用于超高压压机的包封体组件及其使用方法技术

一种用于超高压炉的包封体组件，包括：包容管，该包容管具有内侧面，并且限定中心纵轴线；室，该室适合容纳反应组件；近端的端加热器组件和远端的端加热器组件；以及侧加热器组件。当组装后，室包容于包容管内，并且在纵向上排列于近端的端加热器组件与远端的端加热器组件之间。侧加热器组件邻近内侧面布置；并且将端加热器组件互相电连接在一起。每个端加热器组件具有与内侧面相邻布置的各自的外围侧。响应于流过端加热器组件和侧加热器组件的电流而在室内产生热。至少近端的侧加热器阻挡层使侧加热器组件至少与邻近侧加热器组件的近端的加热器组件隔开，当端加热器组件响应于超高压炉沿着中心纵轴线对包封体组件施加的力而相向运动时，用于防止侧加热器组件的一部分侵入近端的端加热器组件的外围侧与包容管之间而短接近端的端加热器组件的至少一部分。

Encapsulation assembly for ultra high pressure press and its use method

An encapsulating body for components, ultra high pressure furnace including the envelope tube, the containment pipe with inner side and defining a central longitudinal axis; the chamber for containing reaction chamber components; and the distal end of the heater assembly end of the proximal end of the heater assembly; and the side of the heater assembly. When assembled, the chamber is contained in the containment tube and is longitudinally arranged between the end heater assembly of the near end and the end heater component of the distal end. The side heater assembly is arranged adjacent to the inner side; and the end heater assemblies are electrically connected to each other. Each end heater assembly has its own peripheral sides arranged adjacent to the inner surface. In response to the current flow go heater assembly and side heater components and generate heat in the interior. At least the proximal side of the barrier layer of the side heater heater assembly from the proximal end of the heater assembly and at least adjacent side heater assembly, when the end of the heater assembly in response to a high pressure furnace along the central longitudinal axis of the envelope component of applied force and relative motion, for at least a portion of the end part of the heater assembly to prevent side heater the peripheral component side of the heater assembly and the proximal end of the intrusion tolerance between the tube and short near the end of the.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于超高压压机的包封体组件及其使用方法
本公开一般地涉及超高压高温(HPHT)压机的包封体、包括该包封体的合成组件及其使用方法。
技术介绍
