一种用于高应力、大变形环境的导电介质、组装件及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种用于应力及变形环境的组装件，所述组装件内部设置待测样品与导电介质，所述导电介质一端与样品连接，另一端与组装件外部导电连接，所述导电介质与围绕于导电介质周围的组装介质在应力及变形环境下保持同步流变。本发明专利技术采用导体粉末或由导体粉末预压成型的在高压下可流变的块体作为导电介质，高温高压实验过程中，导电介质保持“流而不断”，与动高压和静高压实验技术结合，实现高温高压实验中电流和电信号的高质量传递。

A conductive medium, assembly and its application for high stress and large deformation environment

【技术实现步骤摘要】
一种用于高应力、大变形环境的导电介质、组装件及其应用
本专利技术属于高压装置
，具体涉及一种用于高应力、大变形环境的导电介质、装有导电介质的组装件及其在高压实验的应用。
技术介绍
高压极端物理条件会改变原子(分子)的排列，引起电子极化、电子能级等的变化，从而改变材料的晶体结构、电输运性能、磁性以及热导率等性质，利用高压技术可以实现功能材料的合成、材料的相变分析等，现有技术中，高压领域常见的可以实现高温高压的装置有两面顶压机、六面顶压机、六-八型二级压机、金刚石压砧(DAC)装置以及原位中子衍射装置，将材料装入适配的组装件后再通过上述装置即可实现高温高压的加载。通过组装件将样品进行组装，将组装件置于上述高压装置中即可进行高压实验，可以进行的实验通常有高压高温合成实验、高压常温或低温条件下样品的电性能原位测量。高压装置不一样、实验目的不一样，采用的组装件通常不一样，但是这些不同的组装件具有一个共性：组装件内部需要安装导电介质，高压装置通过导电介质对样品进行通电加热或者电性能原位测量，现有技术中通常在组装件中嵌入硬质的碳柱或金属丝作为导电介质，而在高压装置对组装件加压时，随着压力的加载，组装件压缩变形，碳柱或金属丝受压变形甚至碎裂，这将导致电路断路，或者部分电路电阻发生变化，大电阻处因发热量过高而熔断，从而导致样品温度升不上去或者原位测量中断(并不会致使压力升不上去，只是影响压力标定实验中电阻的原位测量。压力可继续加载，但是无法测得压力值)。综上所述，高压实验技术中组装的优化和发展是其应用于相关科学研究的关键，为满足高压实验中温度加载和原位测量的要求，需要提供一种与其周围介质在应力及变形环境下保持同步流变的导电介质、可以在高压下稳定发热的组装件，从而实现高温与高压并存的研究与加压条件下物质的相变等研究。
技术实现思路
基于以上问题，本专利技术的目的在于提供一种用于高应力、大变形环境的导电介质、装有导电介质的组装件及其在高压实验的应用。为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案为：一种用于高应力、大变形环境的导电介质，所述导电介质与其周围介质在应力及变形环境下保持同步流变。导电介质在应力或变形环境下与周围介质的流变特性相近，则可以保证导电介质能在应力或变形环境下保持导电的功效。本专利技术还保护一种用于应力及变形环境的组装件，所述组装件内部设置待测样品与导电介质，所述导电介质一端与样品连接，另一端与组装件外部导电连接，所述导电介质与围绕于导电介质周围的组装介质在应力及变形环境下保持同步流变。本专利技术提供的上述组装件，将其置于高压装置中，高压装置的压锤对组件压施压，组装件压缩变形过程中，导电介质与围绕于导电介质周围的组装介质保持同步流变，导电介质因其流变性与周围介质相似而不会骤然断裂以导致电路中断，这样可以实现对样品进行高压与高温的同时加载，也可以实现高压下对样品电性能进行原位测量。具体的，所述导电介质为导体粉末或由导体粉末预压成型的在高压下可流变的块体，按照组装件的材质选择是否对导体粉末进行预压或者预压的压力。具体的，所述导体粉末为可导电的金属粉末(铜、铂、铼等)、陶瓷粉末(铬酸镧、碳化硅、碳化钛等)和非金属粉末(石墨)，理论上导体粉末可导电即可，不限于本专利技术公开的材料内容，组装时，将导体粉末装入导电通道内压实即可。进一步的，所述导体粉末在空气中容易氧化时，可先置于高温真空炉中进行氢气还原处理后再预压成型得到在高压下可流变的块体导电介质，将导体粉末还原后作为导电介质可避免被氧化的导体粉末导电性差。具体的，所述导电介质为由导体粉末预压成型的在1～3GPa压力下可流变的块体，预压的压力过小，预压不成型，压力过大，导电介质的密度过大而导致硬度大，在受压时容易压缩后断裂，而不会流变；具体的，所述导体粉末置于模具中，在10～50MPa的压力下预压成型。预压密实度的调整可以改变导体粉末的流变性能，根据经验判断得出与组装件上导电介质周围的介质密度相同或相近时，二者的流变性能相近，效果较好，导电介质的密度值与其周围介质的密度差最好不超过周围介质密度的10％。金属粉末一般预压至其理论密度的25～35％即可，例如，在一级实验密封边压力标定中，可采用铜粉预压为密度为～2.5g/cm3的导电介质，叶腊石的密度为2.6g/cm3。本专利技术还提供上述用于进行高压实验的组装件的应用，所述组装件作为与六面顶压机适配的一级组装件、或者是与六-八型二级压机适配的八面体组装件、或者是与金刚石压砧装置或原位中子衍射装置适配的圆筒型组装件。例如，所述应用于与六面顶压机适配的一级组装件用于进行样品的高温压高实验或者样品的高压原位电性能测试，所述用于进行样品高温压高实验的组装件包括正方形叶碏石块、加热腔、样品腔、导电通道，加热腔包裹于样品腔外部后设置于叶碏石块内部，导电通道一端与加热腔连接，另一端与叶碏石块外部导电器件连接，导电介质填充于导电通道内且导电介质与导电通道在应力及变形环境下保持同步流变；所述用于进行样品的高压原位电性能测试的组装件包括由方形的上标压块与下标压块拼接而成的正方形块，上标压块、下标压块之间设置四条分别独立的铜质中心导电片，上标压块项部的一条棱切下，切下的一段为三棱柱，在上标压块上钻取四条平行的导电通道，四条导电通道分别由棱切面延伸至一条铜质导电片处，导电介质设置于导电通道靠近棱切面的一段内且导电介质与导电通道周围介质在应力及变形环境下保持同步流变，导电通道的另一段内设置铜柱，棱切面上设置两块边缘导电片分别与两边相邻的两个导电通道连接，待测样品设置于两块边缘导电片之间，所述中心导电片、边缘导电片可采用铜片、铝片、金片等延展性和导电性较好的金属片。当用于对样品进行高温高压合成时，将装好的组装件置于高压装置内，采用高压装置对组装件进行加压与通电，加热腔将电能转化为热能，从而产生高温环境对样品腔内的样品进行加热；当需要对样品进行高压下原位测量时，将组装件置于高压装置内，启动高压装置对组装件进行挤压以对待测样品进行施加压力的同时测试待测样品的电性能。例如，所述应用于六-八型二级压机的二级组装件包括八面体传压介质、氧化锆筒、氧化锆环、加热腔，所述八面体传压介质上带有贯穿所述八面体传压介质相对两个面的通道，氧化锆筒设置于通道内，两个氧化锆环分别设置于氧化锆筒的上、下两个开口处，两个氧化锆环与氧化锆筒的内壁围成压腔，加热腔设置于压腔内，样品密封于加热腔内，两个氧化锆环的内孔构成导电通道，导电介质设置于导电通道靠近加热腔的一段内且与导电通道在应力及变形环境下保持同步流变，导电通道的另一段内设置钼柱。例如，所述应用于金刚石压砧装置或原位中子衍射装置的筒形组装件包括密封垫、叶碏石环，所述密封垫中部带有贯穿密封垫的通孔作为压腔，叶碏石环设置于压腔内，所述密封垫上、下两端设置由样品腔延伸至密封垫边缘处的凹槽，导电介导填充于凹槽内。本专利技术的有益效果为：本专利技术采用导体粉末或由导体粉末预压成型的在高压下可流变的块体作为导电介质，将其装入组装件的导电通道后，导电介质与导电通道在应力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高应力、大变形环境的导电介质，其特征在于，所述导电介质与其周围介质在应力及变形环境下保持同步流变。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于高应力、大变形环境的导电介质，其特征在于，所述导电介质与其周围介质在应力及变形环境下保持同步流变。


