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。当组装时，室和侧加热器组件包容于包容管内，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。每个端加热器组件分别包括各自的传导体积，各自的传导体积形成各自的通过端加热器组件的电通路。侧加热器组件将各自的传导体积互相电连接在一起，并且响应于流过侧加热器组件和传导体积的电流而在室中产生热。至少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。至少近端的端加热器组件的传导体积包含内的传导体积，并且内的传导体积在横向上由外绝缘体积与包容管隔开。

Encapsulation assembly for ultra high pressure press and its use method

A sealing body assembly for an ultra-high pressure furnace includes a containment tube, which defines a central longitudinal axis, and a chamber, which is suitable for accommodating reaction components, a proximal end heater assembly and a remote end heater assembly, and a side heater assembly. When assembled, the chamber and side heater assembly is contained in the containment tube, and is longitudinally arranged between the proximal end heater assembly and the distal end heater assembly. Each end heater component includes the respective conduction volumes, and the respective conduction volumes form their respective electrical paths through the end heater components. The side heater assembly electrically connects the respective conduction volumes, and generates heat in the chamber in response to the current flowing through the heater assembly and the conduction volume. At least the end heater assembly of the near end includes the first insulating part containing the outer insulation volume. At least the conduction volume of the near end heater assembly includes the conduction volume inside, and the conduction volume inside is separated from the containment tube on the transverse side by the external insulation volume.

