[发明专利]一种带电驱动的金刚石压机

说明书

技术领域

无论是热等静压、冷等静压材料制造装备中，以及静压法制备金刚石等超硬材料的合成都离不开压机，无论是二面顶金刚石压机，还是六面顶金刚石压机，其压力控制精度决定了压机的性能。本发明正是针对材料制备提出了一种高精度压机，特别是一种带有电动驱动的金刚石压机。

背景技术

自1963年12月6日我国合成第一颗人造金刚石以来，目前国内生产厂家已有数百家以上，2010年产能力达50多亿克拉，人造金刚石总产量和出口量已位居世界第一。

世界金刚石的生产量与消耗量每年均以高于10％的速度增长，特别是高档、优质、高强度、粗颗粒的人造金刚石需求量增长更快。然而据海关统计，我国每年仍有数亿克拉的高品级人造金刚石依赖进口，主要因为国内金刚石合成工艺及其装备水平较低，生产的金刚石多为低品级金刚石。数年来，独具中国特色的六面顶压机及合成工艺取得了很大发展，但我国人造金刚石行业的整体技术水平与国外先进水平有较大差距和有逐步拉大的趋势。

国外的De Beers公司(英国)、GE公司(美国)、德国的Winter公司、日本的东明公司和住友公司、韩国的ILJIN和SANMEI公司等国外公司仍占据着主导地位。国外的主流的金刚石合成压机采用的是美国的单压源三柱式两面顶压机，大多采用了先进的计算机自动控制系统，较好地实现了压机超高压和超高温的稳定性与重复性，保证了压力、温度等工艺参数多段连续变化的自动控制。除了在模具技术、合成工艺水平等方面的较大优势外，金刚石压机及控制技术起了决定性作用。GE公司和De Beers基本垄断了世界高档金刚石的市场。

典型的六面顶、两面顶人造金刚石压机的基本原理是相同的，都是由主机系统、电控系统、液压系统、辅助系统组成的，动力由液压系统提供，流体压力由液压系统到增压器、主油缸，再由主油缸传递到顶锤后，再作用到合成腔的合成块上形成合成腔内的金刚石合成的压力条件。

在满足温度条件下，合成腔体内的超高压的压力精度的高低和长时间的平稳决定了高品质金刚石的产量。

典型的六面顶人造金刚石压机的液压系统由轴向柱塞泵、增压器、二位七通阀、六只主油缸等组成，实现保压、补压、进给的控制精度(参考文献：[1]方啸虎.中国超硬材料新技术与发展.合肥：中国科技大学出版社，2004；[2]秦宇，院兴国.中国超硬材料及其制品的进出口态势.金刚石与磨料磨具工程.2003，(6)：70-74)。

国内、外的专和和研究大多围绕相关的电气控制系统、自动控制策略、液压元器件和液压系统等许多方面做了很多的探索。特别是在人造金刚石压机最重要的压力稳定环节——保压环节，采取了各种措施和方法。比如：改进密封结构和材料减少泄漏量和增大密封的可靠性；采用大、小泵配置，用小泵补油来减少压力波动幅值；直接用超高压泵来代替增压缸减少泄漏环节；采用先进控制系统和先进控制策略来控制压力的精确度等措施，使得目前的人造金刚石压机增压器入口端的压力精度达到0.1MPa。

但是，金刚石压机使用的都是常规液压系统，是基于密封、节流控制、容积式泵的液压传动原理建立起来的。容积式的液压泵的压力输出有压力脉动，密封有泄漏和失效，节流有发热和噪音。经过压力放大后，合成腔体内的压力波动会更大。如果金刚石压机的动力完全来源于常规液压系统，从原理上就不能彻底解决保压不可靠、补压波动、压力漂移、精确控制困难、能耗大、噪音大、发热多等一系列问题。

本发明正是针对常规金刚石压机的液压系统存在的问题，提出一种新型的电驱动的高精度压力生成方式，在粗定位、大行程时充分和用已有的液压系统的动力，而在高精度的保压阶段、压力跟踪阶段使用电驱动，并通过机械装置带动精确动力活塞缸的活塞位移，挤压出高压流体给压机主油缸的活塞加压。从而快速相应压力变化，维持压力腔体内的稳定的、保持高精度的超高压压力条件，整体提高液压系统效率，减少能耗。

本发明有望使目前的人造金刚石压机所要求的压力条件得到大幅改善，实现更精确的超高压力控制，为人造金刚石合成提供新的工艺条件。为我国目前现有金刚石压机的改造、升级换代提供可能的技术储备，具有广阔的应用前景。

发明内容

针对常规金刚石压机的液压系统存在的问题，本发明提出一种新型的带电驱动的金刚石压机，将现有技术的全部由液压驱动的方式，改为大行程的粗定位阶段由常规液压动力装置来驱动，而保压和压力曲线跟踪的精确压力控制阶段由电驱动来执行，从而使得压机主油缸的压力控制更加精细，同时能够快速地响应和跟踪工艺要求的压力曲线。