[发明专利]一种用于高压中子衍射的压力加载装置

说明书

本发明提供一种用于高压中子衍射的压力加载装置，包括压砧组件，所述压砧组件包括砧面相对的上压砧、下压砧，所述上压砧、下压砧的砧面分别相对于上压砧、下压砧轴向向内凹陷形成弧形上砧面、下砧面，还包括封垫组件和金刚石增压片；其中，封垫组件设置于两个压砧之间，封垫组件的内腔与上砧面、下砧面围成压腔，所述金刚石增压片设置于封垫组件的内腔里并将压腔分隔成为上压腔、下压腔。

技术领域

本发明属于原位中子衍射装置技术领域，具体涉及一种用于高压中子衍射的压力加载装置。

背景技术

在进行原位中子衍射实验时，在单轴加载、径向衍射模式和样品体积大于10mm³的前提下，实现30GPa超高压的腔体压力，并不能像用于同步辐射的对顶砧压腔那样，直接利用平台面金刚石对顶砧加载钛锆封垫而得到，因为钛锆封垫的强度只有0.7GPa，不能在大于10mm³样品的前提下实现30GPa的高压腔密封。目前，国际上常用于高压中子衍射的压腔是由带环凹曲面压砧与环形钛锆封垫组成，虽然这种压腔在200吨的加载下可以达到25GPa的腔体压力，但是常规实验中一般不超过20GPa，因为在加载超过150吨时，大部分实验会因钛锆封垫失效喷出而终止，而且压砧也会损坏。

发明内容

基于以上问题，本发明的目的在于提供一种用于高压中子衍射的压力加载装置，采用这种压力加载装置可以实现25GPa以上的腔内压力。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种用于高压中子衍射的压力加载装置，包括压砧组件，所述压砧组件包括砧面相对的上压砧、下压砧，所述上压砧、下压砧的砧面分别相对于上压砧、下压砧轴向向内凹陷形成弧形上砧面、下砧面，还包括封垫组件和金刚石增压片；其中，封垫组件设置于两个压砧之间，封垫组件的内腔与上砧面、下砧面围成压腔，所述金刚石增压片设置于封垫组件的内腔里并将压腔分隔成为上压腔、下压腔。

本发明提供的用于高压中子衍射的压力加载装置，通过封垫组件与上压砧、下压砧的弧形砧面围成压腔，通过金刚石增压片将压腔分成上、下两个部分，金刚石增压片的插入看似减少了样品的体积，实际在压缩过程中处于高压部分的样品的体积并没有减少，这是因为，若不插入金刚石增压片，位于金刚石增压片处的样品在高压加载下会流变至封垫处；而采用本发明提供的压力加载装置，在加压时，金刚石增压片改变了压腔内的应力状态，上、下样品腔内的样品处于流变完成后的压缩状态，这样腔体的压力就会持续升高。

具体的，所述封垫组件包括从外向里依次设置的腔外封垫、成腔封垫、腔内封垫，其中，成腔封垫的内腔与上砧面、下砧面围成压腔，金刚石增压片设置于成腔封垫的内腔里并将压腔分隔成为上压腔、下压腔，腔内封垫分别与上砧面、下砧面围成上样品腔、下样品腔；成腔封垫主要用于与上砧面、下砧面围成压腔，装样后，上压腔和下压腔内都装有通过金刚石增压片而相互隔离的样品，当向压砧施加压力时，压腔内的样品可能在高压下流变并径向扩张，而金刚石增压片的尺寸不变，扩长后的样品可能超出金刚石增压片而导致上压腔和下压腔导通，样品流动会导致压腔内压力不稳定，进而引发封垫失效并而使实验失败，设置腔内封垫，通过腔内封垫将金刚石增压片边缘处进行隔挡并将上、下压腔的样品进行更加稳定隔离为上、下样品腔，加压时，即使样品腔在高压下径向扩张，在腔内封垫的隔挡下，上、下样品腔的样品不会导通，使样品一直处于稳定的压缩状态。

优化的，所述腔内封垫包括分别设置于上压腔、下压腔内的上腔内封垫、下腔内封垫，所述上腔内封垫与上砧面、金刚石增压片的上表面围成密封的上样品腔，下腔内封垫与下砧面、金刚石增压片的下表面围成密封的下样品腔。

进一步优化的，所述腔内封垫还包括侧腔内封垫，所述侧腔内封垫套设于成腔封垫内部并与上砧面、下砧面对接，所述上腔内封垫、金刚石增压片、下腔内封垫从上向下依次设置于侧腔内封垫内。