[发明专利]高压高温单元

说明书

背景技术

高压高温(HPHT)单元用于形成超硬材料，例如多晶金刚石(PCD)和多晶立方氮化硼(PCBN)，该超硬材料又用于例如切削工具和岩石钻具等工具中。HPHT单元被用于HPHT压机中，例如六面顶压机、带式压机和环形压机。HPHT压机采用固体介质将压力传递给被加热容积空间。为了形成超硬材料，HPHT压机经常施加5至8GPa的压力以及1300至1650℃的温度。例如，PCD可以在5至7GPa以及1400至1500℃下烧结。

某些超硬材料的形成，例如热稳定的PCD的形成需要非常高的烧结温度。特别地，采用碳酸酯催化剂形成的PCD可以在高于6.5GPa的压力以及高于2000℃的温度下烧结。另外，无粘结剂纳米多晶PCD可以在大约15GPa的压力以及大约2300℃的温度下烧结。

发明内容

本概述目的是介绍可供选取的构思，其在下面的详细说明中进一步描述。本概述既不用于确定要求保护的主题的关键或基本特征，也不用于帮助限制要求保护的主题的范围。

本公开的实施例涉及一种用于形成超硬材料的高压高温(HPHT)单元，高压高温单元包括两个或更多个绝热层。通过包括两个或更多个绝热层，每个绝热层可以被配置成具有适于特定目的的特征。例如，一个绝热层(例如外部或第二绝热层)可以具有(例如可以被配置成具有密封衬垫特性)比其它绝热层(例如内部或第一绝热层)的密封特性相对更强的密封特性，并且另一个绝热层(例如内部或第一绝热层)可以具有(例如可以被配置成具有)比其它绝热层(例如外部或第二绝热层)的绝热特性相对更强的绝热特性。

实施例的一个方面涉及一种HPHT单元，包括：内部容积空间；以及两个或更多个绝热层，包括：第一绝热层，其至少部分地围绕内部容积空间且包括包含氯化铯(CsCl)、溴化铯(CsBr)、碘化铯(CsI)或它们的组合物的第一绝热材料；以及第二绝热层，其至少部分地围绕第一绝热层且包括第二绝热材料，第二绝热材料不同于第一绝热材料。

第一绝热层可以反射热量并且第二绝热层可以密封高压高温单元。

第二绝热层可以包括叶腊石或合成衬垫材料。

第一绝热层可以具有大于大约0.1ohm.cm的电阻率。

第一绝热材料可以包括绝热套和绝热钮。

第一绝热材料可以进一步包括添加物。

添加物可以反射和/或吸收热辐射。

在第一绝热层中存在的添加物的量可在基于第一绝热层的总体积的大约0.1至大约50体积百分比的范围内。

在第一绝热层中存在的添加物的量可小于基于第一绝热层的总体积的5个体积百分比。

实施例的方面还涉及包括根据上述任意一个HPHT单元的HPHT压机系统。

本公开的实施例的方面还涉及一种高压高温单元，其包括内部容积空间；至少部分地围绕内部容积空间的加热元件；至少部分地围绕加热元件的绝热层；以及穿过绝热层并且电连接到加热元件的电流路径，电流路径具有穿过绝热层的曲折路径。通过包括具有通过绝热层的曲折路径的电流路径，高压高温单元可以降低从单元内部容积空间至单元外部的热量传导和/或辐射，这是因为可以通过电流路径直接排出内部容积空间的热量被降低。

电流路径可以包括交错设置的第一部分和第二部分。

电流路径可以将热量从加热元件朝绝热层引导并且绝热层可以朝内部容积空间反射热量。

电流路径可以在绝热层中沿至少两个不同方向延伸。在另一个实施例中，电流路径在绝热层中沿至少三个不同方向延伸。

电流路径可以包括至少两个电连接的同轴圆柱体，其中一个圆柱体的直径大于另一个圆柱体的直径。

绝热层可以包括第一绝热层和第二绝热层，第一绝热层至少部分地围绕加热元件并且包括第一绝热材料，第二绝热层至少部分地围绕第一绝热层并且包括第二绝热材料，第二绝热材料不同于第一绝热材料。

电流路径可以包括位于第一绝热层中的第一部分以及位于第二绝热层中的第二部分，并且第一部分和第二部分可以交错设置。

第一绝热层可以包括包含氯化铯(CsCl)、溴化铯(CsBr)、碘化铯(CsI)或它们的组合物的材料，且第二绝热层可以包括叶腊石或合成衬垫材料。

绝热层可以进一步包括位于第二绝热层和电流路径的一部分之间的第三绝热层。

第三绝热层可以包括与第一绝热材料相同(或基本相同)的第三绝热材料。

实施例的方面还涉及包括一种根据上述任意一个HPHT单元的HPHT压机系统。