六面顶压机的增压装置

1.本实用新型涉及高压设备技术领域，具体而言，涉及一种六面顶压机的增压装置。


背景技术：

2.随着全球材料科学的高速发展，在工业金刚石或立方氮化硼等超硬材料的生产、金刚石或立方氮化硼的烧结、金刚石或立方氮化硼复合片的制造、合成钻石的生长等领域，制造过程通常需要极高的合成压力，因此对于大腔体压机的使用愈加频繁，同时对性能要求也逐步提升。目前普遍使用的大腔体压机主要包括六面顶压机，其中，拉杆式六面顶压机由于结构复杂、加工困难、造价较高，已很少被采用；铰链式六面顶压机因其具有结构紧凑、造价低，且加工及安装相对简单的优势，目前已成为国内合成金刚石和立方氮化硼等超硬材料的主要设备。
3.然而，铰链式六面顶压机的压力极限通常在6gpa以下，难以满足更高压力需求的研究领域。如超高精密加工需求的纳米多晶金刚石复合片，烧结过程中抑制纳米金刚石石墨化，需要大于6.5gpa压力；无粘接剂聚晶立方氮化硼合成需要7gpa压力等。现有技术中，前人使用6
‑
8增压模式可以实现将六面顶压机的压力极限成功提升到10gpa，然而现有技术中采用的增压方法组装复杂，升降压周期长，增压效率较低，无法满足大尺寸材料的合成以及工业生产的需求。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种六面顶压机的增压装置，该六面顶压机的增压装置结构简单、易于组装，且能够提高六面顶压机的增压效率。
5.本实用新型的实施例是这样实现的：
6.本实用新型的一方面，提供一种六面顶压机的增压装置，该六面顶压机的增压装置包括六个顶锤、合成块以及六个增压元件，其中，合成块包括本体和六个叶腊石片，本体呈正六面体设置，本体内设有用于容置合成原料的合成腔，本体的每个外壁均设有容置槽，增压元件一一对应收容于容置槽内，叶腊石片盖合于容置槽上用以封闭容置槽，六面顶压机的增压装置的液压系统驱动六个顶锤分别作用于六个叶腊石片上，以共同向增压元件施压。该六面顶压机的增压装置结构简单、易于组装，且能够提高六面顶压机的升降压效率。
7.可选地，叶腊石片靠近顶锤的一面与本体的外壁面平齐。
8.可选地，增压元件呈四棱台状，且四棱台的顶面与容置槽的槽底抵接，容置槽与增压元件相适配。
9.可选地，本体包括传压件和12条预密封边，传压件呈正六面体设置，且合成腔位于传压件的中心轴线处，预密封边分别装设于传压件的12条棱边处，以与传压件共同形成容置槽。
10.可选地，传压件的顶面和传压件的底面分别与合成腔连通，且盖合于传压件的顶面的容置槽上的叶腊石片和盖合于传压件的底面的容置槽上的叶腊石片的中心均设有第
二通孔，第二通孔内嵌设有导热件，导热件与增压元件抵接。
11.可选地，合成腔内设有加热元件和绝缘保温元件，绝缘保温元件包覆于加热元件的外周壁，加热元件包括依次连接的第一钼片、第一石墨柱、石墨管、第二石墨柱以及第二钼片，其中，合成原料设于石墨管内，第一钼片和第二钼片分别靠近传压件的底面和传压件的顶面，且第一钼片与收容于传压件的顶面的容置槽内的增压元件抵接，第二钼片与收容于传压件的底面的容置槽内的增压元件抵接。
12.可选地，第一钼片与第一石墨柱之间设有第一石墨片，第一石墨柱在第一钼片上的投影位于第一石墨片在第一钼片上的投影范围内，第二钼片与第二石墨柱之间设有第二石墨片，第二石墨柱在第二钼片上的投影位于第二石墨片在第二钼片上的投影范围内。
13.可选地，增压元件的硬度和体弹模量均大于合成块、加热元件以及绝缘保温元件的硬度和体弹模量。
14.可选地，增压元件由氧化锆、硬质合金、立方氮化硼或烧结金刚石中的一种或多种制成。
15.可选地，绝缘保温元件的材质为氧化锆。绝缘保温元件的材质为氧化锆。
16.本实用新型的有益效果包括：
