本发明专利技术公开了一种爆轰合成用双管连接结构及基于其的爆轰合成装置，包括驱动管、样品管和设置在样品管端口的端塞，驱动管套设在样品管外，所述驱动管与样品管及端塞之间均存在空腔；还包括固定件，在驱动管的顶部端口和底部端口处均覆盖设有固定件；起爆后，爆轰波由上至下依次传递，受冲击作用，驱动管由上至下发生向样品管轴线的聚心滑移运动，使驱动管由上至下依次包覆在样品管的顶部端塞、样品管及样品管的底部端塞外。本发明专利技术提供的装置使得石墨样品有效转换成高纯度金刚石，转化率可达90％以上，并且使转化的产物高纯度金刚石完整地回收，回收率达100％，利于实现产业化生产。
A detonation synthesis device
【技术实现步骤摘要】
一种爆轰式合成装置
本专利技术涉及新材料合成
，具体涉及一种爆轰合成用双管连接结构、以及一种爆轰式合成装置。
技术介绍
金刚石以其优异的性能在高端制造业如精密工具、耐磨零件、光学元件涂层、电子产品配件加工等领域有广泛应用。金刚石不光是“工业牙齿”，还是“终极半导体”，以金刚石为代表的第三代宽禁带半导体及器件是未来集成电路，信息时代发展的基础，在生物检测和医疗、平板显示、环保工程、功能器件等多个高新
都有巨大的应用潜力。现在金刚石微粉及制品已经广泛应用于汽车、机械、工具、电子、集成电路、手机、航空、航天、光学仪器、玻璃、陶瓷、石油、地质、蓝宝石、芯片、半导体硅片、医学、电子信息通信等领域。金刚石及其金属复合的材料和制品列入战略性新兴产业。由于金刚石在地球上的蕴藏量非常稀少，且藏于地层深处不易开采，远远满足不了工业和科技迅速发展的需要，为此，在20世纪50年代，美英等国花了大量的人力、物力进行人工合成金刚石的科学研究，成功专利技术了两种人造金刚石方法，并在70-80年代形成了产业化生产。第一种方法是采用高温高压机械设备，使石墨经相变转化为单晶金刚石的静压法，现在这种技术已比较成熟和普及。静压合成的单晶金刚石粒度在mm量级，且静压法只能生产出单晶金刚石。主要生产厂家有美国的GeneralElectric，美国的DeBeers和中国河南黄河实业公司等。第二种是动压合成方法，由炸药爆炸产生冲击动高压高温条件，使石墨在μs量级的时间尺度内转变成粒度为μm量级的多晶金刚石。动高压合成技术不需要庞大而昂贵的机械设备，是合成新材料的一种新技术，现在完全掌握了此项技术，真正实现了产业化的只有美国的DuPont等少数公司。多晶金刚石与单晶金刚石相比，不仅是晶体结构和颗粒大小的区别，在性能上也有许多不同之处。多晶金刚石基于其优异的磨削性能，可用于航空、航天、宽禁带半导体、LED、精密陶瓷、蓝宝石衬底等高精尖
金刚石与石墨是碳元素的同素异形晶体，要人工合成金刚石自然容易想到用石墨来作合成原料。碳的压力—温度相图是一个单元复相图，如图1所示。相图给出了石墨、金刚石稳定存在的温度、压力区域，在压力较高的金刚石稳定区域，石墨型晶体结构是不稳定的，石墨必需转变为金刚石以降低本身的自由能；相反，在较低压力的石墨稳定区域，金刚石型多晶体结构是不稳定的，它要转变为石墨以降低自身的能量。碳的这种多相性相图告诉人们：要想爆炸冲击合成金刚石，至少需要满足以下要求：第一，必须研制合适的爆轰装置，创造一定的高温、高压条件，使石墨转变为金刚石；第二，要使高温、高压下存在的金刚石相，在瞬态的爆轰卸载到常温常压时保存下来，防止石墨化；第三，因爆炸是一个很难驾驭的过程，必须解决金刚石回收的技术难题。