一种用于金刚石的合成压机的制作方法

1.本发明涉及金刚石生产技术领域，具体是指一种用于金刚石的合成压机。


背景技术：

2.人造金刚石合成压机的基本原理是利用高温高压下的化学反应，通过人造的方法合成金刚石晶体。具体地说，该过程中需要用到包括碳源、催化剂和金刚石晶种等原料，并将这些物料放置在合成压机内，施加高压和高温的条件，这个过程中，碳原子在高温和高压下开始结晶并形成金刚石的结构，最终形成大体积的金刚石晶体。为了确保实验的成功性，需要把原料和压机内部环境严密隔离，并且控制温度、压力、反应时间和其他相关参数；
3.人造金刚石制造过程，主要包括以下几个步骤：
4.1、准备原料：金刚石制造的原料主要是高纯度的碳粉和金属催化剂。这些原料需要通过粉碎和筛选等工艺处理，以保证粒度和纯度；
5.2、制备金刚石晶种：金刚石晶种是人造金刚石制造的关键。它可以在高温高压条件下促进金刚石的生长。晶种的制备需要将高温高压下的石墨放入到合成压机中，并加入相应的原料和溶液催化剂，在适宜条件下，生长出符合需求的金刚石晶体；
6.3、合成金刚石：将准备好的原料和制备好的金刚石晶种放入合成压机中，施加高温高压条件。针对不同的实验目的和不同的设备，温度和压力的参数可能会有所不同。在这种环境下，碳原子会开始结晶并沉积在已有的金刚石晶体上，在晶体中逐渐生长形成可供使用的金刚石；
7.4、处理金刚石：将成长出的金刚石经过去除残留的催化剂、清洗石块表面以及检查石块缺陷等步骤，最终得到质量合格的人造金刚石；
8.在合成金刚石时，往往使用金刚石合成压机，通过将待处理的金刚石晶体放入顶压机的加热腔中加热，待温度达到一定要求后，压力锤会从不同方向同时施加相同的垂直力，使工件均匀受力，实现顶部压制，形成较大的压力，并通过加热棒加热法与激光加热法形成高温；
9.但在实际生产中，上述结构难以模拟自然界中地壳运动所导致的高温高压环境，难以使密闭容器内整体加热均匀，并且传统的多向压力机也难以提供较为稳定的压力环境，从而影响金刚石晶体结晶质量。


技术实现要素：

10.本发明要解决的技术问题是，提供一种用于金刚石的合成压机，模拟自然界地壳运动带来的高温高压，对金刚石晶体进行预热后通过气体燃爆产生的高温高压，配合压力锤带来的压力，提高金刚石晶体的结晶质量和效率。
11.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种用于金刚石的合成压机，它包括底部安装座、合成机四腔腔体总成、泄压阀体、进气阀体、液压伸缩柱、冲程压力总成以及四面压力装置，所述底部安装座上固定安装有合成机四腔腔体总成，所述合成机四腔腔
体总成两侧设有固定安装在底部安装座上的液压伸缩柱，两个所述液压伸缩柱5之间旋转连接有冲程压力总成，所述合成机四腔腔体总成前后一侧设有进气阀体，所述合成机四腔腔体总成一侧设有与进气阀体内部结构相同的泄压阀体。
12.作为改进，所述合成机四腔腔体总成包括合成机腔体，所述合成机腔体内设有高压空腔，所述高压空腔底部设有四个均匀分布的火花塞安装槽，所述火花塞安装槽内可拆卸安装有火花塞，所述高压空腔底部设有金刚石晶体放置台，所述合成机腔体内设有围绕金刚石晶体放置台安装的四面压力装置，所述高压空腔内设有与泄压阀体相通的泄压孔，所述高压空腔内设有与进气阀体相通的进气孔，所述进气孔上设有与高压空腔铰接连接的锥台型气门，所述进气孔上设有与锥台型气门相配合的锥台型槽。
13.作为改进，所述金刚石晶体放置台内设有圆柱型空腔，所述圆柱型空腔内设有高温预热电热丝，所述圆柱型空腔内设有位于高温预热电热丝的高效导热板，所述高效导热板与金刚石晶体放置台固定连接。
