[实用新型]一种多层多面球剖分式高压装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多层多面球剖分式高压装置，具体而言，涉及一种合成金刚石、立方氮化硼及其制品等超硬材料和“常压”下无法制备的新材料的合成制备装置，属于高压技术领域。

背景技术

目前的超高压装置主要有六面顶装置和两面顶装置。六面顶装置腔体为六面体，每一个面都有一个顶锤施加压力，其多缸同步性差，行程短，腔体小，且压头之间存在相互挤压，不易长时间形成稳定的高压高温条件；两面顶装置腔体为圆柱形，通过对内部缸体和外部钢环施加预紧力增加缸体内壁的强度，但所产生的预紧力有限。B.C.Von Platen曾实用新型了两层的球形增压容器，每层由6个球瓣组成，内层球瓣所组成的腔体为立方体，并在组合球体外增加一液压腔体，通过对组合球体表面施加压力使球瓣收缩产生增压效果，但是由于密封和应力集中问题，其压力并不能很高，而且在增压过程中有振动现象。Naoto Kawai把两个分块的对顶圆锥体组合成一个球形腔体，且两个组合锥体分别套在由压力机控制的顶砧内，通过锥面配合使组合锥体收缩增压，但是在对顶面处容易产生弯曲应力而失效，并且顶砧在内壁处也因具有过大的周向应力和应力集中而很容易破坏。本实用新型的多层多面球剖分式高压装置采用多层组合球，利用高温时物体的膨胀或通过压力机压头提高腔体压力，运用“未裂先分”的原理降低腔体内壁的切向应力，并且通过各层之间的相互限制，逐渐减小各层的切向应力，能显著降低最外层壳体上的周向应力，使装置受力更加均匀，并增加腔体容积。所述多层多面球剖分式高压装置还能用于需要较大内压力的塑性加工中。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、腔体容积大、承压能力强、寿命高的超高压装置，可广泛应用于高温高压条件下的新型材料的合成与塑性加工中。

本实用新型的技术方案说明如下：

本实用新型提供一种多层多面球剖分式高压装置，包括多面球剖分块、壳体和紧固件；所述多面球剖分块分为多层，相邻两层剖分块的剖分线相互错开；最内层多面球剖分块组合构成的腔体为球形或多面体，所述腔体内放置被合成物体，并放置叶腊石等传压与密封介质；所述多面球剖分块多层组合后由半球形壳体对接并固定；所述半球形壳体通过所述紧固件连接在一起。

根据所述构成方式，相邻层之间的剖分块相互错开，使层与层之间相互限制，因此切向拉应力和径向压力可以在传递过程中逐层衰减，使到达外层的压力足够小，且可以用螺纹连接而不被破坏。

此外，所述多面球剖分块各层的数量相同或不同。剖分块数量多，能够降低剖分块的拉应力，各层采用适当的块数组合能够使剖分块和壳体受力均匀，实现等强度设计，承受更高的腔体压力。所述多面球剖分块的各层数量从内到外可以由多变少，例如，其各层剖分块组合数为20-12、32-30、32-12、60-32、60-32-30或60-32-12，组合数还可以为12-8、12-6或8-6，或者其中任意一种的循环式组合。另外，靠近外层可以采用一层或多层半球形壳体，当半球形壳体为多层时，相邻层壳体的剖分线也相互错开。

根据所述构成方式，使相邻层剖分块的剖分线相互错开，或者同时使多面球剖分块的数目从内到外逐渐减少，从而使腔体内的压力适当衰减，降低壳体的应力，而采用循环式组合能够实现更多层的多面球剖分块的装配，从而使装置承受更高的腔体压力。

此外，所述多面球剖分块各层的径向厚度可以不同。

根据所述构成方式，各层多面球剖分块在传递和衰减腔体内压力时，可以根据各层多面球剖分块位置和多面球剖分块配合面面积不同，设计适当厚度，使各层多面球剖分块具有适当的承压能力，从而使装置受力更加均匀合理。

此外，在所述腔体内还放置加热单元或炸药。

根据所述构成方式，通过对腔体内物质加热使其膨胀或产生相变，从而产生高温与高压；或者通过爆炸的方式来产生腔体内的高温与高压。

此外，在所述的多层多面球剖分式高压装置中还设置一个或两个对顶的锥形孔，并且采用与锥形孔对应的压头施加压力；所加工的锥形孔的形状为锥面、抛物面、双曲面或组合曲面。

根据所述构成方式，通过压头挤压腔体内物质，增大腔体内压力；当锥形孔的锥面类似于抛物面、双曲面或组合曲面时，能够增大与锥形孔配合的压头的支撑面积，进而增加压头的强度和刚度。

此外，在所述多面球剖分块的层与层之间，或多面球剖分块与半球形壳体之间适当设置冷却器，并连接冷却管。