六面顶超硬材料合成设备6x18.doc

第七章六面顶超硬材料合成设备第一节概述自从美国和瑞典分别于 1953 年和 1954 年在超高压高温条件下成功地用石墨合成人造金刚石以来,应用静态超高压高温技术工业化合成超硬材料也已经有了四十多年的历史。应用这种原理合成超硬材料的设备按照其超高压模具(又称超高压合成容器)的结构形式不同有两面顶式、四面顶式和六面顶式三种,而每一种又有几种不同的形式,具体见表 7-1 。目前,国外的超硬材料合成设备主要是两面顶年轮式压机。这是由于年轮式压机具有腔体大、产量高、合成产品性价比高等优点,在压机缸体和顶锤能承受的压力范围内压机吨位和合成腔体可不受限制的扩大。但其缺点是控制技术要求高、超高压模具制造困难、合成时辅助时间长、生产节拍慢。截止 1998 年底我国生产金刚石的压机有 4000 台左右,包括两面顶和六面顶两种。其中以铰链式六面顶压机最多, 约占总数的 98% 左右。这是由于铰链式六面顶压机具有超高压模具结构简单、价廉、生产操作简单、压机工艺参数容易控制、生产节拍快等优点, 比较适合我国国情,因此得以广泛应用。单压源和多压源四面顶压机和六面顶压机的区别在于压机工作时加压油缸的数量。多于一个加压油缸的称为多压源压机,否则为单压源压机。紧装式、滑块式、铰链式、立体式、皮囊式、切球式、拉杆式是指压机超高压模具的安装框架结构的不同形式。单压源紧装式六面顶压机根据结构不同又可分为: 45 o 倾斜紧装式、 55 o 44’倾斜紧装式、紧装铰链式六面顶压机等。本章介绍六面顶超硬材料合成设备。六面顶压机的超高压合成模具由三维轴线互相垂直的六个顶锤组成的, 工作时顶锤向正六面体合成块的六个面加压, 通过合成块的材料流动形成的十二个密封边和顶锤的六个面形成超高压合成腔体, 如图 7-1 所示。国内普遍应用的是多压源铰链式六面顶压机。也有部分单压源紧装式六面顶压机。多压源铰链式压机对顶锤的驱动是通过六个油缸的活塞实现的, 而单压源紧装式压机对顶锤的驱动则是通过具有斜面机构的滑座进行的, 因此后者又称为单压源滑座式六面顶压机。图 7-2 所式为单压源滑座式六面顶压机超高压模具结构图。由上下两部分组成, 上下两部分是对称的,各由基体 1 、顶锤 2 (三个) 、垫块 3 、副滑动板导向柱 6 、主滑座 7 、顶锤座 8 、返表7 -1超高压模具不同的压机种类两面顶式四面顶式六面顶式双面凹式年轮式活塞缸式单压源紧装式单压源滑块式多压源铰链式多压源拉杆式单压源紧装式单压源铰链式单压源滑块式单压源立体式单压源皮囊式多压源铰链式多压源切球式图7 -1六面顶超高压模具回柱塞 9、底板 10 组成。环形基体 1 固定在底板 10上, 上底板安装在上工作台上, 下底板安装在工作缸的滑台上。每个基体 1 上有三个互为 120 o 并与基体底面倾斜的滑槽,分别在滑槽内装主滑座 7 ,在滑座 7 上安装有顶锤座 8 、垫块 3 、顶锺 2 等。顶锤轴心线在垂直于压机轴线的平面内,其投影相差 60 o 。当工作缸通过底板 10 向上加压时, 压机的压力由下基体滑槽斜面施加于顶锤上, 为了保证各顶锤的同步精度, 六个滑座的尾部均有辅助斜面, 与副滑座斜面相配合, 推动主滑座从六个方面同步对叶腊石加压。主滑座的滑动面及副滑座的滑动面上均垫有 厚的聚四氟乙烯薄膜, 作为润滑材料。当工作缸活塞返回时,上下两部分分开,六只主滑座由六个小柱塞9 项出,使超高压腔敞开, 装卸叶腊石块。此超高压装置的同步精度是由副滑动面安装的准确程度来保证的。正因为有主滑动面和副滑动面的作用,所以六只顶锤是强制性同步运动,同步精度比较高。压机的加热电源由导电环 4 经过导线而通至顶锤、基体和底板之间,顶锤和滑座之间均应绝缘。第二节铰链式多压源六面顶压机铰链式多压源六顶顶液压机具有六个工作缸, 能从六个方面向主机中心加压, 形成一个正方体的超高压腔,腔内的压力均匀,有利于金刚石的成长。它是专门用于合成人造金刚石和立方氮化硼等超硬材料的专用压机。铰链式六面顶液压机的规格有 6× 6MN 、6× 10MN 、6× 12MN 、6× 13MN 、6× 15MN 、6 × 18 MN、6× 20MN 、6× 25MN 、6× 50MN 等。这种压机的传动采用电气控制的液压传动, 可进行调整、分段、自动或半自动循环。其优点是结构简单、操作使用方便、生产效率较高,压力使用合理、超高压腔体相对较大(为边长相等的四面顶超高压腔体的 倍) ,适用于工业性生产的需要。本章以 6× 18MN 规格的铰链式多压源压机为例,对其结构、原理、性能及使用维护进行介绍。图 7-2 单压源滑座式六面顶压机超高压模具一、压机总体结构、工作油缸和增压器整台设备由主机、增压器、液压系统、电气控制系统和电加热装置等几部分组成。压机的