14.作为改进，所述四面压力装置包括环形转台，所述合成机腔体内设有与环形转台相配合的环形空腔，所述环形转台顶端固定连接有螺旋形轨道，所述环形转台底部固定连接有转盘齿，所述合成机腔体内设有四个环绕环形空腔均匀分布的第一通槽，四个所述第一通槽内靠近环形转台一端旋转连接有与转盘齿相啮合的齿辊，四个所述第一通槽内远离环形转台一端固定连接有小型驱动电机，所述小型驱动电机的主动轴与齿辊固定连接，所述螺旋形轨道上设有四个与螺旋形轨道相配合均匀分布的齿座，所述齿座上固定连接有压力锤，所述高压空腔上设有与压力锤相配合的第一通孔，所述高压空腔上固定连接有与第一通孔和压力锤相配合的扶正座，所述环形空腔顶部设有四个均匀分布与齿座相配合的第二通槽。
15.作为改进，所述进气阀体与泄压阀体内部结构相同，所述泄压阀体包括与高压空腔相通的管道，所述管道中间部位设有球型通槽，所述球型通槽两侧设有环形限位槽，所述球型通槽顶部设有与球型通槽相通的轴孔，所述球型通槽内设有可在球型通槽内旋转的球体，所述球体内设有第二通孔，所述球体固定连接有与环形限位槽相配合的环形限位轨，所述第二通孔顶部固定连接有与轴孔相配合的连接轴，所述连接轴顶部固定连接有转盘把手。
16.作为改进，所述冲程压力总成包括与曲轴，所述曲轴上设有四个与曲轴旋转连接的连杆，所述连杆底端旋转连接有与高压空腔相配合的活塞，所述活塞上设有若干均匀分布的密封圈。
17.作为改进，两个所述液压伸缩柱顶部远离冲程压力总成一侧固定安装有大型驱动电机，所述大型驱动电机的主动轴与曲轴固定连接，所述曲轴两端与两个所述液压伸缩柱旋转连接，所述曲轴两端固定连接有与液压伸缩柱顶端相配合的环形限位环。
18.采用以上结构后，本发明具有如下优点：通过设有合成机四腔腔体总成，可同时对多个腔体同时对多个金刚石晶体进行高温高压合成，相较于现有技术的单腔体结构，效率更高，余热相互传导，更加节能；
19.通过设有四面压力装置，通过小型驱动电机带动环形转台旋转，从而调节压力锤的位置，进而调整金刚石晶体所受压力，通过设有冲程压力总成，对高压空腔内整体进行加压、并通过高温预热电热丝进行预热加温，同时，通过进气阀体引入甲烷氢气等气体，通过
火花塞进行燃爆，提供巨量的高温高压，有效模拟了地壳运动的环境，有利于提高金刚石结晶效率以及结晶品质；
20.通过设有内部结构相同的进气阀体和泄压阀体，泄压阀体内设有带有第二通孔的球体，通过旋转球体开关阀门，相较于现有的进气阀体和泄压阀体，结构简单，且抗压能力强，操作方便。
附图说明
21.图1是本发明一种用于金刚石的合成压机的正交侧视图之一。
22.图2是本发明一种用于金刚石的合成压机的正交侧视图之二。
23.图3是本发明一种用于金刚石的合成压机的合成机四腔腔体总成的纵切方向的正交侧视图。
24.图4是本发明一种用于金刚石的合成压机的合成机四腔腔体总成的横切方向的正交侧视分解图之一。
25.图5是本发明一种用于金刚石的合成压机的合成机四腔腔体总成的横切方向的正交侧视分解图之二。
26.图6是本发明一种用于金刚石的合成压机的泄压阀体的纵切方向的正交侧视图。
27.图7是本发明一种用于金刚石的合成压机的泄压阀体的纵切方向的正交侧视分解图。
28.图8是本发明一种用于金刚石的合成压机的冲程压力总成的正交侧视分解图。
29.如图所示：1、底部安装座；2、合成机四腔腔体总成；201、合成机腔体；202、高压空腔；203、火花塞安装槽；204、火花塞；205、圆柱型空腔；206、高温预热电热丝；207、高效导热板；208、进气孔；209、泄压孔；210、锥台型槽；211、锥台型气门；212、环形空腔；213、第一通槽；214、第一通孔；215、第二通槽；216、金刚石晶体放置台；3、泄压阀体；301、管道；302、球型通槽；303、球体；304、第二通孔；305、环形限位槽；306、环形限位轨；307、轴孔；308、连接轴；309、转盘把手；4、进气阀体；5、液压伸缩柱；6、大型驱动电机；7、冲程压力总成；701、曲轴；702、连杆；703、活塞；704、密封圈；705、环形限位环；8、四面压力装置；801、环形转台；802、螺旋形轨道；803、转盘齿；804、齿辊；805、小型驱动电机；806、齿座；807、压力锤；808、扶正座。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
