一種金剛石對頂砧樣品鎖緊裝置及其監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超高壓物理實驗領(lǐng)域，具體是涉及一種金剛石對頂砧樣品鎖緊裝置及其監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金剛石對頂砧是超高壓物理實驗領(lǐng)域中用于研究百萬大氣壓下物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)鍵設(shè)備。金剛石對頂砧的工作原理是利用一對具有極小臺面(一般直徑在幾十微米量級)的金剛石通過機械方式擠壓樣品而產(chǎn)生高壓環(huán)境，在兩顆金剛石臺面形成的擠壓面之間放置預(yù)先加工有樣品孔的金屬墊片，樣品放置在樣品孔中，樣品孔的直徑約為金剛石臺面直徑的三分之一。金剛石對頂砧主要由兩部分組成，即與樣品直接接觸并產(chǎn)生超高壓力的一對金剛石以及用于對金剛石進行機械加壓的壓機，而壓機由分別與一顆金剛石固定的導(dǎo)向筒以及活塞部分構(gòu)成。在現(xiàn)有的條件下，一般的樣品裝載是需要在顯微鏡下完成的，通過判斷金剛石的彩色干涉條紋，可以從經(jīng)驗上判斷樣品是否被鎖緊。所述的鎖緊是指兩個金剛石的臺面與金屬墊片的上樣品孔組成的封閉區(qū)域能夠?qū)悠吠耆s束，不會讓樣品泄露出來。
[0003]這種方法對于常規(guī)的樣品簡單可行，但對于某些特殊樣品，如常溫下易揮發(fā)的液體、高壓狀態(tài)的氣體以及對水氧含量敏感的固體樣品等，需要在封閉的容器中裝樣，金剛石對頂砧預(yù)先放置在容器中，裝樣完成并鎖緊樣品后，再取出金剛石對頂砧進行后續(xù)的實驗。由于在封閉的容器中操作，前述的在顯微鏡下確定鎖緊與否的方法無法實施，一個變通的方法是提前估測壓機加壓螺釘能夠鎖緊樣品所需要的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，但這并不方便也不可靠，這也是金剛石對頂砧對高壓氣體樣品取樣失敗的主要原因，一方面壓機加壓螺釘旋擰的圈數(shù)過少，會造成密封不完全，高壓氣體樣品會在常壓的外界環(huán)境下迅速泄露；另一方面，為保證可靠密封，旋擰過多會造成樣品的初始壓強過大，無法獲得低壓強段的實驗數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種金剛石對頂砧樣品鎖緊裝置及其監(jiān)測方法，使用該裝置和監(jiān)測方法可以直觀判斷金剛石對頂砧樣品鎖緊與否，且操作簡單、可靠。為方便描述，本發(fā)明將以高壓氣體樣品的密封鎖緊為例。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0006]該金剛石對頂砧樣品鎖緊裝置包括對金剛石對頂砧樣品進行鎖緊的金剛石對頂砧、以及驅(qū)動金剛石對頂砧實施壓緊動作的驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置與金剛石對頂砧之間設(shè)有用于測量驅(qū)動力的力傳感器。
[0007]進一步的技術(shù)方案:所述金剛石對頂砧包括一對金剛石和壓機，所述壓機包括分別用于固定所述金剛石的導(dǎo)向筒和活塞，所述活塞由驅(qū)動裝置驅(qū)動向?qū)蛲矊嵤壕o動作;所述力傳感器與驅(qū)動裝置之間設(shè)有確保受力均勻的彈性部件，所述彈性部件與驅(qū)動裝置之間設(shè)有第一壓片、所述力傳感器與活塞之間設(shè)有第二壓片。
[0008]進一步的技術(shù)方案:所述力傳感器與安裝有采集軟件的計算機通過采集卡或單片機電路連接。
[0009]進一步的技術(shù)方案:該樣品鎖緊裝置還包括用于放置金剛石對頂砧的筒體裝置，所述活塞與導(dǎo)向筒沿筒體裝置長度方向布置，所述筒體裝置的兩端固定設(shè)有蓋板，所述驅(qū)動裝置包括加壓螺釘，所述加壓螺釘貫穿靠近活塞的蓋板并與蓋板螺紋配合，所述加壓螺釘抒動后驅(qū)動活塞向?qū)蛲策\動。
[0010]優(yōu)選，所述彈性部件為橡膠墊;所述第一壓片、第二壓片為金屬壓片。
[0011]進一步的技術(shù)方案:該樣品鎖緊裝置還包括高壓容器，所述裝有金剛石對頂砧的筒體裝置位于高壓容器內(nèi)，所述高壓容器上設(shè)有旋轉(zhuǎn)手輪，所述旋轉(zhuǎn)手輪通過六角頭桿件與所述加壓螺釘連接配合。
[0012]—種利用上述鎖緊裝置對金剛石對頂砧樣品進行鎖緊的監(jiān)測方法，利用驅(qū)動裝置對金剛石對頂砧進行施壓，根據(jù)力傳感器的采集數(shù)據(jù)來控制驅(qū)動裝置的施壓操作是否結(jié)束；
[0013]所述力傳感器的采集數(shù)據(jù)按時間先后順序包括HT3、T4四個階段的數(shù)據(jù):
