一种凹凸型六面顶超高压密封组件及金刚石合成工艺制造技术

本发明专利技术属于超高压合成超硬材料设备技术领域,涉及一种凹凸型六面顶超高压密封组件及金刚石合成工艺，其中一种凹凸型六面顶超高密封组件包括凹底活塞、内凸起式工作缸、缸盖以及后堵；所述内凸起式工作缸的内部底部有一个圆台形凸起，并且圆台形凸起中心贯通形成进油孔，所述凹底活塞相适应地设置在所述内凸起式工作缸内部，所述缸盖通过螺栓连接在内凸起式工作缸上，所述后堵通过螺栓连接在所述内凸式工作缸外部底面的中心处。所述金刚石合成所用的六面顶压机中使用了上述的超高压密封组件，其中凹底活塞的凹形结构设计减轻了活塞的重量，减少了密封件的磨损，有利于高压设备大型化，使得金刚石盛出。

A concave and convex six side top superhigh pressure seal assembly and diamond synthesis process

The invention belongs to the technical field of ultra high pressure synthesis of superhard material, relates to a concave convex type six top high pressure seal components and diamond synthesis technology, including a concave convex type six top high seal assembly includes a concave convex type piston, cylinder, cylinder head and block; the bottom of the inner convex type of work the cylinder has an internal cone convex, and convex cone center through forming an oil inlet hole, to adapt to the concave piston is arranged on the inner convex type working cylinder, the cylinder head is connected by bolts, convex type cylinder, the plug is connected with the inner convex type of work at the center of the bottom surface of the outer cylinder by bolts. For the synthesis of diamond six face presser using high pressure seal components mentioned above, the concave concave structure design of piston reducing the weight of the piston and reduces seal wear, is conducive to large-scale high-pressure equipment, making the diamond sheng.