美国专利No.8,371,212公开了一种在用于制造多晶金刚石压块(PDC)、包括管状加热元件的高压六面顶式的压机中使用的容器盒组件。压力传递介质至少围绕基本上管状的加热元件延伸。Bach、KevinChristian("AnImprovedCubeCellAssemblyfortheUseWithHighPressure/HighTemperatureCubicApparatusinManufacturingPolycrystallineDiamondCompactInserts"(2009).AllThesesandDissertations,BrighamYoungUniversity,Utah,USA.Paper4244.第7页、第8页)公开了一种包括容槽盒组件、加热器组件和立方体组件的六面顶式的压机包封体组件。该容槽盒组件包括用于烧结多晶金刚石(PCD)嵌件的部件，并且该容槽盒组件布置于由诸如盐的等静压材料制成的衬垫内，以确保压力均匀分布并且使试样与接地绝缘。加热器组件包括石墨管和一对石墨盘，每个石墨盘分别位于该组件上各自的端，石墨管和盘能够响应于流过其的电流而电阻加热。完成加热器组件后，将其布置于压力介质立方体中，该压力介质立方体构造成使绝缘衬垫接纳于加热器组件与压力介质立方体之间。难熔金属盘布置于加热器组件的每端处，而钢环布置于最外端，以使电流从砧座传导到加热器组件。压力介质珠布置于每个钢环的内部，以支撑钢环，防止变形、使压力分布于试样上、并且使砧座与组件热绝缘。加热器可以由机加工的石墨形成。在使用时，钛盘或钼盘使电流从钢环流到加热器组件。石墨盘布置于加热器管的端部，用于产生端加热。
技术实现思路
存在对适合超高压、高温(HPHT)压机的包封体组件的需要，该超高压、高温(HPHT)压机能够特别是在但不仅仅是在较长时长的过程中合成超硬材料，具有较稳定加热器机构。从第一方案的角度看，提供了一种用于超高压炉(还可以称为超高压压机)的包封体组件，包括：包容管，该包容管具有内侧面，并且限定中心纵轴线；室，该室适于容纳反应组件；近端的端加热器组件和远端的端加热器组件；以及侧加热器组件；该包封体组件构造成使得，当如使用时组装后，室包容于包容管内，并且在纵向上排列于近端的端加热器组件与远端的端加热器组件之间；侧加热器组件邻近内侧面布置，并且将端加热器组件互相电连接在一起；每个端加热器组件具有与内侧面相邻布置的各自的外围侧；响应于流过端加热器组件和侧加热器组件的电流而，在室内能够产生热；并且至少近端的侧加热器阻挡层使侧加热器组件至少与邻近端的侧加热器组件的近端的端加热器组件隔开，当端加热器组件响应于超高压炉沿着中心纵轴线对包封体组件施加的力而相向运动时，用于防止侧加热器组件的一部分侵入近端的端加热器组件的外围侧与包容管之间而短接近端的端加热器组件的至少一部分。可以对示例性包封体组件设想各种构型和组合，下面将公开其非限制性的非穷举示例。在某些示例性构型中，包封体组件可以包括远端的侧加热器阻挡层，其构造成使得当如使用时组装后，远端的侧加热器阻挡层将侧加热器组件与邻近端的侧加热器组件的外围侧的所述远端的端加热器组件隔开，当端加热器组件响应于超高压炉沿着中心纵轴线对包封体组件施加的力而相向运动时，用于防止侧加热器组件的一部分侵入远端的端加热器组件的外围侧与包容管之间而短接远端的端加热器组件的至少一部分。换句话说，示例性包封体组件可以包括对应于侧加热器组件以及近端的端加热器组件和远端的端加热器组件的近端和远端中的每个的侧加热器阻挡层，每个侧加热器阻挡层分别执行相同的功能，即，降低侧加热器组件的一部分充分侵入端加热器组件中的一个或二者的外围侧之间而短接(shortcircuit)所述端加热器组件的至少一部分的风险。在某些示例性构型中，近(并且在某些示例性构型中，还有远)侧加热器阻挡层可以是环形式的，使得当如使用时组装后，近(和远)侧加热器阻挡层邻近端的侧加热器组件的近(和远)端的法兰部；其中近(和远)端的法兰部从内侧面延伸，并且在远离内侧面并且通过近(和远)端的侧加热器阻挡层与内侧面隔开的接触界面处，电接触近(和远)端的端加热器组件。在某些示例性构型中，近(和远)端的侧加热器阻挡层具有斜面；其构造并且排列成使得当如使用时组装后，以与内侧面(或纵轴线)成至少约10、至少约20、至少约30、或至少约40度的角度布置该斜面(或各自的面)；并且/或者可以以与内侧面成最大约80、最大约70、最大约60或最大约50度的角度布置该斜面。该(或每个)斜面可以使侧加热器组件的至少一部分从包容管偏置并且当端加热器组件如使用时在施加的力的作用下而相向运动时，在侧加热器组件与各自的端加热器组件之间保持电接触。可以贴着该(或各自的)斜面布置侧加热器组件的该(或每个)法兰部的倾斜区。在某些示例性构型中，近(在某些示例中还有远)端的侧加热器阻挡层可以包括或者由导电材料构成，也可以包括或者由电绝缘材料构成。该(或每个)侧加热器阻挡层可以包括或者由对内侧面具有足够低摩擦系数的材料构成，使得在使用时，当包封体处于超高压下时，其能够相对于内侧面滑动。