[发明专利]多级圆角式高压顶砧

说明书

技术领域

本发明公开了一种多级圆角式高压顶砧，涉及探索金刚石、立方氮化硼及其制品等新型超硬材料和“常压”下无法制备的新材料的合成制备工具，属于超高压技术领域。

背景技术

自从美国高压物理学家Bridgman成功的设计出达到5GPa以上压力的高压设备后，高压物理学取得了许多意义重大的成果。例如，在高温高压下合成出了金刚石、立方氮化硼等材料，研究了许多不同物质在高压下的物理性质；但几乎所有的高压研究都离不开高压密封装置，高压顶砧作为高压密封装置关键零部件之一，其性能对超高压的获得具有决定性意义。高压顶砧作为研究“高压”对物质的晶体结构、相变、状态方程及物理性质等影响的必备工具，其研究是探索金刚石、立方氮化硼及其制品等新型超硬材料和“常压”下无法制备的新材料的基础，其广泛被应用于高压物理学、地球物理学、材料学以及高压生物学等基础科学研究领域。

高压顶砧作为高压装置的消耗性部件，其性能制约着高压装置可获得的极限腔体压力以及研究实验或材料生产成本。现今，无论是对顶砧装置、两面顶高压装置、四面顶高压装置、六面顶高压装置，还是多级增压装置，配套使用的高压顶砧均为带拐角的简单一级结构，由弹性理论知，带拐角的组织均匀的脆性材料组成的高压顶砧，因应力集中将大大降低强度，引起脆性材料断裂，使高压顶砧产生裂纹，从而降低其在极端条件(高温高压)下使用过程中的使用寿命。此外，现有带拐角的简单一级结构的高压顶砧存在可获得腔体压力低以及腔体体积小等问题。为解决以上问题，研究“高压”对物质的晶体结构、相变、状态方程及物理性质等影响，促进高压物理学、地球物理学、材料学以及高压生物学等基础科学的发展，发明人首次打破传统顶砧的拐角及一级平台设计结构，设计了多级圆角式高压顶砧，此方面工作未见报道。

发明内容

本发明的目的在于解决极端条件(高温高压)下对顶砧装置、两面顶高压装置、四面顶高压装置、六面顶高压装置以及多级增压装置配套使用的高压顶砧因其结构为带拐角的简单一级结构，从而存在的使用寿命低，可获得腔体压力低以及腔体体积小等问题，不能满足高压物理学、地球物理学、材料学以及高压生物学对超高压下物质体系研究需求。本发明的多级圆角式高压顶砧，首次打破传统顶砧的拐角及一级平台设计结构，能够降低顶砧应力集中效应、提高顶砧使用寿命，并获得几十万至百万个大气压的腔体压力，可广泛应用于对顶砧装置、两面顶高压装置、四面顶高压装置、六面顶高压装置以及多级增压装置，满足高压物理学、地球物理学、材料学以及高压生物学对高温高压下物质体系研究需求，促进高压物理学、地球物理学、材料学以及高压生物学等基础科学的发展。

本发明的技术方案结合附图说明如下：

本发明提供了一种多级圆角式高压顶砧，其首次打破传统顶砧的拐角及一级平台设计结构，顶部为带圆角的多级台式结构，底部为带倒角的柱体，顶部和底部之间由对称的曲面或扇形斜面过渡；其材质为钢材质、硬质合金、金刚石烧结体、立方氮化硼烧结体或天然金刚石等高硬度材料。

所述顶部的带圆角的多级台式结构为带圆角的多级圆台式结构或带圆角的多级棱台式结构。

所述的多级台式结构顶面为平面或曲面。

所述曲面为凸面或凹面。

所述底部带倒角的柱体为圆柱体或棱柱体。

所述顶部带圆角的多级台式结构采用双圆角二级圆台式结构，其一级圆台4和二级圆台3的侧面与顶面分别通过二级圆角2和一级圆角1过渡，一级圆台4和二级圆台3为一体结构，底部为带倒角的圆柱体底部5。

在一级圆台4和二级圆台3之间通过用二-一级圆台式台面过渡圆角6过渡构成三圆角二级圆台式结构。

所述顶部带圆角的多级台式结构采用砧面缩减的三级棱台式结构，其三级棱台7和二级棱台8的侧面与顶面分别通过一级圆角2和二级圆角1过渡，一级棱台9的侧面为与底部过渡的对称大斜面，所述一级棱台9、二级棱台8和三级棱台7为一体结构，底部为带倒角的圆柱体底部5。

在二级棱台8和三级棱台7之间通过三-二级棱台式台面过渡圆角10过渡，或在一级棱台9和二级棱台8之间通过二-一级棱台式台面过渡圆角11过渡构成三圆角三级棱台式结构。

在一级棱台9、二级棱台8和三级棱台7之间通过二-一级棱台式台面过渡圆角11和三-二级棱台式台面过渡圆角10过渡构成四圆角三级棱台式结构。

本发明上的技术效果是：