[发明专利]原位中子衍射用对顶砧高压装置

说明书

技术领域

本发明涉及原位中子衍射实验技术，更具体地说是涉及一种原位中子衍射用对顶砧高压装置，用于超高压力下材料结构和物理性能的测量。

技术背景

在高压技术领域中，对顶砧型高压装置是一种可产生超高压的仪器，其主要构成包括内压腔，安装在内压腔内的一对砧面相对的压砧、位于两压砧之间的封垫和设置内压腔上的加载机构，上下压砧和封垫构成放置被测样品的高压腔，在高压腔内的样品周围充入传压介质。传压介质可以是固体、液体或气体，其中气体传压介质具有完全的静水压传递特性，化学性能稳定和能够经受高温加热等优点，是一种最理想的传压介质。但使用气体传压介质对实验技术和设备的要求也最高。对顶砧型高压装置工作时，外力F以相对方向作用于压砧，由于封垫与上下压砧之间产生强大摩擦力，从而在样品腔中产生高压。为防止高压下压砧材料流动和失效，压砧必须用高硬度材质制造，目前常用的压砧，根据压砧的材质来分，有碳化钨压砧、金刚石压砧和碳化硅压砧等。现有技术的对顶砧高压装置，其压砧与内压腔为配套设计，压砧不能更换，不同材料样品的衍射实验使用由不同材质压砧构成的对顶砧高压装置。

采用对顶砧高压装置进行实验，根据实验样品体积和材质的不同，高压腔内的样品需要施加不同的压力，需要施加的实验压力从10GPa到100GPa不等。对于样品实验压力要求比较小的实验，施加于高压强内样品的压力通常是由对顶砧高压装置附带的机械加载机构提供，作用于高压腔内样品的压力得以施加后，将对顶砧高压装置置于实验台上，如安装在x-线衍射仪、同步辐射x-线衍射源束线上进行实验。对于样品需要提供实验压力比较大的实验，现有技术的压力施加方法，是将对顶砧高压装置置于油压机上，由油压机对高压腔内的样品加载施压，施压加载后用机械机构锁定，然后将对顶砧高压装置从油压机上移走，送到实验地安装在实验台上进行实验。这种施压加载方式，液压加载系统与对顶砧高压装置是分离的，不能在实验台上对样品进行压力加载，由于对顶砧高压装置的刚度很大，对顶砧高压装置从油压机移走送到实验地安装在实验台上的过程中存在震动，机械锁定机构通常只能锁住油压机施加压力的一部份，即施加在实验样品上的压力只是油压机加载压力的一部分，损失的压力使顶砧高压装置受力的部件松弛，从而引起样品周围封垫与压砧间的密封性下降，导致高压腔中气体传压介质泄漏，进而导致实验失败。

发明内容

针对现有技术的原位中子衍射用对顶砧高压装置存在的不足，本发明的目的是提供一种全新结构的原位中子衍射用对顶砧高压装置，以解决现有技术原位中子衍射用对顶砧高压装置存在的一台对顶砧高压装置一般只能用于一种材质的压砧，不能在实验台上对实验样品实时液压加载施压，难以保证样品以预加载压力进行实验，易导致实验失败的等问题。

本发明所要解决的上述技术问题，可通过具有下述技术方案的原位中子衍射用对顶砧高压装置来完成。

本发明提供的原位中子衍射用对顶砧高压装置，主要包括框架、位于框架内由压头和腔体座构成的内压腔、位于内压腔内分别设置在压头和腔体座上砧面相对的压砧、位于两压砧之间的封垫和加载系统，两压砧和位于它们之间的封垫构成样品高压密封腔，内压腔设计有中子束入射光通道和衍射光出射窗口，所述加载系统设计有两级加载子系统，其中一级加载子系统为成对对称设置的螺纹副机械加载系统，由与腔体座或压头上的螺纹孔配合构成加载螺纹副的加载螺栓和弹性垫构成，二级加载子系统为液压加载系统，由设置在框架上的油缸和作用于腔体座或压头的活塞构成，对顶砧高压装置通过其框架悬挂在与中子堆源平台相配套的悬挂装置下方，悬挂装置设计有悬挂位置调整机构。

为了更好地实现本发明的目的，解决所要解决的技术问题，本发明还可进一步采取以下技术措施。下述技术措施可以单独采取，也可组合采取，甚至一并采取。