【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.Pages7,8)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流过其的电流电阻加热。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，室和侧加热器组件包容于包容管内，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；每个端加热器组件包括各自的传导体积，该传导体积形成各自的通过端加热器组件的电通路；侧加热器组件将各自的传导体积互相电连接在一起，并且响应于流过侧加热器组件和传导体积的电流，在室中产生热(每个传导体积分别包括至少一个加热器元件，在使用时，该加热器元件响应于流过其的电流，能够产生热)；其中至少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；至少近端的端加热器组件的传导体积包含内的传导体积；并且内的传导体积在横向上由外绝缘体积与包容管隔开。在某些示例中，电流可以是通过加热器组件的方向周期性地变化的低频交流电。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。在各种示例性构型中，至少近端的端加热器组件可以包括一个或者多个绝缘体积和一个或者多个传导体积，一个或者多个绝缘体积和一个或者多个传导体积协同地构造成一个或者多个盘和环，一个或者多个盘和环以一个在另一个内的方式排列，以形成邻接(contiguous)层组件，该层组件从中心纵轴线延伸到相邻包容管(当如使用时组装后)。一个或者多个绝缘体积由一个或者多个绝缘部件形成，并且一个或者多个传导体积由一个或者多个传导元件形成。至少一个内的传导体积可以在方位角方向上由至少一个外绝缘体积包围，该外绝缘体积由至少一个第一的绝缘部件形成。内的传导体积可以是盘或实心圆柱体形式的，并且外绝缘体积可以是环形式的；并且相应传导元件和绝缘部件分别可以是盘和环形式的。在某些示例性构型中，(近端的端加热器组件的，并且在某些示例中，还有远端的端加热器组件的)第一的绝缘部件可以是环形式的。第一的绝缘部件的整个周侧区可以接触包容管，用于限制全部电流流过内的传导体积。在某些示例性构型中，第一的绝缘部件的全部或者部分侧区面可以与包容管隔开，并且传导体积可以包括接触包容管的外的传导体积，用于传导邻近包容管的一部分电流，使得外的传导体积在横向上(或径向上)通过外绝缘体积与内的传导体积隔开。在某些示例性构型中，内的传导体积可以包含中心纵轴线并且在从中心纵轴线测量的情况下，延伸到端加热器组件的横向范围(例如，外径)的最多三分之二或者最多一半。在从中心纵轴线测量的情况下，内的传导体积的横向尺寸(例如，半径)可以延伸最多约35cm，或者最多约20cm，或者最多约10cm；并且/或者内的传导体积的横向尺寸(例如，半径)可以是至少约0.5cm或者至少约1cm。在某些示例性构型中，内的传导体积可以是环形形式的，并且可以与中心纵轴线同轴地排列，在从中心纵轴线测量的情况下，具有延伸到端加热器组件的横向范围(例如，外径)的最多三分之二或最多一半的外横向尺寸(例如，半径)。在从中心纵轴线测量的情况下，内的传导体积的外横向尺寸(例如，半径)可以延伸最多约35cm，或者最多约20cm，或者最多约10cm；并且/或者内的传导体积的外横向尺寸(例如，半径)可以是至少约0.5cm或者至少约1cm。在某些示例中，内的传导体积可以是环形式的，该环具有至少约0.1mm、或至少约0.5mm和/或最大约10mm、最大约5mm或最大约1mm的径向厚度。内绝缘体积可以安置于内的传导体积的中心内，通过内的传导体积与外绝缘体积隔开，并且包含中心纵轴线。在某些示例性构型中，外绝缘体积可以构造成使得当如使用时组装后，其将使内的传导体积与包容管隔开至少约5mm、或至少约10mm；或包容管的内径的至少10％或至少20％(从中心纵轴线到包容管的内侧面测量)。在某些示例中，外绝缘体积可以是环形形状的，并且具有至少约0.5mm、或至少约10mm；或外径的至少约10％或至少约20％的径向厚度(外径与内径之间)，并且/或外绝缘体积可以具有最大约40mm或最大约20mm的径向厚度。外绝缘体积可以由绝缘部件以环的形式形成。在某些示例性构型中，近(和远，在某些示例中)端加热器组件可以包括多个绝缘部件，该多个绝缘部件协同地构造成使得所述多个绝缘部件能够排列成镶嵌图案(tessellation)(例如，一个绝缘部件可以是环形式的，而另一个绝缘部件可以是能够紧贴地(snugly)装配于环内的盘或塞形式的，尽管当如使用时组装后，盘或塞可以与环同轴排列，但是在纵向上通过传导元件与其隔开)。在某些示例性构型中，至少近端的端加热器组件可以包括多个端层组件，每个端层组件包括或者由至少第一的绝缘部件和至少一个各自的端加热器元件构成；该第一的绝缘部件包含外绝缘体积，该端加热器元件包含内的传导体积。端层组件可以在纵向上互相层叠；并且各自的端加热器元件可以互相电接触，并且对电流提供传导通路，以在纵向上流过所有层组件。在某些示例性构型中，近(和远)端加热器组件可以包括：多个传导元件和多个绝缘部件；其协同地构造成使得当如使用时组装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于超高压炉的包封体组件，包括：包容管，所述包容管限定中心纵轴线，室，所述室适于容纳反应组件，近端的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，所述室和所述侧加热器组件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；每个端加热器组件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导电通路；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侧加热器组件和所述传导体积的电流，在所述室中产生热；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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.30 GB 1513453.91.一种用于超高压炉的包封体组件，包括：包容管，所述包容管限定中心纵轴线，室，所述室适于容纳反应组件，近端的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，所述室和所述侧加热器组件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；每个端加热器组件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导电通路；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侧加热器组件和所述传导体积的电流，在所述室中产生热；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。2.根据权利要求1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。3.根据权利要求1或2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横向范围的最多三分之二。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，所述内的传导体积是环形形式的，与所述中心纵轴线同轴，并且在从所述中心纵轴线测量的情况下，具有延伸到所述端加热器组件的横向范围的最多三分之二的外径。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所述多个绝缘部件能够排列成镶嵌图案。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，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。7.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包括选自石墨、钼(Mo)、钛(Ti)或钽(Ta)中的材料。8.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。9.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10×10-6Kcal/(cm·s·℃)的平均导热率。10.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；并且两种端加热器组件的所述内的传导体积都在横向上由所述各自的外绝缘体积与所述包容管隔开。11.根据权利要求10所述的包封体组件，其中，在所有方位角方向上，与所述近端的端加热器组件相比，所述远端的端加热器组件的所述内的传导体积与所述包容管隔开更远，用于在使用时在所述反应体积内产生温度梯度。12.根据上述权利要求中的任何一项所述的包封体组件，其中，至少所述近端的端加热器组件包括：所述第一的绝缘部件，所述第一的绝缘部件是环形式的，第二的绝缘部件，所述第二的绝缘部件是盘形式的，第一的传导元件，所述第一的传导元件是环形式的，以及第二的传导元件，所述第二的传导元件是盘形式的，其协同地构造成使得，当如使用时组装后，第一的层组件包括：第二的传导元件，所述第二的传导元件同轴地容纳于由所述第一的绝缘部件限定的通孔内；第二的层组件包括：第二的绝缘部件，所述第二的绝缘部件同轴地容纳于由所述第一的传导元件限定的通孔内；并且第三的层组件包括：至少一个导电盘；所述第三的层组件能够层叠于所述第一的层组件与所述第二的层组件之间，并且将所述第一的传导元件和所述第二的传导元件电连接在一起。13.根据权利要求12所述的包封体组件，其中，所述第一的传导元件限定的所述通孔的半径基本上等于所述第一的绝缘部件限定的所述通孔的半径，并且基本上等于所述第二的传导元件和所述第二的绝缘部件的半径。14.根据权利要求12或13中的任何一项所述的包封体组件，其中，所述第一的传导元件和第二的传导元件的每个包括石墨，并且所述第三的层组件包括诸如Mo、Ti或Ta的金属材料，所述金属材料在海平面大气压力下具有至...

【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