现有技术难点主要集中在要用动高压合成高纯度金刚石的同时提高金刚石的转化率和回收率，并且还要最大限度降低成本以实现产业化生产。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：现有爆轰合成金刚石过程中存在转化率低、回收困难的问题，本专利技术提供了解决上述问题的一种爆轰式合成装置。本专利技术通过下述技术方案实现：一种爆轰合成用双管连接结构，包括驱动管、样品管和设置在样品管端口的端塞，驱动管套设在样品管外，所述驱动管与样品管及端塞之间均存在空腔；还包括固定件，在驱动管的顶部端口和底部端口处均覆盖设有固定件；起爆后，爆轰波由上至下依次传递，受冲击作用，驱动管由上至下发生向样品管轴线的聚心滑移运动，使驱动管由上至下依次包覆在样品管的顶部端塞、样品管及样品管的底部端塞外。以爆轰冲击合成金刚石为例，爆轰冲击合成金刚石就是石墨与铜粉的混合物中引入一强冲击波，通过强冲击波产生几千度温度和几十万大气压的瞬态作用，使石墨转变为金刚石；这一瞬态暴烈过程在几十μs到几百μs内完成，因此动高压合成过程本身调控和驾驭难度非常大，样品管端部的密封端塞极易被炸开，造成样品飞散，转化率低、且回收难度极大。本专利技术设计的样品管和驱动管连接结构，使驱动管端部能够发生聚心运动和塑性形变，进一步紧紧包覆在端塞上，可有效防止样品管端部的密封端塞炸开，利于提高转化率和回收率。因此，本专利技术中驱动管主要可实现以下两个功能，其一是作为吸收炸药能量的载体，当其冲击样品管时将能量传递给样品，产生使石墨转变为金刚石的高温高压条件，其二是爆炸后，当驱动管在空腔飞行与端塞及样品管高速碰撞后，驱动管与端塞及样品管的碰撞压力已远高出驱动管本身材质的Hugoniot弹性极限，材料进入塑性区，经聚心效应和塑性形变，驱动管紧紧地包覆在样品管和两端密封端塞上，防止端塞被炸飞，原料样品被完全密封在样品管内；驱动管、样品管和两端的密封端塞通过爆轰强化效应作用，就构成了一个很高强度的复合管，形成了金刚石样品的回收容器，能将冲击加载后达到20GPa以上的压力和几千度高温的样品完好的密封起来。进一步地，沿样品管的整个轴向位置处，所述驱动管内壁和样品管外壁之间的环向等间距间隙作为空腔。本专利技术设计驱动管和样品管之间无任何障碍，利于保障爆轰波均匀传播，以形成高温高压合成条件，且使驱动管发生聚心运动和塑性变形紧紧包覆在样品管及端塞外形成两端封闭的复合管。进一步地，所述端塞上用于与驱动管包覆接触的部位的外径小于样品管的外径。作为优选方案，设计端塞上用于与驱动管包覆接触的部位的外径小于样品管的外径，这样高压爆轰产物推动驱动管向端塞轴线做聚心运动，驱动管在端塞小径处收缩后的口径要小于在样品管处收缩的口径，因此驱动管自动形成端部缩口结构，对端塞的紧固作用进步增大。进一步地，所述端塞呈锥形结构，且锥形结构的大径端与样品管连接。设计端塞呈锥形结构，在提高驱动管对端塞紧固作用的同时，利于爆轰波平稳向下传输。进一步地，在起爆后，爆轰波传递至驱动管的端部与固定件连接处时，驱动管的端部与固定件连接处断开，固定件受拉伸波作用向外飞散。从爆轰物理学可知，在空气中，当柱形装药从一端平面起爆时，朝爆轰波运动方向传播的质量(M1)和能量(E1)与同爆轰波运动相反方向传播的质量(M2)和能量(E2)之比为：M1/M2＝4/5，E1/E2＝16/11。