31.结合附图1、附图2和附图3，一种用于金刚石的合成压机，它包括底部安装座1，所述底部安装座1上固定安装有合成机四腔腔体总成2，所述合成机四腔腔体总成2包括合成机腔体201，所述合成机腔体201内设有高压空腔202，所述高压空腔202底部设有四个均匀分布的火花塞安装槽203，所述火花塞安装槽203内可拆卸安装有火花塞204，所述高压空腔202底部设有金刚石晶体放置台216，所述合成机腔体201内设有围绕金刚石晶体放置台216安装的四面压力装置8，所述高压空腔202内设有与泄压阀体3相通的泄压孔209，所述高压空腔202内设有与进气阀体4相通的进气孔208，所述进气孔208上设有与高压空腔202铰接连接的锥台型气门211，所述进气孔208上设有与锥台型气门211相配合的锥台型槽210，通
过此结构，可通过进气阀体4引入甲烷和氢气，经过火花塞204引爆，形成较强的压力和温度，模拟了地壳运动环境，且可同时对多个腔体同时对多个金刚石晶体进行高温高压合成，相较于现有技术的单腔体结构，效率更高，余热相互传导，更加节能。
32.结合附图3，所述金刚石晶体放置台216内设有圆柱型空腔205，所述圆柱型空腔205内设有高温预热电热丝206，所述圆柱型空腔205内设有位于高温预热电热丝206的高效导热板207，所述高效导热板207与金刚石晶体放置台216固定连接，通过此机构，可对金刚石晶体进行一定的预热，有利于提高效率。
33.结合附图3、附图4和附图5，所述四面压力装置8包括环形转台801，所述合成机腔体201内设有与环形转台801相配合的环形空腔212，所述环形转台801顶端固定连接有螺旋形轨道802，所述环形转台801底部固定连接有转盘齿803，所述合成机腔体201内设有四个环绕环形空腔212均匀分布的第一通槽213，四个所述第一通槽213内靠近环形转台801一端旋转连接有与转盘齿803相啮合的齿辊804，四个所述第一通槽213内远离环形转台801一端固定连接有小型驱动电机805，所述小型驱动电机805的主动轴与齿辊804固定连接，所述螺旋形轨道802上设有四个与螺旋形轨道802相配合均匀分布的齿座806，所述齿座806上固定连接有压力锤807，所述高压空腔202上设有与压力锤807相配合的第一通孔214，所述高压空腔202上固定连接有与第一通孔214和压力锤807相配合的扶正座808，所述环形空腔212顶部设有四个均匀分布与齿座806相配合的第二通槽215，通过此结构，通过此结构可对金刚石晶体施加压力，且可通过调节齿座806的位置，对不同大小的金刚石晶体进行夹持施压。
34.结合附图1、附图2和附图8，所述合成机四腔腔体总成2两侧设有固定安装在底部安装座1上的液压伸缩柱5，两个所述液压伸缩柱5之间旋转连接有冲程压力总成7，所述冲程压力总成7包括与曲轴701，所述曲轴701上设有四个与曲轴701旋转连接的连杆702，所述连杆702底端旋转连接有与高压空腔202相配合的活塞703，所述活塞703上设有若干均匀分布的密封圈704。两个所述液压伸缩柱5顶部远离冲程压力总成7一侧固定安装有大型驱动电机6，所述大型驱动电机6的主动轴与曲轴701固定连接，所述曲轴701两端与两个所述液压伸缩柱5旋转连接，所述曲轴701两端固定连接有与液压伸缩柱5顶端相配合的环形限位环705，通过此机构，活塞703运动到下止点时，对高压空腔202内的气体进行压缩，辅助甲烷和氢气引爆后产生更高的压力，当活塞703运动到上止点时，高压空腔202内形成负压，使锥台型气门211打开，此时甲烷和氢气继续注入高压空腔202内，形成循环，持续提供高温高压环境。
