基于铰链式六面顶压机的二级6-8模超高压大腔体内置加热元件的设计与温度标定

首次报道了一种新型的基于铰链式六面顶压机的二级6-8模大腔体静高压装置的内置加热元件的设计与温度标定。此加热组装结构简单,升温快,保温效果好,并有效地解决了国外基于两面顶压机构架下的二级6-8模内加热组装中热电偶在施加压力时易断的问题。以低成本的碳管为加热元件,采用直接和间接两种加热方式,用双铂铑(Pt6%Rh-Pt30%Rt)B型热电偶进行温度测量,并根据实验过程中加热功率与腔内实际温度的关系,对不同压力下腔体内的温度进行了标定。实验结果表明:此加热系统的油压达到40 MPa(腔体压力约10 GPa)时,温度可以达到1 700℃以上;在油压为30 MPa、样品室温度为1 000℃时,保温时间可达2 h,甚至更长;实验中获得样品的直径可达3 mm,高度可达7 mm,实现了在高温超高压条件下大样品的制备,满足了实验对产生高温超高压条件的需要。

六面顶压机合成金刚石加热规律研究

利用有限元方法建立了六面顶压机合成金刚石环境热电耦合模型,对直热式腔体温度变化规律进行了分析。研究表明:合成腔温度的建立快慢及终态温度主要由加热初期的加热功率和叶腊石热导率决定,不同的匹配组合温度时间轨迹不同;温度相对稳定后,若加热功率不变,保温效果变差不会引起腔体温度降低,而使腔体温度更稳定;腔体内温度对加热功率变化响应灵敏,具有较好的可控性。

六面顶硬质合金顶锤强度分析及结构优化

以6×12MN级六面顶硬质合金顶锤为对象,采用ANSYS有限元分析软件,进行了三维有限元热力耦合分析。通过分析顶锤与预紧环之间的过盈配合,获得了顶锤表面径向预紧力的分布情况。综合考虑合成压力、预紧力和热应力的影响,分析了工作状态下顶锤内部的应力分布,阐明了顶锤的破坏机理,认为46°斜面中心对称线下方存在的切向拉应力是产生纵向裂纹导致断裂的原因。研究了主要结构参数对应力场的影响,提出了结构参数优化的思路。

论大腔体合成金刚石技术中的几个问题

回顾了六面顶液压机合成金刚石腔体大小发展的历程 ,简要地从设备、工艺、原材料三大方面探讨了 ○/ 3 5mm以上腔体合成工艺中的一些问题 ,指出随着腔体的扩大 ,传压介质、组装结构的重要性更加突出。

基于三维有限元的六面顶顶锤应力分析

采用三维有限元热力耦合分析方法,综合考虑合成压力、径向预紧力和热应力的影响,对六面顶硬质合金顶锤进行了应力分析,阐述了破坏机理,分析了主要结构参数(顶锤直径、高度)以及径向预紧力对主应力最大值的影响规律,提出了进一步优化参数的思路。

基于国产六面顶压机的二级6-8型大腔体静高压装置(上)

主要介绍基于国产六面顶压机构建的二级6-8型大腔体静高压装置的力学结构,压力标定,加热组装设计,温度标定,以及采用金刚石复合材料作为二级顶锤产生超高压的一些探索性工作。一系列的结果表明,基于六面顶压机的二级增压装置的研发成功,促进了国内高压科学与技术及新型超硬材料的发展。实验表明,自行研制的多晶金刚石-硬质合金复合末级压砧可使基于国产六面项压机构架的二级加压系统的压力产生上限从约20 GPa提高到35 GPa以上,拓展了国内大腔体静高压技术的压力产生范围。应用这一技术,我们期望经过末级压砧材料与压腔设计的进一步优化,在基于国产六面顶压机的二级6-8型大腔体静高压装置压腔中产生超过50 GPa的高压。

基于国产六面顶压机的二级6-8型大腔体静高压装置(下)

主要介绍基于国产六面顶压机构建的二级6-8型大腔体静高压装置的力学结构,压力标定,加热组装设计,温度标定,以及采用金刚石复合材料作为二级顶锤产生超高压的一些探索性工作。一系列的结果表明,基于六面顶压机的二级增压装置的研发成功,促进了国内高压科学与技术及新型超硬材料的发展。实验表明,自行研制的多晶金刚石—硬质合金复合末级压砧可使基于国产六面顶压机构架的二级加压系统的压力产生上限从约20GPa提高到35GPa以上,拓展了国内大腔体静高压技术的压力产生范围。应用这一技术,我们期望经过末级压砧材料与压腔设计的进一步优化,在基于国产六面顶压机的二级6-8型大腔体静高压装置压腔中产生超过50GPa的高压。

