[发明专利]一种金刚石对顶砧样品锁紧装置及其监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及超高压物理实验领域，具体是涉及一种金刚石对顶砧样品锁紧装置及 其监测方法。

背景技术

金刚石对顶砧是超高压物理实验领域中用于研究百万大气压下物质性质的关键 设备。金刚石对顶砧的工作原理是利用一对具有极小台面(一般直径在几十微米量级)的金 刚石通过机械方式挤压样品而产生高压环境，在两颗金刚石台面形成的挤压面之间放置预 先加工有样品孔的金属垫片，样品放置在样品孔中，样品孔的直径约为金刚石台面直径的 三分之一。金刚石对顶砧主要由两部分组成，即与样品直接接触并产生超高压力的一对金 刚石以及用于对金刚石进行机械加压的压机，而压机由分别与一颗金刚石固定的导向筒以 及活塞部分构成。在现有的条件下，一般的样品装载是需要在显微镜下完成的，通过判断金 刚石的彩色干涉条纹，可以从经验上判断样品是否被锁紧。所述的锁紧是指两个金刚石的 台面与金属垫片的上样品孔组成的封闭区域能够将样品完全约束，不会让样品泄露出来。

这种方法对于常规的样品简单可行，但对于某些特殊样品，如常温下易挥发的液 体、高压状态的气体以及对水氧含量敏感的固体样品等，需要在封闭的容器中装样，金刚石 对顶砧预先放置在容器中，装样完成并锁紧样品后，再取出金刚石对顶砧进行后续的实验。 由于在封闭的容器中操作，前述的在显微镜下确定锁紧与否的方法无法实施，一个变通的 方法是提前估测压机加压螺钉能够锁紧样品所需要的旋转圈数，但这并不方便也不可靠， 这也是金刚石对顶砧对高压气体样品取样失败的主要原因，一方面压机加压螺钉旋拧的圈 数过少，会造成密封不完全，高压气体样品会在常压的外界环境下迅速泄露；另一方面，为 保证可靠密封，旋拧过多会造成样品的初始压强过大，无法获得低压强段的实验数据。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种金刚石对顶砧样品锁紧装置及其监测方 法，使用该装置和监测方法可以直观判断金刚石对顶砧样品锁紧与否，且操作简单、可靠。 为方便描述，本发明将以高压气体样品的密封锁紧为例。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

该金刚石对顶砧样品锁紧装置包括对金刚石对顶砧样品进行锁紧的金刚石对顶 砧、以及驱动金刚石对顶砧实施压紧动作的驱动装置，所述驱动装置与金刚石对顶砧之间 设有用于测量驱动力的力传感器。

进一步的技术方案：所述金刚石对顶砧包括一对金刚石和压机，所述压机包括分 别用于固定所述金刚石的导向筒和活塞，所述活塞由驱动装置驱动向导向筒实施压紧动 作；所述力传感器与驱动装置之间设有确保受力均匀的弹性部件，所述弹性部件与驱动装 置之间设有第一压片、所述力传感器与活塞之间设有第二压片。

进一步的技术方案：所述力传感器与安装有采集软件的计算机通过采集卡或单片 机电路连接。

进一步的技术方案：该样品锁紧装置还包括用于放置金刚石对顶砧的筒体装置， 所述活塞与导向筒沿筒体装置长度方向布置，所述筒体装置的两端固定设有盖板，所述驱 动装置包括加压螺钉，所述加压螺钉贯穿靠近活塞的盖板并与盖板螺纹配合，所述加压螺 钉拧动后驱动活塞向导向筒运动。

优选，所述弹性部件为橡胶垫；所述第一压片、第二压片为金属压片。

进一步的技术方案：该样品锁紧装置还包括高压容器，所述装有金刚石对顶砧的 筒体装置位于高压容器内，所述高压容器上设有旋转手轮，所述旋转手轮通过六角头杆件 与所述加压螺钉连接配合。

一种利用上述锁紧装置对金刚石对顶砧样品进行锁紧的监测方法，利用驱动装置 对金刚石对顶砧进行施压，根据力传感器的采集数据来控制驱动装置的施压操作是否结 束；

所述力传感器的采集数据按时间先后顺序包括T₁、T₂、T₃、T₄四个阶段的数据：

其中T₁阶段的数据：驱动力大小恒定；

其中T₂阶段的数据：驱动力呈线性趋势增大；

其中T₃阶段的数据：驱动力近似稳定；

其中T₄阶段的数据：驱动力再次呈线性趋势增大；