[0014]其中Ti階段的數(shù)據(jù):驅(qū)動力大小恒定；
[0015]其中T2階段的數(shù)據(jù):驅(qū)動力呈線性趨勢增大；
[0016]其中T3階段的數(shù)據(jù):驅(qū)動力近似穩(wěn)定；
[0017]其中Τ4階段的數(shù)據(jù):驅(qū)動力再次呈線性趨勢增大；
[0018]當(dāng)驅(qū)動力進入所述T4階段即可判斷金剛石對頂砧樣品與金剛石臺面發(fā)生接觸擠壓，為保證可靠鎖緊，繼續(xù)施壓，當(dāng)鎖緊初始驅(qū)動力到達設(shè)定驅(qū)動力時即可停止施壓操作，所述設(shè)定驅(qū)動力為停止施壓操作時T4階段的驅(qū)動力與T3階段的驅(qū)動力之差。
[0019]本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
[0020](I)本發(fā)明通過力傳感器，可以實時采集和監(jiān)測驅(qū)動裝置對壓機的施壓情況，根據(jù)力傳感器采集的驅(qū)動力情況判斷驅(qū)動裝置是否需要繼續(xù)進行施壓操作，比如當(dāng)金剛石對頂砧樣品的鎖緊初始驅(qū)動力到達設(shè)定驅(qū)動力時即可停止施壓操作。
[0021](2)本發(fā)明中彈性部件、第一壓片、第二壓片可以使驅(qū)動裝置施加在活塞上的力均勻，確保力傳感器采集的驅(qū)動力準(zhǔn)確、可靠。
[0022](3)本發(fā)明尤其適用于對高壓氣體的密封取樣，且操作簡單，本發(fā)明可以根據(jù)需要設(shè)定金剛石對頂砧樣品的鎖緊初始驅(qū)動力，以便于獲得高壓氣體樣品在低壓強段的實驗數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0023]圖1、2是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3是本發(fā)明實施例2中驅(qū)動力變化圖。
[0025]附圖中附圖標(biāo)記的含義如下:
[0026]10-金剛石對頂砧11-金屬墊片12-金剛石 13-底座 14-導(dǎo)向筒
[0027]15-活塞31-加壓螺釘40-力傳感器50-彈性部件60a_第一壓片
[0028]60b-第二壓片 70-筒體裝置71-蓋板 80-高壓容器81-旋轉(zhuǎn)手輪
[0029]82-六角頭桿件
【具體實施方式】
[0030]現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點，如附圖所示:
[0031 ] 實施例1
[0032]如圖1、2所示，所述金剛石對頂砧樣品鎖緊裝置，包括對金剛石對頂砧樣品進行鎖緊的金剛石對頂砧10、以及驅(qū)動金剛石對頂砧10實施壓緊動作的驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置與金剛石對頂砧10之間設(shè)有用于測量驅(qū)動力的力傳感器40。本發(fā)明通過力傳感器40，可以實時采集和監(jiān)測驅(qū)動裝置對金剛石對頂砧10的施壓情況，所述力傳感器40可以與安裝有采集軟件的計算機通過采集卡或單片機電路連接，根據(jù)力傳感器40采集的驅(qū)動力情況判斷驅(qū)動裝置是否需要繼續(xù)進行施壓操作，比如當(dāng)金剛石對頂砧樣品的鎖緊初始驅(qū)動力到達設(shè)定驅(qū)動力時即可停止施壓操作。
[0033]所述金剛石對頂砧10包括分別用于固定金剛石對頂砧中金剛石12的導(dǎo)向筒14、以及活塞15，所述活塞15由驅(qū)動裝置驅(qū)動向?qū)蛲?4實施壓緊動作;所述力傳感器40與驅(qū)動裝置之間設(shè)有確保受力均勻的彈性部件50，優(yōu)選，所述彈性部件50為橡膠墊，所述彈性部件50與驅(qū)動裝置之間設(shè)有第一壓片60a、所述力傳感器40與活塞15之間設(shè)有第二壓片60b，優(yōu)選，所述第一壓片60a、第二壓片60b為金屬壓片。該結(jié)構(gòu)可以使驅(qū)動裝置施加在活塞上的力均勻，確保力傳感器采集的驅(qū)動力準(zhǔn)確、可靠。
[0034]更為具體的技術(shù)方案:該樣品鎖緊裝置還包括用于放置金剛石對頂砧的筒體裝置70，所述活塞15與導(dǎo)向筒14沿筒體裝置70長度方向布置，所述筒體裝置70的兩端固定設(shè)有蓋板71，所述驅(qū)動裝置包括加壓螺釘31，所述加壓螺釘31貫穿靠近活塞15的蓋板71并與蓋板71螺紋配合，所述加壓螺釘31擰動后驅(qū)動壓機的活塞15向?qū)蛲?4運動。
[0035]針對高壓氣體的密封，在這種情形下，氣體按照實驗需要被加壓到高壓狀態(tài)，整個金剛石對頂砧都被放置