一种双向活塞圆筒型超高温高压装置及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高温高压矿物材料合成、实验岩石学及特种材料制备的研究装置领域，具体涉及一种双向活塞圆筒型超高温高压装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]在物理、化学、材料科学及地球科学等领域中，通常需要超高温高压的极端实验条件进行实验研究，如模拟地壳岩石的反应转变、特种材料(超硬材料、超导材料、铁电材料等等)的合成都离不开超高温高压的实验条件，一些材料的合成需要高压达4.5GPa、高温达2000°C的实验环境，一般的实验装置难以满足其需求。目前，我国使用的活塞圆筒型超高温高压装置结构复杂，可靠性不足，存在自动化程度低、精度控制较差等缺陷。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种双向活塞圆筒型超高温高压装置，该装置性能优越，可以稳定地同时提供超高温和超高压，满足多类研究所需的实验条件。
[0004]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种双向活塞圆筒型超高温高压装置，包括上底板，下底板，以及设置在所述上底板和下底板之间的上油缸、下油缸、上活塞、下活塞、变压器、压力传感器、加热元器件、上活塞座和用于盛放样品的压腔；
[0005]所述上底板和下底板均水平设置且通过多个拉杆连接；
[0006]所述上油缸安装在所述上底板的下端，所述上油缸设有向下伸出的上活塞，所述上活塞的下端可贯穿所述上活塞座并伸至所述压腔；
[0007]所述上活塞座位于所述压腔的上端，所述上活塞座内设有热电偶丝，所述热电偶丝从所述上活塞座延伸至所述压腔，所述上活塞座下方设有供所述热电偶丝穿过的氧化铝管，所述上活塞座和氧化铝管均对热电偶丝起保护作用，防止热电偶丝在高压下折断；
[0008]所述压腔的下端设有活塞柱，所述活塞柱通过固定环活动安装在所述压腔下端面，所述活塞柱的上端可伸至所述压腔内，所述活塞柱的下端设有帽状的活塞端；
[0009]所述下油缸安装在所述下底板的上端，所述下油缸设有向上伸出的下活塞，所述下活塞设置在所述活塞端的下方；
[0010]所述上油缸和所述下油缸上分别设有压力传感器；
[0011]所述变压器位于所述上底板和所述压腔之间，所述变压器上设有与所述加热元器件连接的电极，所述加热元器件与所述压腔连接。
[0012]所述上油缸驱动所述上活塞向下做直线运动，将压力通过所述变压器、所述上活塞座传递至所述压腔的上端，所述下油缸驱动所述下活塞向上做直线运动，推动所述活塞端和所述活塞柱向上运动，将压力传递至所述压腔的下端，从而将所述上油缸和所述下油缸提供的压力都加载至所述压腔；所述变压器通过所述电极将电压作用在所述加热元器件上，所述加热元器件为所述压腔提供热量，所述压力传感器检测到的压力值和所述热电偶丝测得的温度值传送至该装置的控制组件。
[0013]优选地，所述压腔的顶部设有可容纳冷却水的上水盘，所述压腔的底部设有可容纳冷却水的下水盘，所述上水盘和所述下水盘通过水通道相连通，所述上水盘设有出水口，所述下水盘设有进水口。向所述下水盘的进水口通入冷却水，然后从所述上水盘的出水口流出，可实现对所述压腔进行冷却保护。
[0014]优选地，所述上水盘和所述下水盘分别设有O型密封圈，可对所述上水盘和所述下水盘进行密封，防止泄露。
[0015]优选地，所述压腔的外壁外侧包裹有碳化钨层，硬度高，且化学性能稳定。
[0016]优选地，所述碳化钨层外侧还依次包裹有工具钢内层和工具钢外层，所述工具钢内层和所述工具钢外层可减少碳化钨材料的使用，降低成本，同时起到均匀分散压力的作用，延长设备的使用寿命。
[0017]优选地，所述压腔的最外侧包裹有保护环，在设备运行过程中，可对操作者起到安全保护作用。
[0018]优选地，所述拉杆的两端设有螺纹结构，所述拉杆上下两端分别穿过所述上底板和所述下底板，所述拉杆通过螺母分别与所述上底板和所述下底板固定连接，安装及拆卸方便。
[0019]优选地，所述压腔的外侧壁上设有便于移动所述压腔的提手，所述提手通过螺钉固定在所述压腔的外侧壁上，安装及更换方便快捷。
[0020]优选地，所述变压器与所述压腔之间设有绝缘垫片，将所述变压器和所述压腔隔离电绝缘，防止加热元器件短路，保证使用过程的安全性。
[0021]本发明还提出了另一种技术方案，一种双向活塞圆筒型超高温高压装置的使用方法，包括以下步骤:
[0022]001:将待合成的样品放入样品仓中，再依次放入辅助耗材；
[0023]002:将所述样品仓放入所述压腔内；
[0024]003:操作所述上油缸驱动所述上活塞向下做直线运动，将压力通过所述上活塞座传递至所述压腔的上端，操作所述下油缸驱动所述下活塞向上做直线运动，推动所述活塞端和所述活塞柱向上运动，将压力传递至所述压腔的下端，从而将所述上油缸和所述下油缸提供的压力都加载至所述压腔；