在某些示例性构型中，该(或每个)侧加热器阻挡层可以包括或者由石墨、六方氮化硼(hBN)、或具有最低1600摄氏度的熔点的诸如钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、钨(W)的难熔金属构成。在某些示例中，每个侧加热器阻挡层可以包括或者由诸如叶腊石、滑石、云母或其他特定硅酸盐(层状硅酸盐)矿物的矿物材料或它们的类似人造物构成。在某些示例性构型中，近(和远)端的侧加热器阻挡层包括诸如石墨的导电材料。在某些示例性构型中，侧加热器组件可以包括：内的侧元件和外的侧元件，该内的侧元件和外的侧元件分别包括不同导电材料并且能够响应于流过内的侧元件和外的侧元件的电流而生热；其构造成使得当如使用时组装后：内的侧元件和外的侧元件同轴；内的侧元件通过外的侧元件与内侧面隔开，并且二者都沿着室的整个纵向长度在端加热器组件之间延伸。在某些示例性构型中，一个或者多个侧加热器元件可以在方位角方向上包围室。在某些示例性构型中，内的侧元件和外的侧元件可以分别包括或者由选自石墨、具有至少1600摄氏度的熔点的难熔金属或该难熔金属的导电碳化物的材料构成。在各种示例中，侧元件中的至少一个可以包括或者由Ti构成，并且侧元件中的至少一个可以包括或者由Ta构成；并且/或者侧元件中的至少一个可以包括或者由石墨构成，并且侧元件中的至少一个可以包括或者由Ti或Ta构成；并且/或者内的侧元件包括或者由Ti或Ta；并且外的侧元件可以包括或者由石墨构成。在各种示例中，内的侧加热器元件和外的侧加热器元件可以是不同的材料，使得在海平面大气压力下，在约1000摄氏度，其电阻率相差至少约20％、或者至少约2倍、至少约10倍或者至少约100倍。侧加热器元件中的至少一个可以包括或者由元素或合金形式的金属构成，并且侧加热器元件中的至少一个可以包括或者由刚性体或者箔形式的石墨构成。在某些示例性构型中，侧加热器元件中的至少一个的电阻可以随着温度在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于超高压炉的包封体组件，包括：包容管，所述包容管具有内侧面，并且限定中心纵轴线；室，所述室适于容纳反应组件，近端的端加热器组件和远端的端加热器组件，以及侧加热器组件；其构造成使得当如使用时组装后，所述室包容于所述包容管内，并且在纵向上排列于所述近端的端加热器组件与所述远端的端加热器组件之间；所述侧加热器组件邻近所述内侧面布置；并且将所述端加热器组件互相电连接在一起；每个端加热器组件具有与所述内侧面相邻布置的各自的外围侧；响应于流过所述端加热器组件和所述侧加热器组件的电流而能够在所述室内产生热；并且至少近端的侧加热器阻挡层使所述侧加热器组件至少与邻近侧加热器组件的所述近端的端加热器组件隔开，当所述端加热器组件响应于所述超高压炉沿着所述中心纵轴线对所述包封体组件施加的力而相向运动时，用于防止所述侧加热器组件的一部分侵入所述近端的端加热器组件的所述外围侧与所述包容管之间而短接所述近端的端加热器组件的至少一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.30 GB 1513446.31.一种用于超高压炉的包封体组件，包括：包容管，所述包容管具有内侧面，并且限定中心纵轴线；室，所述室适于容纳反应组件，近端的端加热器组件和远端的端加热器组件，以及侧加热器组件；其构造成使得当如使用时组装后，所述室包容于所述包容管内，并且在纵向上排列于所述近端的端加热器组件与所述远端的端加热器组件之间；所述侧加热器组件邻近所述内侧面布置；并且将所述端加热器组件互相电连接在一起；每个端加热器组件具有与所述内侧面相邻布置的各自的外围侧；响应于流过所述端加热器组件和所述侧加热器组件的电流而能够在所述室内产生热；并且至少近端的侧加热器阻挡层使所述侧加热器组件至少与邻近侧加热器组件的所述近端的端加热器组件隔开，当所述端加热器组件响应于所述超高压炉沿着所述中心纵轴线对所述包封体组件施加的力而相向运动时，用于防止所述侧加热器组件的一部分侵入所述近端的端加热器组件的所述外围侧与所述包容管之间而短接所述近端的端加热器组件的至少一部分。2.根据权利要求1所述的包封体组件，包括：远端的侧加热器阻挡层，其构造成使得当如使用时组装后：所述远端的侧加热器阻挡层将所述侧加热器组件与邻近其外围侧的所述远端的端加热器组件隔开，当所述端加热器组件响应于所述超高压炉沿着所述中心纵轴线对所述包封体组件施加的力而相向运动时，用于防止所述侧加热器组件的一部分侵入所述远端的端加热器组件的所述外围侧与所述包容管之间而短接所述远端的端加热器组件的至少一部分。3.根据权利要求1或2所述的包封体组件，其中，至少所述近端的侧加热器阻挡层是环形式的，使得当如使用时组装后，至少所述近端的侧加热器阻挡层至少邻近所述侧加热器组件的近端的法兰部；其中，至少所述近端的法兰部从所述内侧面延伸，并且在远离所述内侧面并且由所述近端的侧加热器阻挡层与所述内侧面隔开的接触界面，电接触所述近端的端加热器组件。4.根据上述权利要求中的任何一项所述的包封体组件，其中，至少所述近端的侧加热器阻挡层具有斜面；其构造并且排列成使得当如使用时组装后，以与所述纵轴线成10至80度的角度布置所述斜面。