在装置的端部，即样品管的顶端和底端，当高压爆轰产物向空中作散心膨胀时，将产生拉伸波，拉伸波在样品管的端部且有足够的强度时，则可能使样品管端部管口破裂，而使管内样品喷射泄漏，为了避开端部的拉伸区，在样品管和驱动管的端部设置固定件，当固定件获得动量之后，向外飞散而把动量带走，使样品管的端部躲开拉伸区，有效防止回收容器端部管口破裂，达到完整回收样品的目的。进一步地，对于安装在驱动管顶部的固定件包括固定环和至少一层盖板；所述固定环的一端与驱动管的顶部连接、另一端与盖板连接；所述盖板用于密封空腔；对于安装在驱动管底部的固定件包括固定环和底座，所述固定环的一端与驱动管的底部连接、另一端与底座连接；所述底座起固定和支撑作用。本专利技术的盖板用来固定样品管和驱动管以及固定环，并且密封住样品管和驱动管之间的空腔的顶本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种爆轰合成用双管连接结构，包括驱动管(4)、样品管(2)和设置在样品管(2)端口的端塞(7)，驱动管(4)套设在样品管(2)外，其特征在于，所述驱动管(4)与样品管(2)及端塞(7)之间均存在空腔(3)；还包括固定件，在驱动管(4)的顶部端口和底部端口处均覆盖设有固定件；起爆后，爆轰波由上至下依次传递，受冲击作用，驱动管(4)由上至下发生向样品管(2)轴线的聚心滑移运动，使驱动管(4)由上至下依次包覆在样品管(2)的顶部端塞(7)、样品管(2)及样品管(2)的底部端塞(7)外。/n
【技术特征摘要】
1.一种爆轰合成用双管连接结构，包括驱动管(4)、样品管(2)和设置在样品管(2)端口的端塞(7)，驱动管(4)套设在样品管(2)外，其特征在于，所述驱动管(4)与样品管(2)及端塞(7)之间均存在空腔(3)；还包括固定件，在驱动管(4)的顶部端口和底部端口处均覆盖设有固定件；起爆后，爆轰波由上至下依次传递，受冲击作用，驱动管(4)由上至下发生向样品管(2)轴线的聚心滑移运动，使驱动管(4)由上至下依次包覆在样品管(2)的顶部端塞(7)、样品管(2)及样品管(2)的底部端塞(7)外。
2.根据权利要求1所述的一种爆轰合成用双管连接结构，其特征在于，沿样品管(2)的整个轴向位置处，所述驱动管(4)内壁和样品管(2)外壁之间的环向等间距间隙作为空腔(3)。
3.根据权利要求1或2任一项所述的一种爆轰合成用双管连接结构，其特征在于，所述端塞(7)上用于与驱动管(4)包覆接触的部位的外径小于样品管(2)的外径。
4.根据权利要求3所述的一种爆轰合成用双管连接结构，其特征在于，所述端塞(7)呈锥形结构，且锥形结构的大径端与样品管(2)连接。
5.根据权利要求1或2任一项所述的一种爆轰合成用双管连接结构，其特征在于，在起爆后，爆轰波传递至驱动管(4)的端部与固定件连接处时，驱动管(4)的端部与固定件连接处断开，固定件受拉伸波作用向外飞散。
6.根据权利要求5所述的一种爆轰合成用双管连接结构，其特征在于，对于安装在驱动管(4)顶部的固定件包括固定环(9)和至少一层盖板(10)；所述固定环(9)的一端与驱动管(4)的顶部连接、另一端与盖板(10)连接；所述盖板(10)用于密封空腔(3)；对于安装在驱动管(4)底部的固定件包括固定环(9)和底座(11)，所述固定环(9)的一端与驱动管(4)的底部连接、...
【专利技术属性】
技术研发人员：张万甲，
申请(专利权)人：成都奇点无限科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51
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