17.本实施例提供一种六面顶压机的增压装置，该六面顶压机的增压装置包括六个顶锤、合成块以及六个增压元件，其中，合成块包括本体和六个叶腊石片，本体呈正六面体设置，本体内设有用于容置合成原料的合成腔，本体的每个外壁均设有容置槽，增压元件一一对应收容于容置槽内，叶腊石片盖合于容置槽上用以封闭容置槽，六面顶压机的液压系统驱动六个顶锤分别作用于六个叶腊石片上，以共同向增压元件施压。该六面顶压机的增压装置结构简单、易于组装，且能够提高六面顶压机的升降压效率。这样一来，当六个顶锤在液压系统的作用下同步挤压合成块时，由于增压元件设于本体的内部，如此可使得增压元件周围遍布传压介质(即被本体围绕)，当顶锤作用于增压元件时，增压元件周围的传压介质可对增压元件产生侧向支撑，从而可使得增压元件可以承受更高的压力，进而使得增压元件几乎不会产生体积收缩，从而提高了增压元件的传压效率，也提高了本体内的合成腔的传压效率和压力极限。如此，本申请提供的六面顶压机的增压装置，相比于现有技术而言其结构简单、易于组装，且能够提高六面顶压机的增压效率。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1为本实用新型实施例提供的六面顶压机的增压装置的结构示意图之一；
20.图2为本实用新型实施例提供的六面顶压机的增压装置的结构示意图之二；
21.图3为本实用新型实施例提供的合成块的结构示意图之一；
22.图4为本实用新型实施例提供的合成块的结构示意图之二；
23.图5为本实用新型实施例提供的加热元件和绝缘保温元件的结构示意图。
24.图标：10
‑
合成块；11
‑
本体；111
‑
合成腔；112
‑
容置槽；113
‑
传压件；114
‑
预密封边；
12
‑
叶腊石片；121
‑
第二通孔；20
‑
增压元件；21
‑
四棱台的顶面；30
‑
导热件；40
‑
加热元件；41
‑
第一钼片；42
‑
第一石墨片；43
‑
第一石墨柱；44
‑
石墨管；45
‑
第二石墨柱；46
‑
第二石墨片；47
‑
第二钼片；50
‑
绝缘保温元件；51
‑
氧化锆管；52
‑
氧化锆环；53
‑
氧化锆片。
具体实施方式
25.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
26.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.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定义和解释。
28.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
30.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
31.请结合参照图1与图2，本实施例提供一种六面顶压机的增压装置，该六面顶压机的增压装置包括六个顶锤、合成块10以及六个增压元件20，其中，合成块10包括本体11和六个叶腊石片12，本体11呈正六面体设置，本体11内设有用于容置合成原料的合成腔111，本体11的每个外壁均设有容置槽112，增压元件20一一对应收容于容置槽112内，叶腊石片12盖合于容置槽112上用以封闭容置槽112，六面顶压机的液压系统驱动六个顶锤分别作用于六个叶腊石片12上，以共同向增压元件20施压。该六面顶压机的增压装置结构简单、易于组装，且能够提高六面顶压机的升降压效率。
32.需要说明的是，六个顶锤是通过六面顶压机的液压系统驱动的，分别用于同步作用于六个叶腊石片12上，进而通过叶腊石片12给增压元件20进行施压，从而使得合成块10内的合成腔111达到较高的压力。
33.请结合参照图3和图4，在本实施例中，合成块10包括本体11和六个叶腊石片12，其中，该本体11呈正六面体设置，且本体11内设有用于容置合成原料的合成腔111。示例地，上述本体11可以是通过拼装而成也可以是一体成型。
34.另外，上述本体11的外壁面均对应设有一个容置槽112，该容置槽112用于收容增压元件20，即正六面体状的本体11的每个外壁面均对应设有一个容置槽112，如此，六个增压元件20便可分别设于对应的容置槽112内。
35.对应地，上述叶腊石片12也包括六个，六个叶腊石片12分别用于对应覆盖于六个增压元件20上，且与本体11连接。示例地，可采用胶粘的方式使得叶腊石片12与本体11固定。可选地，上述本体11也为叶腊石材质。本申请将叶腊石片12置于增压元件20与顶锤之间，如此，在叶腊石片12的作用下，一来可以提高六面顶压机的增压装置的保温效果；二来可以对顶锤起到防护作用，保护顶锤不受损伤。
