一種雙向活塞圓筒型超高溫高壓裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫高壓礦物材料合成、實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)及特種材料制備的研究裝置領(lǐng)域，具體涉及一種雙向活塞圓筒型超高溫高壓裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在物理、化學(xué)、材料科學(xué)及地球科學(xué)等領(lǐng)域中，通常需要超高溫高壓的極端實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，如模擬地殼巖石的反應(yīng)轉(zhuǎn)變、特種材料(超硬材料、超導(dǎo)材料、鐵電材料等等)的合成都離不開超高溫高壓的實(shí)驗(yàn)條件，一些材料的合成需要高壓達(dá)4.5GPa、高溫達(dá)2000°C的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，一般的實(shí)驗(yàn)裝置難以滿足其需求。目前，我國(guó)使用的活塞圓筒型超高溫高壓裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性不足，存在自動(dòng)化程度低、精度控制較差等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種雙向活塞圓筒型超高溫高壓裝置，該裝置性能優(yōu)越，可以穩(wěn)定地同時(shí)提供超高溫和超高壓，滿足多類研究所需的實(shí)驗(yàn)條件。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種雙向活塞圓筒型超高溫高壓裝置，包括上底板，下底板，以及設(shè)置在所述上底板和下底板之間的上油缸、下油缸、上活塞、下活塞、變壓器、壓力傳感器、加熱元器件、上活塞座和用于盛放樣品的壓腔；
[0005]所述上底板和下底板均水平設(shè)置且通過(guò)多個(gè)拉桿連接；
[0006]所述上油缸安裝在所述上底板的下端，所述上油缸設(shè)有向下伸出的上活塞，所述上活塞的下端可貫穿所述上活塞座并伸至所述壓腔；
[0007]所述上活塞座位于所述壓腔的上端，所述上活塞座內(nèi)設(shè)有熱電偶絲，所述熱電偶絲從所述上活塞座延伸至所述壓腔，所述上活塞座下方設(shè)有供所述熱電偶絲穿過(guò)的氧化鋁管，所述上活塞座和氧化鋁管均對(duì)熱電偶絲起保護(hù)作用，防止熱電偶絲在高壓下折斷；
[0008]所述壓腔的下端設(shè)有活塞柱，所述活塞柱通過(guò)固定環(huán)活動(dòng)安裝在所述壓腔下端面，所述活塞柱的上端可伸至所述壓腔內(nèi)，所述活塞柱的下端設(shè)有帽狀的活塞端；
[0009]所述下油缸安裝在所述下底板的上端，所述下油缸設(shè)有向上伸出的下活塞，所述下活塞設(shè)置在所述活塞端的下方；
[0010]所述上油缸和所述下油缸上分別設(shè)有壓力傳感器；
[0011]所述變壓器位于所述上底板和所述壓腔之間，所述變壓器上設(shè)有與所述加熱元器件連接的電極，所述加熱元器件與所述壓腔連接。
[0012]所述上油缸驅(qū)動(dòng)所述上活塞向下做直線運(yùn)動(dòng)，將壓力通過(guò)所述變壓器、所述上活塞座傳遞至所述壓腔的上端，所述下油缸驅(qū)動(dòng)所述下活塞向上做直線運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)所述活塞端和所述活塞柱向上運(yùn)動(dòng)，將壓力傳遞至所述壓腔的下端，從而將所述上油缸和所述下油缸提供的壓力都加載至所述壓腔；所述變壓器通過(guò)所述電極將電壓作用在所述加熱元器件上，所述加熱元器件為所述壓腔提供熱量，所述壓力傳感器檢測(cè)到的壓力值和所述熱電偶絲測(cè)得的溫度值傳送至該裝置的控制組件。
[0013]優(yōu)選地，所述壓腔的頂部設(shè)有可容納冷卻水的上水盤，所述壓腔的底部設(shè)有可容納冷卻水的下水盤，所述上水盤和所述下水盤通過(guò)水通道相連通，所述上水盤設(shè)有出水口，所述下水盤設(shè)有進(jìn)水口。向所述下水盤的進(jìn)水口通入冷卻水，然后從所述上水盤的出水口流出，可實(shí)現(xiàn)對(duì)所述壓腔進(jìn)行冷卻保護(hù)。