5.根据上述权利要求中的任何一项所述的包封体组件，其中，至少所述近端的侧加热器阻挡层包括诸如石墨的导电材料。6.根据上述权利要求中的任何一项所述的包封体组件，其中，所述侧加热器组件包括：内的侧元件，和外的侧元件，所述内的侧元件和所述外的侧元件的每个包括不同导电材料并且能够响应于流经其中的电流而产生热；其构造成使得，当如使用时组装后：所述内的侧元件和所述外的侧元件同轴，所述内的侧元件通过所述外的侧元件与所述内侧面隔开，并且所述内的侧元件和所述外的侧元件都沿着所述室的整个纵向长度在所述端加热器组件之间延伸。7.根据权利要求6所述的包封体组件，其中，所述内的侧元件和所述外的侧元件分别包括选自石墨、具有至少1600摄氏度的熔点的难熔金属或所述难熔金属的导电碳化物的材料。8.根据权利要求6或7所述的包封体组件，其中，所述侧元件中的至少一个包括Ti，并且所述侧元件中的至少一个包括Ta。9.根据权利要求6至8中的任何一项所述的包封体组件，其中，所述侧元件中的至少一个包括石墨，并且所述侧元件中的至少一个包括Ti或Ta。10.根据权利要求9所述的包封体组件，其中，所述内的侧元件包括Ti或Ta，并且所述外的侧元件包括石墨。11.根据权利要求6至10中的任何一项所述的包封体组件，其中，所述侧加热器元件中的至少一个的电阻随着温度在25至1600摄氏度的温度范围内的变化而升高，并且所述侧加热器元件中的另一个的电阻随着温度在所述温度范围内的变化而降低。12.根据权利要求6至11中的任何一项所述的包封体组件，其中，所述侧加热器组件构造成使得当如使用时组装后，所述内的侧元件和所述外的侧元件在接触界面区内互相电接触，并且包括于所述内的侧加热器元件和所述外的侧加热器元件中的所述各自的材料例如石墨和钛在25至1600摄氏度范围内的温度发生化学反应，以形成包括例如碳化钛的反应产物的中间层。13.根据上述权利要求中的任何一项所述的包封体组件，其中，所述超高压炉是带式的或六面顶式的压机装置。14.根据上述权利要求中的任何一项所述的包封体组件，其中，每个端加热器组件分别包括各自的传导体积，所述传导体积形成各自的通过所述端加热器组件的电通路；所述侧加热器组件将所述各自的传导体积互相电连接在一起，并且响应于流过所述传导体积的电流而能够在室中产生热，其中至少所述近端的端加热器组件包括包含外绝缘体积的第一的绝缘部件；至少所述近端的端加热器组件的所述传导体积包含内的传导体积；并且所述内的传导体积在横向上由所述外绝缘体积与所述包容管隔开。15.根据权利要求14所述的包封体组件，其中，所述第一的绝缘部件是环形式的，所述第一的绝缘部件的外围侧对接所述包容管，用于限制全部所述电流流过所述内的传导体积。16.根据权利要求14或15所述的包封体组件，其中，所述内的传导体积包含所述中心纵轴线并且在从所述中心纵轴线测量的情况下，延伸到所述端加热器组件的所述横向范围的最多三分之二。17.根据权利要求14至16中的任何一项所述的包封体组件，其中，至少所述近端的端加热器组件包括多个绝缘部件，所述多个绝缘部件协同地构造成使得其能够排列成镶嵌图案。18.根据权利要求14至17中的任何一项所述的包封体组件，其中，至少所述近端的端加热器组件包括多个传导元件，以及多个绝缘部件；其协同地构造成使得，当如使用时组装后，所述近端的端加热器组件在整个横向区内呈现基本上均匀的抗压刚度。19.根据权利要求14至18中的任何一项所述的包封体组件，其中，所述传导体积由多个端的传导元件形成，每个所述端的传导元件分别包括选自石墨、钼(Mo)、钛(Ti)或钽(Ta)中的材料。20.根据权利要求14至19中的任何一项所述的包封体组件，其中，所述绝缘部件或每个所述绝缘部件包括陶瓷材料，在25摄氏度(℃)和海平面大气压力下，所述陶瓷材料具有至少15吉帕(GPa)的弹性模量。21.根据权利要求14至20中的任何一项所述的包封体组件，其中，所述绝缘部件或每个所述绝缘部件包括陶瓷材料，在海平面大气压力下测量的情况下，所述陶瓷材料在25摄氏度下具有最高100×10-6Kcal/(cm·s·℃)的平均导热率，或者在1000摄氏度下，具有最高20×10-6Kcal/(cm·s·℃)的平均导热率。22.根据权利要求14至21中的任何一项所述的包封体组件，其中，所述近端的端加热器组件和所述远端的端加热器组件的所述传导体积都包含各自的内的传导体积，所述近端的端加热器组件和所述远端的端加热器组件都包括各自的第一的绝缘部件，所述第一的绝缘部件包含各自的外绝缘体积；并且两个端加热器组件...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼斯·伦纳德·韦尔奇，雷蒙德·安东尼·斯贝特茨，道格拉斯·格尔基，
申请(专利权)人：第六元素英国有限公司，第六元素科技有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB