[发明专利]金刚石对顶压砧锆基非晶合金封垫及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非晶态合金封垫及其制备方法，特别是用于金刚石对顶压砧的的封垫及其制备方法。

背景技术

近些年来随着高压在物理学、化学、材料科学等学科领域中获得了极大地发展和应用，高压学科越来越受到人们的广泛瞩目。金刚石对顶压砧（DAC）装置是目前能产生静态高压压力最大的高压装置，可达550GPa。不仅如此，金刚石具有对X射线和绝大部分波长的光线透明的优异特性，这使得DAC可以实现高压下X射线衍射、荧光、拉曼、红外吸收等方面的研究。封垫是DAC中一个重要的附件，用来密封样品。传统的DAC中一直用T301硬质合金钢作为封垫，由于T301中含有许多的合金相，会产生很强的明锐衍射峰，使得实验结果中很难完全清除背底。对于那些精度要求比较高的实验，得不到理想的实验结果。传统的T301封垫，要先预压再打孔，费时且不容易找准孔的位置，而且由于背底对实验结果的影响，限制了高压实验在科学研究的中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简便、能够清除背底影响、提高实验结果可靠性的金刚石对顶压砧锆基非晶合金封垫及其制备方法。

本发明的金刚石对顶压砧锆基非晶合金封垫的化学成分原子百分比（at.%）为：Zr 55~66%；Al 8~11%；Ni 5~19%；Cu 7~30%，上述金属原料的纯度均大于99.9%。

上述锆基非晶合金封垫的制备方法：

1、采用50μm-250μm直径的铜线作为所要吸铸非晶合金的核心，固定在铜模中间，铜线的表面要用高档的砂纸进行抛光。

2、将上述原料放入非自耗电弧炉，在氩气保护下，加热到2000℃熔炼成合金锭，要反复熔炼2-7次，以得到成分均匀的合金锭。然后将上述合金锭放入石英管中，通过高频电磁感应炉加热重熔并注入到上述装有铜线核心的铜模具中。空冷后，分开铜模取出铜线核心，经过裁剪，即得到带有50-200微米直径微孔的非晶合金封垫。

Zr基非晶合金是迄今为止，非晶形成能力最强的体系，冷却速度<10K/s,可以吸铸或浇铸成各种复杂形状。非晶态合金比晶态合金具有更高的拉伸断裂强度和硬度，而且由于其独特的短程有序、长程无序结构特点，X射线衍射图谱无尖锐的复杂异峰出现，使它很容易与实验数据区别出来，从而得到准确真实的同步辐射实验结果。

上述金刚石对顶压砧锆基非晶合金封垫的使用方法：

对于非晶合金薄片，可以根据实验需求制作出不同规格的参数的封垫。在金刚石对顶压砧中，封垫的厚度一般为50μm，对于不同尺寸的台面，以及所加最大压力的差异，设计不同尺寸的非晶合金样品腔，详细参数见表1。

表1 非晶合金样品腔直径与台面直径对应表

将上述制备好的非晶封垫装到金刚石对顶压砧中，使样品腔对准压砧台面的中心，然后将样品、传压介质和标压介质放入样品腔，即可进行加压及卸压实验。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、操作简便，一次性成型带有圆形样品腔的Zr基非晶态合金薄片，不需要再打孔。

2、具有极高的强度和优异的力学性能，Zr基非晶合金的抗压强度高达到2.02GPa，是T301钢的两倍多。

3、消除了背底对实验结果的影响，提高了实验结果的可靠性和精度，而且由于非晶的各向同质性，可以产生更稳定的静水压力。

4、还可以根据所需要的非晶合金的封垫的形状要求，加工符合实验要求的各种封垫。

 

附图说明

图1 是本发明在金刚石对顶压砧上使用示意图。

图2 是图1 的局部放大示意图。

具体的实施方式

实施例1

取锆50g、铝2.69g、镍2.93g、铜19g，上述金属原料的纯度均为99.9%。将上述原料放入非自耗电弧炉，在氩气保护下，加热到2000℃熔炼成合金锭，反复熔炼2次，以得到成分均匀的合金锭。采用50μm直径的铜线作为所要吸铸非晶合金的核心，固定在铜模中间，铜线的表面要用高档的砂纸进行抛光。然后将上述合金锭放入石英管中，通过高频电磁感应炉加热重熔并注入到上述装有铜线核心的铜模具中，在氩气保护下冷却后，分开铜模取出铜线核心，经过裁剪，即得到带有50μm直径样品腔、厚度为50μm的非晶合金封垫。将上述非晶封垫装到金刚石对顶压砧中，使样品腔对准压砧台面的中心，然后将样品、传压介质和标压介质放入样品腔，即可进行加压及卸压实验。

实施例2