35.结合附图1、附图2、附图6和附图7，所述合成机四腔腔体总成2前后一侧设有进气阀体4，所述合成机四腔腔体总成2一侧设有与进气阀体4内部结构相同的泄压阀体3，所述泄压阀体3包括与高压空腔202相通的管道301，所述管道301中间部位设有球型通槽302，所述球型通槽302两侧设有环形限位槽305，所述球型通槽302顶部设有与球型通槽302相通的轴孔307，所述球型通槽302内设有可在球型通槽302内旋转的球体303，所述球体303内设有第二通孔304，所述球体303固定连接有与环形限位槽305相配合的环形限位轨306，所述第二通孔304顶部固定连接有与轴孔307相配合的连接轴308，所述连接轴308顶部固定连接有转盘把手309，由于金刚石晶体在晶化过程中的压力较大，通过此结构，进气阀体4与泄压阀体3能够承受更高的压力，且操作方便，结构简单，易于维护。
36.本发明在具体实施时，将金刚石晶体放置在金刚石晶体放置台216上，启动小型驱动电机805，旋转环形转台801，从而调整齿座806的位置，使四个所述压力锤807对金刚石晶体进行加压，起到固定作用的同时也提供较大的压力；
37.对高温预热电热丝206通电，通过高效导热板207进行快速预热，控制液压伸缩柱5，使处于上止点的活塞703与高压空腔202形成密闭空间，此时，通过进气阀体4将氢气和甲烷排入高压空腔202内，启动大型驱动电机6，使处于上止点的活塞703向下运动，使处于下止点的活塞703向上运动，此时向下运动的活塞703对高压空腔202内持续加压，直至下止点时，火花塞204通电，此时火花塞204引爆高压空腔202内的甲烷和氢气，产生类似地壳运动的高温高压环境，使金刚石晶体结晶，而后，活塞703从下止点向上运动，高压空腔202内产生负压，锥台型气门211开启，继续补充氢气和甲烷，以此反复，持续对高压空腔202产生模拟地壳活动的高温高压环境；
38.经过多次反复的爆燃产生的高温高压，使金刚石晶体结晶达到预期时，即可停止上述循环，通过转动转盘把手309，使球体303内的第二通孔304与管道301内想通，即可进行泄压，随后即可升起液压伸缩柱5，使活塞703与高压空腔202分离，即可取出金刚石晶体。
39.以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，实际的结构并不局限于此。总而言如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种用于金刚石的合成压机，它包括底部安装座(1)、合成机四腔腔体总成(2)、泄压阀体(3)、进气阀体(4)、液压伸缩柱(5)、冲程压力总成(7)以及四面压力装置(8)，其特征在于：所述底部安装座(1)上固定安装有合成机四腔腔体总成(2)，所述合成机四腔腔体总成(2)两侧设有固定安装在底部安装座(1)上的液压伸缩柱(5)，两个所述液压伸缩柱(5)之间旋转连接有冲程压力总成(7)，所述合成机四腔腔体总成(2)前后一侧设有进气阀体(4)，所述合成机四腔腔体总成(2)一侧设有与进气阀体(4)内部结构相同的泄压阀体(3)。2.根据权利要求1所述的一种用于金刚石的合成压机，其特征在于：所述合成机四腔腔体总成(2)包括合成机腔体(201)，所述合成机腔体(201)内设有高压空腔(202)，所述高压空腔(202)底部设有四个均匀分布的火花塞安装槽(203)，所述火花塞安装槽(203)内可拆卸安装有火花塞(204)，所述高压空腔(202)底部设有金刚石晶体放置台(216)，所述合成机腔体(201)内设有围绕金刚石晶体放置台(216)安装的四面压力装置(8)，所述高压空腔(202)内设有与泄压阀体(3)相通的泄压孔(209)，所述高压空腔(202)内设有与进气阀体(4)相通的进气孔(208)，所述进气孔(208)上设有与高压空腔(202)铰接连接的锥台型气门(211)，所述进气孔(208)上设有与锥台型气门(211)相配合的锥台型槽(210)。3.