[0025]004:所述变压器通过所述电极将电压作用在所述加热元器件上，所述加热元器件为所述压腔内样品提供热量；
[0026]005:所述压力传感器检测所述样品所承受的压力值，所述热电偶丝检测所述样品的温度值，且所述压力值和温度值被传输至所述超高温高压装置的控制组件，并设置反应所需的压力、温度和时间，实现压力和温度的闭环控制；
[0027]006:实验结束后，对所述超高温高压装置卸压、降温后，从所述压腔取出所述样品仓，再将所述样品从样品仓中取出。
[0028]基于上述技术方案，本发明的有益效果是:本发明采用双向活塞圆筒型超高温高压装置，驱动上油缸和下油缸可分别从上下两个方向对压腔内的样品进行加压，压力更加均匀；操作简单，便于掌控样品合成过程中压腔的压力和温度；可降低成本，增加操作过程中的安全性和可靠性，在物理、化学、材料科学及地球科学等领域中，如模拟地壳岩石的反应转变、特种材料(超硬材料、超导材料、铁电材料等)的合成等反应中具有广泛的应用。
【附图说明】
[0029]图1为本发明的结构示意图。
[0030]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0031]1.压力传感器，2.螺母，3.上底板，4.上油缸，5.上活塞，6.拉杆，7.变压器，8.电极，9.上活塞座，10.绝缘垫片，11.出水口，12.压腔，13.碳化钨层，14.工具钢内层，15.保护环，16.提手，17.上水盘，18.工具钢外层，19.进水口，20，O型密封圈，21.下底板，22.下油缸，23.下活塞，24.活塞?而，25.活塞柱，26.固走环，27.下水盘。
【具体实施方式】
[0032]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0033]如图1所示，一种双向活塞圆筒型超高温高压装置，包括上底板3，下底板21，以及设置在所述上底板3和下底板21之间的上油缸4、下油缸22、上活塞5、下活塞23、变压器7、压力传感器1、加热元器件、上活塞座9和用于盛放样品的压腔12 ;所述上底板3和下底板21均水平设置且通过多个拉杆6连接；
[0034]所述上油缸4安装在所述上底板3的下端，所述上油缸4设有向下伸出的上活塞5，所述上活塞5的下端可贯穿所述上活塞座9并伸至所述压腔12 ;
[0035]所述上活塞座9位于所述压腔12的上端，所述上活塞座9内设有热电偶丝，所述热电偶丝从所述上活塞座9延伸至所述压腔12，所述上活塞座9下方设有供所述热电偶丝穿过的氧化铝管，所述上活塞座9和氧化铝管均对热电偶丝起保护作用，防止热电偶丝在高压下折断；
[0036]所述压腔12的下端设有活塞柱25，所述活塞柱25通过固定环26活动安装在所述压腔12下端面，所述活塞柱23的上端可伸至所述压腔12内，所述活塞柱25的下端设有帽状的活塞端24 ;
[0037]所述下油缸22安装在所述下底板21的上端，所述下油缸22设有向上伸出的下活塞23，所述下活塞23设置在所述活塞端24的下方；
[0038]所述上油缸4和所述下油缸22上分别设有压力传感器I ;
[0039]所述变压器7位于所述上底板3和所述压腔12之间，所述变压器7上设有与所述加热元器件连接的电极8，所述加热元器件与所述压腔12连接。
[0040]所述上油缸4驱动所述上活塞5向下做直线运动，将压力通过所述变压器7、所述上活塞座9传递至所述压腔12的上端，所述下油缸22驱动所述下活塞23向上做直线运动，推动所述活塞端24和所述活塞柱25向上运动，将压力传递至所述压腔12的下端，从而将所述上油缸4和所述下油缸22提供的压力都加载至所述压腔12 ;所述变压器7通过所述电极8将电压作用在所述加热元器件上，所述加热元器件为所述压腔12提供热量，所述压力传感器I检测到的压力值和所述热电偶丝测得的温度值传送至该装置的控制组件。
[0041]优选地，所述压腔12的顶部设有可容纳冷却水的上水盘17，所述压腔12的底部设有可容纳冷却水的下水盘27，所述上水盘17和所述下水盘27通过水通道相连通，所述上水盘17设有出水口 11，所述下水盘27设有进水口 19。向所述下水盘27的进水口 19通入冷却水，然后从所述上水盘17的出水口 11流出，可实现对所述压腔12进行冷却保护。
[0042]优选地，所述上水盘17和所述下水盘27分别设有O型密封圈，可对所述上水盘17和所述下水盘27进行密封，防止泄露。
[0043]优选地，所述压腔12的外壁外侧包裹有碳化钨层13，硬度高，且化学性能稳定。
[0044]优选地，所述碳化钨层13外侧还依次包裹有工具钢内层14和工具钢外层18，所述工具钢内层14和所述工具钢外层18可减少碳化钨材料的使用，降低成本，同时起到均匀分散压力的作用，延长设备的使用寿命。
[0045]优选地，所述压腔12的最外侧包裹有保护环15，在设备运行过程中，可对操作者起到安全保护作用。
[0046]优选地，所述拉杆6的两端设有螺纹结构，所述拉杆6上下两端分别穿过所述上底板3和所述下底板21，所述拉杆6通过螺母2分别与所述上底板3和