36.这样一来，本申请的增压元件20被可被设置于合成块10的本体11的内部，如此，增压元件20周围遍布传压介质(即被本体11围绕)，当顶锤作用于增压元件20时，增压元件20周围的传压介质可对增压元件20产生侧向支撑，从而可使得增压元件20可以承受更高的压力，进而提高了合成腔111内部的加压效率。另外，相比于现有技术将增压元件20设于合成块10的外部而言，本申请将增压元件20设置于合成块10内部，在采用同样的压机吨位及顶锤尺寸的情况下，还可以使得合成腔111的尺寸更大。
37.示例地，本申请的增压元件20可以由氧化锆、硬质合金、立方氮化硼或烧结金刚石中的一种或多种制成。应理解，本申请所给出的增压元件20的材质仅为本申请的几种示例，并非是对增压元件20材质的限制，本领域技术人员也可根据对合成腔111内不同压力和温度的需求，选择合适的材质的增压元件20进行组装。
38.另外，在本实施例中，增压元件20的硬度和体弹模量分别远高于合成块10内部除增压元件20自身之外的所有材料。即上述增压元件20的硬度均大于合成块10的硬度、加热元件40的硬度以及绝缘保温元件50的硬度，且增压元件20的体弹模量均大于合成块10的体弹模量、加热元件40的体弹模量以及绝缘保温元件50的体弹模量。这样一来，本申请的增压元件20在具有很高的硬度和体弹模量的前提条件下，便几乎不会产生流动，从而可以提高其传压效率，进而可以使得样品腔体的传压效率以及其压力极限得到进一步的提升。
39.综上所述，本实施例提供一种六面顶压机的增压装置，该六面顶压机的增压装置包括六个顶锤、合成块10以及六个增压元件20，其中，合成块10包括本体11和六个叶腊石片12，本体11呈正六面体设置，本体11内设有用于容置合成原料的合成腔111，本体11的每个外壁均设有容置槽112，增压元件20一一对应收容于容置槽112内，叶腊石片12盖合于容置槽112上用以封闭容置槽112，六面顶压机的液压系统驱动六个顶锤分别作用于六个叶腊石片12上，以共同向增压元件20施压。该六面顶压机的增压装置结构简单、易于组装，且能够提高六面顶压机的升降压效率。这样一来，当六个顶锤在液压系统的作用下同步挤压合成块10时，由于增压元件20设于本体11的内部，如此可使得增压元件20周围遍布传压介质(即被本体11围绕)，当顶锤作用于增压元件20时，增压元件20周围的传压介质可对增压元件20产生侧向支撑，从而可使得增压元件20可以承受更高的压力，进而使得增压元件20几乎不会产生体积收缩，从而提高了增压元件20的传压效率，也提高了本体11内的合成腔111的传压效率和压力极限。如此，本申请提供的六面顶压机的增压装置，相比于现有技术而言其结
构简单、易于组装，且能够提高六面顶压机的增压效率。
40.为使盖合于容置槽112开口端的叶腊石片12与本体11共同形成一个完整的正六面体，在本实施例中，叶腊石片12靠近顶锤的一面与本体11的外壁面平齐。
41.可选地，增压元件20呈四棱台状(具体地，可为正四棱台状)，且四棱台的顶面21(即为四棱台面积较小的一面)与容置槽112的槽底抵接，容置槽112与增压元件20相适配。这样一来，便可使得增压元件20与容置槽112之间的配合度更佳。
42.可选地，本体11包括传压件113和12条预密封边114，传压件113呈正六面体设置，且合成腔111位于传压件113的轴线处(换言之，传压件113呈正六面体设置，该正六面体状的传压件113沿其中心轴线方向设有合成腔111)，预密封边114分别装设于传压件113的12条棱边处，以与传压件113共同形成容置槽112。应理解，此处12条预密封边114分别对应装设于传压件113的12条棱边上，会对应形成6个容置腔，即本体11的每个面会形成一个容置腔。在本实施例中，上述预密封边114为叶腊石条。
43.需要说明的是，当六面顶压机的增压装置在工作过程中，顶锤对增压元件20进行施压，预密封边114在顶锤的高压作用下产生变形，被挤压至相邻的两个顶锤之间以形成密封边，进而防止相邻两个顶锤之间发生碰撞损伤。
44.在本实施例中，传压件113的顶面和传压件113的底面分别与合成腔111连通(即传压件113沿其中心轴线的方向设有第一通孔)，且盖合于传压件113的顶面的容置槽112上的叶腊石片12和盖合于传压件113的底面的容置槽112上的叶腊石片12的中心均设有第二通孔121，第二通孔121内对应嵌设有导热件30(应理解，此处与传压件113的顶面对应的叶腊石片12上的第二通孔121和与传压件113的底面对应的叶腊石片12上的第二通孔121是均嵌设有导热件30的)，这样，导热件30便可以与增压元件20抵接，进而通过导热件30、增压元件20向合成腔111传热。其中，上述导热件30为钢环。