六面顶压机顶锤的小斜边角度模拟分析

以有限元法为理论分析手段对六面顶顶锤进行科学计算，模拟分析了不同倒角的顶锤。根据有限元模拟分析结果，探寻出XKY-6×2000MN型六面顶压机顶锤倒角的最佳角度范围应取为41．5°～43．5°。模拟分析结果与金刚石的高压合成实验事实相符，在理论上解释了顶锤角度的选取原则，对于提高大顶锤使用寿命，降低生产成本有着重要的现实意义。模拟计算了在超高压状态下无法通过实验直接获知的顶锤上的应力分布等重要信息，为新型六面顶压机的研制提供了良好的基础。

六面顶顶锤与预紧环的强度分析

采用三维有限元方法,分析了六面顶顶锤与预紧环之间的过盈配合,首次获得了顶锤圆柱面上预紧力的真实分布,计算出实际工作状态下顶锤内部的应力场,分析了过盈量对顶锤及预紧环强度产生的影响,对其合理值进行了探讨。

发展中国六面顶压机具有战略意义

本文从国际上80％-90％的超硬材料是我国的六面顶压机合成生产的为着眼点，较为深入的分析了具有中国特色的六面顶压机具有的特殊优势。它是中国的骄傲，也是我国从事超硬材料行业的工作者应该倍加珍惜的。当前国家正在大力倡导自主知识产权，这是完全符合中央政策的，我们应该大声疾呼国家对此应该高度重视，调整规划，支持六面顶压机继续发展，这是具重要战略意义的。

大块高纯Fe3C的高温高压合成

Fe3C(渗碳体)是一种用途广泛、力学和磁学性能优良的材料,因而其制备方法一直受到人们的关注。通过高温高压下铁和碳的固相反应,成功制备出大块、致密、高纯的 Fe3C 样品,探索了原料种类、颗粒大小、合成温度、合成压力、保温时间等因素对烧结样品的影响。结果表明:当 Fe粉粒径为 9 μm,石墨粒径为 1.3 μm,在 4 GPa、1000 ℃条件下烧结的 Fe3C最为致密。

大腔体粉末块与片状块合成金刚石的对比

通过对比大腔体粉末块与片状块合成金刚石生产情况 ,提出了粉末块是国产六面顶大吨位压机大腔体合成高品级金刚石的发展趋势 ,大腔体粉末块合成金刚石粒度集中 ,金刚石单晶的热稳定性好 ,在相同消耗的情况下 ,每个粉末块 ( ○/3 6mm腔体 )的毛利润要比片状块 ( ○/3 8mm腔体 )高出 10 .40元。

基于铰链式六面顶压机的二级6-8型大腔体静高压装置

报道了一种新型二级6-8型大腔体静高压装置.该装置是以国产DS6×800T铰链式六面顶压机为构架,在其六面体压腔中直接放入二级6-8模（球分割）增压装置以产生10GPa以上的压力,还实验了不同规格的预密封边和不同密度的叶蜡石对压力产生效率的影响,在室温下用BiⅠ-Ⅱ（2.55GPa）,Ⅲ-Ⅴ（7.7 GPa）和SnⅠ-Ⅱ（9.4GPa）在高压下的相变对14/8（8面体传压介质边长/8面体压腔边长）规格压腔进行了压力标定.实验结果表明,该系统可以在加载压力（油压）约为3×10^6N（-42 MPa）的情况下产生约10GPa的压力,样品尺寸可以达到3—4mm^3.

中国人造金刚石的发展及其关键技术的进步

中国于1963年开始合成金刚石,给出其产量、质量(品质)演变数据。2000—2013年中国金刚石产量已连续14年稳居世界第1位,近年质量达到世界先进水平。给出质量评价方法,重点揭示了质量本征,首次给出金刚石中氧氮及其他杂质元素绝对含量测定的化学评价方法,并以此法对国内外代表性金刚石作了含量对比分析,两者十分接近。中国人造金刚石产量、质量的成就,归功于3大技术进步:六面顶压机的大型化、硬质合金顶锤的优质化、粉末触媒和间接加热工艺(粉状工艺)的工业化。较详细阐述了这3方面的技术特性、发展历程。

六面顶低温超高压烧结制备SiC–Al_2O_3–Y_2O_3陶瓷

以微纳米SiC为原料,采用六面顶压机在1 250℃、4.5 GPa、无烧结助剂、不同保温时间条件下烧结SiC陶瓷,优化出最佳保温时间为6 min。采用不同添加量Al_2O_3、Y_2O_3(0~15%,质量分数)烧结助剂超高压烧结SiC陶瓷。用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、X射线能谱分析、显微硬度及密度测试对SiC高压烧结体进行了表征。结果表明:同时添加Al_2O_3和Y_2O_3为有效低温烧结助剂,在低温超高压烧结条件下,掺杂不同比例烧结助剂的SiC陶瓷产生的新相为Al_2Y_4O_9。其中,添加7.5%Al_2O_3、7.5%Y_2O_3,经1 250℃、4.5 GPa保温保压6 min超高压烧结条件下,样品相对密度达99.9%,显微硬度可达到HV9.80 2 570。