根据权利要求2所述的一种用于金刚石的合成压机，其特征在于：所述金刚石晶体放置台(216)内设有圆柱型空腔(205)，所述圆柱型空腔(205)内设有高温预热电热丝(206)，所述圆柱型空腔(205)内设有位于高温预热电热丝(206)的高效导热板(207)，所述高效导热板(207)与金刚石晶体放置台(216)固定连接。4.根据权利要求2所述的一种用于金刚石的合成压机，其特征在于：所述四面压力装置(8)包括环形转台(801)，所述合成机腔体(201)内设有与环形转台(801)相配合的环形空腔(212)，所述环形转台(801)顶端固定连接有螺旋形轨道(802)，所述环形转台(801)底部固定连接有转盘齿(803)，所述合成机腔体(201)内设有四个环绕环形空腔(212)均匀分布的第一通槽(213)，四个所述第一通槽(213)内靠近环形转台(801)一端旋转连接有与转盘齿(803)相啮合的齿辊(804)，四个所述第一通槽(213)内远离环形转台(801)一端固定连接有小型驱动电机(805)，所述小型驱动电机(805)的主动轴与齿辊(804)固定连接，所述螺旋形轨道(802)上设有四个与螺旋形轨道(802)相配合均匀分布的齿座(806)，所述齿座(806)上固定连接有压力锤(807)，所述高压空腔(202)上设有与压力锤(807)相配合的第一通孔(214)，所述高压空腔(202)上固定连接有与第一通孔(214)和压力锤(807)相配合的扶正座(808)，所述环形空腔(212)顶部设有四个均匀分布与齿座(806)相配合的第二通槽(215)。5.根据权利要求2所述的一种用于金刚石的合成压机，其特征在于：所述进气阀体(4)与泄压阀体(3)内部结构相同，所述泄压阀体(3)包括与高压空腔(202)相通的管道(301)，所述管道(301)中间部位设有球型通槽(302)，所述球型通槽(302)两侧设有环形限位槽(305)，所述球型通槽(302)顶部设有与球型通槽(302)相通的轴孔(307)，所述球型通槽(302)内设有可在球型通槽(302)内旋转的球体(303)，所述球体(303)内设有第二通孔(304)，所述球体(303)固定连接有与环形限位槽(305)相配合的环形限位轨(306)，所述第二通孔(304)顶部固定连接有与轴孔(307)相配合的连接轴(308)，所述连接轴(308)顶部固定连接有转盘把手(309)。6.根据权利要求2所述的一种用于金刚石的合成压机，其特征在于：所述冲程压力总成(7)包括与曲轴(701)，所述曲轴(701)上设有四个与曲轴(701)旋转连接的连杆(702)，所述
连杆(702)底端旋转连接有与高压空腔(202)相配合的活塞(703)，所述活塞(703)上设有若干均匀分布的密封圈(704)。7.根据权利要求6所述的一种用于金刚石的合成压机，其特征在于：两个所述液压伸缩柱(5)顶部远离冲程压力总成(7)一侧固定安装有大型驱动电机(6)，所述大型驱动电机(6)的主动轴与曲轴(701)固定连接，所述曲轴(701)两端与两个所述液压伸缩柱(5)旋转连接，所述曲轴(701)两端固定连接有与液压伸缩柱(5)顶端相配合的环形限位环(705)。

技术总结
本发明涉及金刚石生产技术领域，具体是指一种用于金刚石的合成压机，它包括底部安装座，其特征在于：所述底部安装座上固定安装有合成机四腔腔体总成，所述合成机四腔腔体总成两侧设有固定安装在底部安装座上的液压伸缩柱，两个所述液压伸缩柱之间旋转连接有冲程压力总成，所述合成机四腔腔体总成前后一侧设有进气阀体，所述合成机四腔腔体总成一侧设有与进气阀体内部结构相同的泄压阀体。本发明的一种用于金刚石的合成压机，模拟自然界地壳运动带来的高温高压，对金刚石晶体进行预热后通过气体燃爆产生的高温高压，配合压力锤带来的压力，提高金刚石晶体的结晶质量和效率。提高金刚石晶体的结晶质量和效率。提高金刚石晶体的结晶质量和效率。


技术研发人员：魏利军 邢超杰
受保护的技术使用者：河南恒达超硬材料有限公司
技术研发日：2023.07.26
技术公布日：2023/10/19