，所述金刚石对顶砧安装在所述金刚石对顶砧夹具中并一起固定在所述一级冷台转接上方，冷屏固定在所述二级环形热交换器上；

制冷剂导入装置，为两层同轴套管结构，内管为柔性金属波纹管，外管为不锈钢管，同轴套管之间抽真空；

排气装置，为两层同轴套管结构，内管为柔性不锈钢波纹管，用于汽化后的气体排出，外管也为不锈钢管，所述外管上安装抽真空用球阀。

可选的，所述密封法兰的厚度为1-10mm。

可选的，所述真空密封调压杆的直径为2-10mm，长度为5-500mm，其一端为六边形，另外一端为正方形。

可选的，所述密封垫圈的形状为O型圈，其内径为2-10mm。

可选的，所述窗片的直径为4-32mm，其厚度为0.2-4mm。

可选的，所述环形热交换器为铜管环形绕制，每级环形热交换器的铜管圈数为2-10圈，所述环形热交换器分为2-5层，每层圈数5-10圈。

可选的，所述环形热交换器分为2-5层，每层圈数5-10圈。

可选的，所述下真空罩外部安装有若干个电学真空贯穿法兰接头，用于接入测试电缆。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1是原位调压低温设备斜视图。

图2是原位调压的低温设备剖面图。

图3是上真空罩顶部斜视图。

图4是上真空罩横顶部断面剖视图。

图5是真空密封调压杆的斜视图。

图中，1.原位调压低温设备本体 2.制冷剂导入装置 3.电学真空贯穿法兰接头 4.球阀 5.排气装置 6.上真空罩 7.驱动螺丝 8.冷屏 9-金刚石对顶砧 10.金刚石对顶砧夹具 11.一级冷台转接 12.一级环形热交换器 13.二级环形热交换器 14.真空密封调压杆 15.密封法兰 16.窗片17.密封垫圈 18.下真空罩。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1是原位调压低温设备斜视图，图2是原位调压的低温设备剖面图，图3是上真空罩顶部斜视图，图4是上真空罩顶部横断面剖视图，图5是真空密封调压杆的斜视图。

本实用新型提供了一种原位调压低温设备1，如图1所示，包括原位调压装置、环形热交换器装置、制冷剂导入装置和排气装置。所述原位调压装置安装在所述上真空罩内，所述环形热交换器装置安装在所述下真空罩18内，所述制冷剂导入装置2和所述排气装置5安装在所述下真空罩18侧面。

如图2至图5所示，所述原位调压装置上真空罩6顶部有密封法兰15，所述密封法兰15中心安装有窗片16，所述窗片16可透过红宝石荧光光谱，用来标定所述金刚石对顶砧9对试件施加的压强。所述密封法兰15上安装四根真空密封调压杆14。每根所述真空密封调压杆14上套有密封垫圈17，用于消除所述密封法兰15与所述真空密封调压杆14之间的缝隙。

所述金刚石对顶砧9上有四个调压用驱动螺丝7，所述真空密封调压杆14的六角头部分可插入到所述驱动螺丝7的内六角头中。所述驱动螺丝7上放置有调节所述驱动螺丝7高度的垫片，以防止调节所述真空密封调压杆14过程中压力过大，造成所述金刚石对顶砧9碎裂。

本领域技术人员可以理解，本实施例提供的金刚石对顶砧是一种具体的实施方式，所述金刚石对顶砧也可换成碳化硅、蓝宝石对顶砧或其他结构，能实现对样品加压即可。

所述环形热交换器装置，包括一级环形热交换器12和（或）二级环形热交换器13，所述一级冷台转接11固定在所述一级环形热交换器12上方，所述冷屏8固定在所述二级环形热交换器13上，所述金刚石对顶砧9安装在所述金刚石对顶砧夹具10中，并一起安装在所述一级冷台转接11上方。由于采用环形热交换器，使得在降温过程中，所述驱动螺丝7的内六角头位置几乎不随温度变化，从而确保所述真空密封调压杆14与调压用所述驱动螺丝7的内六角头位置始终保持准直，从而实现在低温状态下对所述金刚石对顶砧9原位调压功能。通过同时旋转中心对称的两根所述真空密封调压杆14的正方头，可以实现在低温真空状态下对所述金刚石对顶砧9压强的原位调节。所述环形热交换器装置，其内部铜管呈现逐层环绕设计，分为2-5层，每层圈数为5-10圈，所述设计可以增大所述一级环形热交换器12与制冷剂之间的接触面积，从而可以使所述制冷剂在所述一级环形热交换器12中充分汽化，并且使汽化后的所述制冷剂可以在所述二级环形热交换器13中停留时间变长，从而保证所述制冷剂的余冷可以给所述冷屏8充分降温。

所述制冷剂导入装置2，为两层同轴套管构成，所述同轴套管的内管为柔性波纹管，外管为不锈钢管。

所述排气装置5为两层同轴套管结构，内管为柔性不锈钢波纹管，用于汽化后的气体排出，外管为不锈钢管，所述外管上安装抽真空用球阀4。

通过所述球阀4上端接口连接真空泵组，可以对所述低温设备1进行抽真空操作，液氮或液氦从所述制冷剂导入装置2流入所述环形热交换器中，通过环形热交换器装置使所述液氮或液氦充分气化，从而使真空腔内温度降低，所述液氮或者液氦气化后，从所述排气装置5中流出。所述电学真空贯穿法兰接头3外接测温装置，可以读取所述低温设备1内部的温度，当所述低温设备1内部的温度达到所述金刚石对顶砧9所需加压温度时，开始对所述金刚石对顶砧9进行加压。

本领域技术人员可以理解，本实施例提供的低温设备也可用于较高温度的环境中，其温度变化范围为3.5K-475K。

虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。