【技术实现步骤摘要】
一种凹凸型六面顶超高压密封组件及金刚石合成工艺
本专利技术属于超高压合成超硬材料设备
,涉及一种凹凸型六面顶超高压密封组件及金刚石合成工艺。
技术介绍
六面顶超高压设备主要用于金刚石、立方氮化硼、B4C等超硬材料的超高压合成，随着产品尺寸大型化的需求，六面顶高压设备逐渐大型化发展，体积不断增大的高压缸活塞自重增加，导致活塞制造及组装、压机调整困难，活塞的三道O型密封圈由于长时间的干摩擦，极易磨损从而失效，影响密封效果，而O型密封圈之间的活塞表面与工作缸易发生干摩擦，导致工作缸和活塞失效；与此同时工作缸会承受更大压力，如果油缸后堵孔较大，承受较大压力的后堵使用寿命造成严重影响；工作缸底部常采用台阶轴状结构实现后堵与工作缸机械咬合，外加密封圈实现进油管与工作缸的密封，该结构制造工艺复杂、生产成本高。六面顶压机大型化后的工作缸与活塞、缸盖以及后堵的紧密结合问题、活塞与油缸之间的摩擦磨损问题、后堵的高压油泄露问题，导致了超高压设备的系统压力（<120MPa）无法突破Bridgeman提出的“100MPa”的高压设备压力坎限，限制了六面顶超高压设备的进一步的发展。国内常利用国产六面顶设备静压触媒法合成金刚石，静压触媒法是以石墨为原料，过渡金属或合金作触媒，用液压机产生恒定高压，以直流或交流电产生持续高温，使石墨转化为金刚石，转化条件一般为5-7GPa，1300-1700℃；金刚石的合成工艺中，保持恒定的合成压力与合成温度是石墨碳原子相变为金刚石的关键，然而金刚石合成时间较长，超高压油的任何泄露问题都会严重影响金刚石的产量、晶型规则性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有密封组件使用寿命短以及高压油泄漏问题，设计一种凹凸型六面顶超高压密封组件。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种凹凸型六面顶超高压密封组件，包括凹底活塞、内凸起式工作缸、缸盖以及后堵；所述内凸起式工作缸的内部底部有一个圆台形凸起，并且圆台形凸起中心贯通形成进油孔，所述凹底活塞相适应地设置在所述内凸起式工作缸内部，并且在其靠近凹底的外壁上设置有密封结构，所述缸盖通过螺栓连接在内凸起式工作缸上，并且两者之间叠加设置两道密封圈，所述后堵通过螺栓连接在所述内凸式工作缸外部底面的中心处。进一步，所述密封结构为为环绕贴合在凹底活塞侧壁上的三道O型密封圈，所述O型密封圈与内凸起式工作缸的内壁形成密封槽，每相邻的两个O型密封圈之间的空间形成径向环形的储油槽，两相邻O型密封圈之间的塞入式设置有复位杆。进一步，所述复位杆共有四个，围绕圆周间隙式的设置在储油槽内,所述复位杆采用橡胶材料制作包衣进而对复位弹簧进行包裹从而形成密闭结构，且复位杆的包衣外侧为褶皱皮。进一步，所述缸盖整体为阶梯状，缸盖与内凸起式工作缸间以三道O型密封圈的内径尺寸相接触，且在靠近内凸起式工作缸前腔的所述缸盖内径上设有活塞内置式轴向导向键槽，有防转键插在相对应的轴向导向键槽内。进一步，所述内凸起式工作缸中心的进油孔为小孔径结构，所述进油孔的一个端口位于圆台形凸起的上端面的中心，另一个端口位于内凸起式工作缸底部端面的中心，所述进油孔与所述后堵通过锥型密封接触连通，所述内凸起式工作缸外侧底部端面的进油孔周围开设有四个固定螺栓孔用于将所述后堵通过螺栓进行固定。一种金刚石合成工艺，利用上述的一种凹凸型六面顶超高压密封组件，按照如下步骤进行：将合成块放入六面顶压机的高压腔内，加压达到4-6MPa压力后联通超压至65-75MPa，保压4-7.6分钟，15-45s增压至80-88MPa，以上压力变化过程中压力达到40-48MPa开始加温，温度10-15s升至1340-1440℃并保温；保压1.5-3min，期间温度由1340-1440℃降至1200-1300℃；温度保持1200-1300℃不变，压力以0.02-0.04MPa/s的速度继续增压，压力增至89-98MPa时保压降温，降至室温后开始泄压，泄压至常压完成合成。本专利技术与现有技术相比所具有的有益效果是：一、凹底活塞的凹形结构设计在不降低其强度和刚性条件下，减轻了活塞的重量，减少了密封件的磨损，有利于设备的安装检修以及高压设备大型化；三道“O”型密封装置与两道储油槽，大大增加了高压油密封性能，减少了活塞与油缸之间的摩擦磨损，两道储油槽在安装前储存部分液压油，活塞运动时液压油溢出起润滑效果，大大降低了活塞与缸体的磨损，保证液压系统密封性。二、内凸起式工作缸的圆台凸起结构增加了缸底的厚度，进一步提高了工作缸底的承载能力，改善了工作缸底受力状态，避免了工作缸的开裂现象，大大提高了工作缸的可承受的压力极限；较厚凸起的缸底结构大大降低了缸底中心进油孔周边的内应力，可配合较小直径的进油孔设计，减小后堵受力，延长后堵使用寿命；同时在工作缸底增加了四个螺栓孔，配合进油管底部的锥型连接，可实现工作缸与后堵的紧密结合，避免高压油封泄露。三、工作缸腔体内的O型密封圈结构设计大大提高了压机的密封性，有效地解决了前腔的泄露问题，可以提高超高压设备的系统压力（<120MPa），突破Bridgeman提出的“100MPa”的高压设备压力坎限。四、内置式导向键及键槽，限制了活塞的旋转，保证了超高压设备的对中性，同时减少了叶腊石粉尘进入油缸而导致密封圈和活塞的磨损失效现象，改善了缸盖的工作环境，延长了活塞和缸盖的工作寿命。五、利用本装置的六面顶压机可在金刚石合成过程中，极好的发挥其性能，使得原料在超高压的作用下转化为金刚石，并保证了金刚石的品质和质量，具有推广性。附图说明图1为本专利技术整体结构示意图。图2为本专利技术C部位的放大示意图。图3为本专利技术中的复位杆的结构示意图。图4为本专利技术D部位的放大示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1如图1所示，一种凹凸型六面顶超高压密封组件，包括凹底活塞1、内凸起式工作缸8、缸盖2以及后堵10；所述内凸起式工作缸8的内部底部有一个圆台形凸起，所述凹底活塞1相适应地设置在所述内凸起式工作缸8内部，并且在其靠近凹底的外壁上设置有密封结构，所述缸盖2通过螺栓连接在内凸起式工作缸8上，并且两者之间叠加设置两道密封圈，所述后堵10通过螺栓连接在所述内凸式工作缸8外部底面的中心处。所述凹底活塞1的热处理工艺为调质处理，即双液淬火加高温回火处理，具体处理工艺是：预热升温至640℃，保温一定时间，再升温至800℃，保温3h，最后双液淬火，即油淬加水淬处理，淬火后以640℃高温回火，保温15h，空冷至室温；该热处理工艺保证了凹底活塞1的刚度，保证腔体压力的有效传递。具体的，所述凹底活塞1靠近凹底的侧壁上设置的密封结构为环绕贴合在凹底活塞侧壁上的三道O型密封圈，所述O型密封圈3与内凸起式工作缸8的内壁形成密封槽4，每相邻的两个O型密封圈3之间的空间形成径向环形槽，所述的径向环形槽即为储油槽5，两相邻O型密封圈内侧之间的塞入设置有复位杆11，具体的，所述复位杆共有四个，围绕圆周间隙式的设置在储油槽5内，如图2所示，设置的复位杆11用于支撑O型密封圈3受液压油挤压时进行复位，防止失去密封效果；所述复位杆11均为内部设有复位弹簧12的封闭结构，所述复位杆11采用橡胶材料制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凹凸型六面顶超高压密封组件，其特征在于，包括凹底活塞、内凸起式工作缸、缸盖以及后堵；所述内凸起式工作缸的内部底部有一个圆台形凸起，并且圆台形凸起中心贯通形成进油孔，所述凹底活塞相适应地设置在所述内凸起式工作缸内部，并且在其靠近凹底的外壁上设置有密封结构，所述缸盖通过螺栓连接在内凸起式工作缸上，并且两者之间叠加设置两道密封圈，所述后堵通过螺栓连接在所述内凸式工作缸外部底面的中心处。

