[发明专利]用于高压高温单元的单独的电阻加热

说明书

相关申请的交叉引用

本专利要求2014年8月29日提交的题为“对称单元设计”的美国临时专利申请号62/044,094的优先权；2014年9月4日提交的题为“用于高压单元的单独的电阻加热”的美国临时专利申请号62/045,752的优先权；以及2014年9月18日提交的题为“用于HPHT单元的包括凹口的中心导体”的美国临时专利申请号62/052,191的优先权；这些临时专利申请以其包含的全部内容通过引用结合在此。

本专利还是2015年8月27日提交的题为“用于高压高温压力机的平衡单元”的美国专利申请号14/837,761的部分继续申请。

背景技术

在如路面铣削、挖坑道和挖沟这类领域中，可以使用诸如多晶金刚石的超硬材料来使诸如沥青、混凝土和石块等坚韧材料破裂。通常使用高压高温(“HPHT”)压力机来创建这种超硬材料。虽然HPHT压力机多年来已被制成各种式样，但许多HPHT压力机包括多个活塞组件，这些活塞组件可以一致作用来给单元加压。授予霍尔(Hall)的美国专利号6,336,802中披露了这种HPHT压力机的一个示例，该专利描述了一种具有框架的压力机，该框架包含多个交叉钻孔，这些钻孔作为用于附接多个筒的手段。每个筒中可包括活塞，压砧从活塞伸出进入由这些钻孔的交叉而造成的空腔中。朝向该空腔的中心推进的多个压砧可以围绕和限定压力机内的高压腔。

单元可以被布置在这种高压腔内，该高压腔包含形成超硬材料所需的原料组成部分。能够形成超硬材料的原料组成部分的一个示例包括被布置在金属罐内、邻近碳化物基底的金刚石晶粒。碳化物基底可以包含催化剂，该催化剂在特定HPHT条件下吹入金刚石晶粒中以帮助将金刚石晶粒烧结在一起。一个或多个这样的罐可以被压力传递介质(诸如叶蜡石)围绕，这样可以在相邻的压砧之间的间隙内形成压力密封垫，连同在这些罐周围形成平衡压力。还可以将电阻材料布置在这样的单元内，当电流从一个压砧到另一个压砧穿过该单元时可以将这些单元加热到所需的温度。

图1中示出的一个已知的单元构型包括通常由叶蜡石制成的立方体100。该立方体100包括从其中穿过的圆柱形孔105。多个金属罐110可以被面对面堆叠，可以被固定在盐模108内，该盐模被布置在圆柱形孔105内。金属管109可以围绕该盐模108并且提供从一端到另一端的电路径。至少一个电阻加热器107可以位于盐模108的任一端并且当电流从其中穿过时提供热。

虽然图1中示出的单元构型可以是端对端对称，但该单元构型缺少图2中示出的其他八个可能的对称平面202的对称性。这种不对称性可能导致不均匀的压力和/或热分配。具体地，该多个罐中的各罐可以基于其相对于压砧和电阻加热器的独特位置地穿过其内部而经历不同的压力梯度和温度梯度。因此，存在着比之前存在的更平衡的单元设计的需要。

发明内容

用于HPHT压力机的单元可以包括其中布置有多个罐的本体。至少一个独特的加热器元件，例如，电阻加热器，可以邻近这些罐中的各罐来布置。

在该本体内还可以布置至少一个温度传感器来测量温度。在不同的实施例中，这些罐中的各罐或这些独特的加热器元件中的各加热器元件可以具有至少一个温度传感器。

该至少一个加热器元件可以形成到达该本体外部的电路的一部分。这样的电路可以具有各种构型。在一个示例构型中，电流可以从第一压砧穿过进入单元、穿过邻近第一罐的第一加热器元件、穿过围绕该第一罐直径的第一导电管、穿过该本体内的中心模、穿过围绕第二罐的第二导电管、穿过第二加热器元件，到达第二压砧。

当这些压砧被通电时，在该单元内可以产生热。此外，每个独特的加热器元件上的电压降以及因此产生的热可以由这些压砧处的电压来确定。一旦确定，可以通过调整这些压砧处的电压来调节每个独特的加热器元件上的电压降。

当单元包括多个加热器元件时，可以创建额外的电路，这些额外的电路包括至少一个不同的加热器元件和至少一个不同的压砧。因此，可以从这些压砧处的电压确定多个独特的加热器元件之间的电阻差。在一些实施例中，可能令人期望的是在各种不同的电路之间交替。

在中心模包括第一电路的一部分、该第一电路的任一侧具有独特的加热器元件的情况下，第二电路可以具有该第一电路的独特加热器元件中的至少一者和至少一个不同的独特加热器元件。

附图说明

图1是现有技术中已知的HPHT单元构型的实施例的透视图。

图2是示出九个可能的对称平面的立方体的实施例的透视图。