45.请结合参照图5，可选地，为了提高热传递效率，在本实施例中，合成腔111内设有加热元件40和绝缘保温元件50，绝缘保温元件50包覆于加热元件40的外周壁，用于对合成腔111进行保温。加热元件40包括依次连接的第一钼片41、第一石墨柱43、石墨管44、第二石墨柱45以及第二钼片47，其中，合成原料设于石墨管44内，第一钼片41和第二钼片47分别靠近传压件113的底面和传压件113的顶面，且第一钼片41与收容于传压件113的顶面的容置槽112内的增压元件20抵接，第二钼片47与收容于传压件113的底面的容置槽112内的增压元件20抵接。
46.示例地，上述绝缘保温元件50的材质可以为氧化锆。需要说明的是，上述绝缘保温元件50包括氧化锆管51、两个氧化锆环52以及两个氧化锆片53，其中，该氧化锆管51包覆于石墨管44的外周，氧化锆环52分别用于包覆于第一石墨柱43和第二石墨柱45的外周，氧化锆片53设于钢环内。如此，可有效防止热量损失。应理解，上述氧化锆管51应该是与石墨管44相适配的，氧化锆环52应该是分别与第一石墨柱43和第二石墨柱45相适配的，且氧化锆片53应该是与钢环相适配的。
47.另外，第一钼片41与第一石墨柱43之间设有第一石墨片42，第一石墨柱43在第一钼片41上的投影位于第一石墨片42在第一钼片41上的投影范围内，第二钼片47与第二石墨柱45之间设有第二石墨片46，第二石墨柱45在第二钼片47上的投影位于第二石墨片46在第二钼片47上的投影范围内。这样一来，当为达到更高的温度，对六面顶压机的增压装置施加
较高的电流时，由于第一石墨片42和第二石墨片46的存在，可有效降低石墨柱和钼片之间因为接触电阻较大而导致的钼片被击穿的风险。
48.需要说明的是，在本实施例中，两个氧化锆环52各自靠近氧化锆片53的一端可以对应凹设有一凹坑，以分别将第一石墨片42和第二石墨片46容置于该凹坑内。
49.本申请提供的六面顶压机的增压装置在使用时，通过六面顶压机的液压系统可同步驱动六个顶锤与叶腊石片12抵接，进而使得顶锤的压力作用于增压元件20。此时，顶锤继续向前推进，增压元件20被压缩，合成块10内形成高压。同时，本体11的预密封边114被挤压变形并扩散至相邻两个顶锤之间，从而可避免相邻两顶锤之间发生碰撞。当液压系统到达设定值时，顶锤停止运动，合成腔111内进行保压。直至目标材料合成完毕，液压驱动机构驱动顶锤恢复初始位置。
50.本申请提供的六面顶压机的增压装置的合成腔111内部压力可通过常温下压力标定材料测定，即通过定标材料的相变点与相变时六面顶压机的液压系统的油压的对应关系获得。定标材料的相变点与对应的相变压力可参考下表所示：
51.标压材料相变相变压力(gpa)铋(bi)i
‑
ii2.55铊(tl)ii
‑
iii3.68钡(ba)
ⅰ‑ⅱ
5.5铋(bi)iii
‑
iv7.7碲化锌(znte)ii
‑
iii9.2
52.现有技术的六面顶压机，通过使用上述标压材料进行标压时，当合成腔111内部压力为2.55gpa和5.5gpa时所对应的液压油压分别为1.65mn和5.6mn，即使将油压升高至8mn也样品腔压力也未达到7.7gpa。而采用本申请提供的六面顶压机的增压装置，当合成腔111体内部压力达到2.55gpa、5.5gpa和7.7gpa时所对应的液压系统油压分别为1.2mn、3.2mn和5.9mn。可见，采用本申请提供的六面顶压机的增压装置可有效提升合成腔111内的压力。
53.当对本申请提供的六面顶压机的增压装置的合成腔111内使用热电偶进行温度标定时，结果显示当加热功率为2.9kw时，合成腔111内温度可达1800℃，且升降压周期可控制在一个小时以内。另外，本申请由于第一石墨片42和第二石墨片46的设置，其加热功率也可以实现稳定上升至4kw以上。
54.以上所述仅为本实用新型的可选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。