【技术特征摘要】
1.一种凹凸型六面顶超高压密封组件，其特征在于，包括凹底活塞、内凸起式工作缸、缸盖以及后堵；所述内凸起式工作缸的内部底部有一个圆台形凸起，并且圆台形凸起中心贯通形成进油孔，所述凹底活塞相适应地设置在所述内凸起式工作缸内部，并且在其靠近凹底的外壁上设置有密封结构，所述缸盖通过螺栓连接在内凸起式工作缸上，并且两者之间叠加设置两道密封圈，所述后堵通过螺栓连接在所述内凸式工作缸外部底面的中心处。2.根据权利要求1所述的一种凹凸型六面顶超高压密封组件，其特征在于，所述密封结构为为环绕贴合在凹底活塞侧壁上的三道O型密封圈，所述O型密封圈与内凸起式工作缸的内壁形成密封槽，每相邻的两个O型密封圈之间的空间形成径向环形的储油槽，两相邻O型密封圈之间的塞入式设置有复位杆。3.根据权利要求2所述的一种凹凸型六面顶超高压密封组件，其特征在于，所述复位杆共有四个，围绕圆周间隙式的设置在储油槽内,所述复位杆采用橡胶材料制作包衣进而对复位弹簧进行包裹从而形成密闭结构，且复位杆的包衣外侧为褶皱皮。4.根据权利要求1所述的一种凹凸型六面顶超高压密封组件，其特征在于，所述缸盖整体为阶梯状，缸盖与内凸起式工作缸间以三道O型密封圈的内径尺寸相接触，且在靠...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓福铭，田永平，邓雯丽，张燕青，徐智豪，
申请(专利权)人：焦作天宝桓祥机械科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41