2.一种用于应力及变形环境的组装件，其特征在于，所述组装件内部设置待测样品与导电介质，所述导电介质一端与样品连接，另一端与组装件外部导电连接，所述导电介质与围绕于导电介质周围的组装介质在应力及变形环境下保持同步流变。


3.根据权利要求1所述用于应力及变形环境的组装件，其特征在于，所述导电介质为导体粉末或由导体粉末预压成型的在应力及变形环境可流变的块体；其中，导体粉末为可导电的金属粉末、陶瓷粉末和非金属粉末。


4.根据权利要求3所述的用于进行高压实验的组装件，其特征在于，所述金属粉末为铜、铂、铼中的至少一种；所述陶瓷粉末为铬酸镧、碳化硅、碳化钛中的至少一种；所述非金属粉末为石墨。


5.根据权利要求4所述的用于进行高压实验的组装件，其特征在于，所述导体粉末置于模具中，在10～50MPa的压力下预压成型。


6.权利要求2至5任一所述的用于进行高压实验的组装件的应用，其特征在于，所述组装件应用于与六面顶压机适配的一级组装件、或者是与六-八型二级压机适配的八面体组装件、或者是与金刚石压砧装置或原位中子衍射装置适配的筒型组装件。


7.根据权利要求6所述用于进行高压实验的组装件的应用，其特征在于，所述应用于与六面顶压机适配的一级组装件包括正方形叶碏石块、加热腔、样品腔、导电通道，加热腔包裹于样品腔外部后设置于叶碏石块内部，导电通道一端与加热腔连接，另一端与叶碏石块外部导电连接，导电介质填充于于导电通道内且导电介质与导电通道在应力及变形环境下保持...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺端威，张佳威，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51