[发明专利]耳片状外框铰链支撑梁框架超高压预应力年轮模具

说明书

技术领域

本发明属于人工合成超硬材料生产设备制造技术领域，特别涉及人工合成金刚石及其超硬材料所需的超高压预应力年轮模具及双压源两面顶金刚石液压机装备技术。

背景技术

将石墨和金属触媒材料按一定比例混合均匀并压制成一定规格的芯柱，将芯柱组装于一个叶蜡石传压介质容器中心腔体内，然后将装有芯柱的叶蜡石传压介质组装体置于专用的超高压预应力年轮模具反应腔体内。利用合成金刚石专用液压机对超高压预应力年轮模具反应腔体内芯柱试样施压，当液压机达到设定的压力值开始对传压组装块内的试样通电加热。在特定的超高压、高温工艺条件下，组装块内的试样材料发生反应，最终实现金刚石成核、长大生产过程。在金刚石合成整个生产过程中，一个能实现并维持超高压、高温环境的超高压预应力年轮模具是必须具备的基础装备条件，目前生产人造金刚石等超硬材料的超高压、高温技术主要包括：

1、单压源两面顶压液机生产金刚石技术

单压源两面顶金刚石专用压机，主要有碟板式两面顶压机或钢丝缠绕式两面顶压机，将合成金刚石所需的石墨粉和金属触媒粉等材料按一定比例混合均匀后预压成芯柱，然后将芯柱装入叶腊石材料制作的传压介质容器中心腔孔内形成试样组装快。用轨道绞车将一个独立的超高压预应力年轮模具拖入单压源两面顶超高压设备上下两个顶砧之间，再将组装好的传压介质试样组装快体置于超高压预应力年轮模具内侧硬质合金压缸中心的超高压反应腔体内。通过液压机工作油缸柱塞上部硬质合金顶砧对超高压反应腔内传压介质试样组装快施压，达到设定压力后，对超高压反应腔内的试样组装块反应材料通电加热。试样组装块中的石墨粉和金属触媒粉混合体试样芯柱在特定的超高压、高温工艺条件下在超高压腔内发生反应，最终实现金刚石成核、长大的生产过程。

单压源两面顶金刚石压机具有超高压冲程适中、压力稳定性好、合成重复性好等特点，其超高压合成反应腔内的温度场与压力场能长时间保持稳定，适合生长高品级金刚石等超硬材料产品。其不足之处在于，利用单压源两面顶专用液压机生产金刚石等超硬材料，除需要单压源两面顶液压机主机外，还需要单独的高压预应力年轮模具、轨道式拖拽绞车，脱模辅机以及其它附属工器具，其生产设备多样，体积笨重，操作繁复，生产成本高，尤其超高压年轮预应力模具工艺技术复杂，技术普及困难。

2、多压源铰链式六面顶压机生产金刚石技术

六面顶金刚石专用压机由六个液压源工作油缸铰链链接构成，每个工作缸柱塞前部的硬质合金顶砧端面均为正方形平面(其中三个工作缸柱塞顶砧可根据工艺要求的行程移动，另三个工作缸活塞顶砧定好位位置后则相对固定)。当三个活动工作缸柱塞硬质合金顶砧向前移动至压机中心位置，即与另外三个相对固定的工作缸柱塞硬质合金顶砧正方形平面形成一个正方形超高压反应腔容器。将石墨粉和金属触媒粉等材料按一定比例混合均匀后预压成芯柱，将所述芯柱组装于一个正方形叶腊石传压介质容器中心腔体内形成试样组装快。将所述的试样组装快置于六面顶压机硬质合金顶砧中心位置的正方形超高压反应腔容器内。通过六面顶金刚石压机工作油缸柱塞前端硬质合金顶砧向叶腊石试样组装快施压，达到设定压力时对超高压反应腔内的试样材料通电加热，在特定超高压、高温工艺条件下，超高压腔内的芯柱试样发生反应，最终实现金刚石成核、长大的生产过程。

多压源铰链式六面顶金刚石专用压机具有以下特点：

(1)六面顶压机用四个非加热顶锤及它们的支承系统，替代了两面顶压机所用的复杂的超高压预应力年轮模具系统；

(2)六面顶以其油缸壳体的铰链连接方式替代了两面顶压机整体式大型机架；

(3)六个不同方向的顶砧在六面顶压机中心位置形成了正方形的超高压腔体，它替代了所述两面顶压机圆柱体形状的超高压腔体，超高压腔体受力条件发生了改变。

多压源系统铰链梁式六面顶金刚石压机，相对两面顶金刚石压机合成金刚石材料，具有超高压合成腔体结构简单、生产成本低廉、工艺参数相对容易控制等特点。六面顶压机省去了一套超高压预应力年轮模具而代之一个复杂的正交六缸系统。对于金刚石合成工艺来讲，六面顶设备付出的代价是高压密封材料与传压材料几乎无法分开处理。此外，在金刚石生产过程中由于过多的压力源系统压力输出一致性难以精确控制，因此合成金刚石过程所需稳定的超高压条件容易产生波动，生产的金刚石质量和单次产量受到影响，对设备维修保养以及设备的大型化制造增加了难度，影响了人造金刚石生产技术继续发展。

与背景技术所述的两种专用超高压设备金刚石生产技术相比，本发明的有益效果是：