[0014]優(yōu)選地，所述上水盤和所述下水盤分別設(shè)有O型密封圈，可對(duì)所述上水盤和所述下水盤進(jìn)行密封，防止泄露。
[0015]優(yōu)選地，所述壓腔的外壁外側(cè)包裹有碳化鎢層，硬度高，且化學(xué)性能穩(wěn)定。
[0016]優(yōu)選地，所述碳化鎢層外側(cè)還依次包裹有工具鋼內(nèi)層和工具鋼外層，所述工具鋼內(nèi)層和所述工具鋼外層可減少碳化鎢材料的使用，降低成本，同時(shí)起到均勻分散壓力的作用，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。
[0017]優(yōu)選地，所述壓腔的最外側(cè)包裹有保護(hù)環(huán)，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，可對(duì)操作者起到安全保護(hù)作用。
[0018]優(yōu)選地，所述拉桿的兩端設(shè)有螺紋結(jié)構(gòu)，所述拉桿上下兩端分別穿過(guò)所述上底板和所述下底板，所述拉桿通過(guò)螺母分別與所述上底板和所述下底板固定連接，安裝及拆卸方便。
[0019]優(yōu)選地，所述壓腔的外側(cè)壁上設(shè)有便于移動(dòng)所述壓腔的提手，所述提手通過(guò)螺釘固定在所述壓腔的外側(cè)壁上，安裝及更換方便快捷。
[0020]優(yōu)選地，所述變壓器與所述壓腔之間設(shè)有絕緣墊片，將所述變壓器和所述壓腔隔離電絕緣，防止加熱元器件短路，保證使用過(guò)程的安全性。
[0021]本發(fā)明還提出了另一種技術(shù)方案，一種雙向活塞圓筒型超高溫高壓裝置的使用方法，包括以下步驟:
[0022]001:將待合成的樣品放入樣品倉(cāng)中，再依次放入輔助耗材；
[0023]002:將所述樣品倉(cāng)放入所述壓腔內(nèi)；
[0024]003:操作所述上油缸驅(qū)動(dòng)所述上活塞向下做直線運(yùn)動(dòng)，將壓力通過(guò)所述上活塞座傳遞至所述壓腔的上端，操作所述下油缸驅(qū)動(dòng)所述下活塞向上做直線運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)所述活塞端和所述活塞柱向上運(yùn)動(dòng)，將壓力傳遞至所述壓腔的下端，從而將所述上油缸和所述下油缸提供的壓力都加載至所述壓腔；
[0025]004:所述變壓器通過(guò)所述電極將電壓作用在所述加熱元器件上，所述加熱元器件為所述壓腔內(nèi)樣品提供熱量；
[0026]005:所述壓力傳感器檢測(cè)所述樣品所承受的壓力值，所述熱電偶絲檢測(cè)所述樣品的溫度值，且所述壓力值和溫度值被傳輸至所述超高溫高壓裝置的控制組件，并設(shè)置反應(yīng)所需的壓力、溫度和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)壓力和溫度的閉環(huán)控制；
[0027]006:實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)所述超高溫高壓裝置卸壓、降溫后，從所述壓腔取出所述樣品倉(cāng)，再將所述樣品從樣品倉(cāng)中取出。
[0028]基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用雙向活塞圓筒型超高溫高壓裝置，驅(qū)動(dòng)上油缸和下油缸可分別從上下兩個(gè)方向?qū)呵粌?nèi)的樣品進(jìn)行加壓，壓力更加均勻；操作簡(jiǎn)單，便于掌控樣品合成過(guò)程中壓腔的壓力和溫度；可降低成本，增加操作過(guò)程中的安全性和可靠性，在物理、化學(xué)、材料科學(xué)及地球科學(xué)等領(lǐng)域中，如模擬地殼巖石的反應(yīng)轉(zhuǎn)變、特種材料(超硬材料、超導(dǎo)材料、鐵電材料等)的合成等反應(yīng)中具有廣泛的應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:
[0031]1.壓力傳感器，2.螺母，3.上底板，4.上油缸，5.上活塞，6.拉桿，7.變壓器，8.電極，9.上活塞座，10.絕緣墊片，11.出水口，12.壓腔，13.碳化鎢層，14.工具鋼內(nèi)層，15.保護(hù)環(huán)，16.提手，17.上水盤，18.工具鋼外層，19.進(jìn)水口，20，O型密封圈，21.下底板，22.下油缸，23.下活塞，24.活塞?而，25.活塞柱，26.固走環(huán)，27.下水盤。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0033]如圖1所示，一種雙向活塞圓筒型超高溫高壓裝置，包括上底板3，下底板21，以及設(shè)置在所述上底板3和下底板21之間的上油缸4、下油缸22、上活塞5、下活塞23、變壓器7、壓力傳感器1、加熱元器件、上活塞座9和用于盛放樣品的壓腔12 ;所述上底板3和下底板21均水平設(shè)置且通過(guò)多個(gè)拉桿6連接；
[0034]所述上油缸4安裝在所述上底板3的下端，所述上油缸4設(shè)有向下伸出的上活塞5，所述上活塞5的下端可貫穿所述上活塞座9并伸至所述壓腔12 ;
[0035]所述上活塞座9位于所述壓腔12的上端，所述上活塞座9內(nèi)設(shè)有熱電偶絲，所述熱電偶絲從所述上活塞座9延伸至所述壓腔12，所述上活塞座9下方設(shè)有供所述熱電偶絲穿過(guò)的氧化鋁管，所述上活塞座9和氧化鋁管均對(duì)熱電偶絲起保護(hù)作用，防止熱電偶絲在高壓下折斷；
[0036]所述壓腔12的下端設(shè)有活塞柱25，所述活塞柱25通過(guò)固定環(huán)26活動(dòng)安裝在所述壓腔12下端面，所述活塞柱23的上端可伸至所述壓腔12內(nèi)，所述活塞柱25的下端設(shè)有帽狀的活塞端24 ;
[0037]所述下油缸22安裝在所述下底板21的上端，所述下油缸22設(shè)有向上伸出的下活塞23，所述下活塞23設(shè)置在所述活塞端24的下方；
[0038]所述上油缸4和所述下油缸22上分別設(shè)有壓力傳感器I ;
[0039]所述變壓器7位于所述上底板3和所述壓腔12之間，所述變壓器7上設(shè)有與所述加熱元器件連接的電極8，所述加熱元器件與所述壓腔12連接。
[0040]所述上油缸4驅(qū)動(dòng)所述上活塞5向下做直線運(yùn)動(dòng)，將壓力通過(guò)所述變壓器7、所述上活塞座9傳遞至所述壓腔12的上端，所述下油缸22驅(qū)動(dòng)所述下活塞23向上做直線運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)所述活塞端24和所述活塞柱25向上運(yùn)動(dòng)，將壓力傳遞至所述壓腔12的下端，從而將所述上油缸4和所述下油缸22提供的壓力都加載至所述壓腔12 ;所述變壓器7通過(guò)所述電極8將電壓作用在所述加熱元器件上，所述加熱元器件為所述壓腔12提供熱量，所述壓力傳感器I檢測(cè)到的壓力值和所述熱電偶絲測(cè)得的溫度值傳送至該裝置的控制組件。
[0041]優(yōu)選地，所述壓腔12的頂部設(shè)有可容納冷卻水的上水盤17，所述壓腔12的底部設(shè)有可容納冷卻水的下水盤27，所述上水盤17和所述下水盤27通過(guò)水通道相連通，所述上水盤17設(shè)有出水口 11，所述下水盤27設(shè)有進(jìn)水口 19。向所述下水盤27的進(jìn)水口 19通入冷卻水，然后從所述上水盤17的出水口 11流出，可實(shí)現(xiàn)對(duì)所述壓腔12進(jìn)行冷卻保護(hù)。
[0042]優(yōu)選地，所述上水盤17和所述下水盤27分別設(shè)有O型密封圈，可對(duì)所述上水盤17和所述下水盤27進(jìn)行密封，防止泄露。
[0043]優(yōu)選地，所述壓腔12的外壁外側(cè)包裹有碳化鎢層13，硬度高，且化學(xué)性能穩(wěn)定。
[0044]優(yōu)選地，所述碳化鎢層13外側(cè)還依次包裹有工具鋼內(nèi)層14和工具鋼外層18，所述工具鋼內(nèi)層14和所述工具鋼外層18可減少碳化鎢材料的使用，降低成本，同時(shí)起到均勻分散壓力的作用，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。
[0045]優(yōu)選地，所述壓腔12的最外側(cè)包裹有保護(hù)環(huán)15，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，可對(duì)操作者起到安全保護(hù)作用。
[0046]優(yōu)選地，所述拉桿6的兩端設(shè)有螺紋結(jié)構(gòu)，所述拉桿6上下兩端分別穿過(guò)所述上底板3和所述下底板21，所述拉桿6通過(guò)螺母2分別與所述上底板3和