国内合成工业金刚石、培育钻石、立方氮化硼单晶、聚晶以及聚晶金刚石复合片等超硬材料普遍使用的是六面顶压机,其中比较普遍的是铰链式。
先普及几个常见的参数
比如说大家经常在资料中看到的6×62000KN六面顶人造金刚石液压机,指的是六个工作缸可承受的设计压力是62000KN。
通常口头所说的850压机、一米压机,指的是工作缸直径或者活塞直径是850mm和1000mm。
通常所说的顶锤是下图这个样子的,在合成过程中是一个很重要的消耗品。
压机的基本结构和性能
铰链式六面顶高压设备是由主机、增压器、液压系统、控制台、电器控制系统和加热系统等主要部分组成。
1、主机
主机由机座、铰链梁、工作缸、活塞等构成。
主机采用铰接结构,6个铰链梁通过12根销杆连接成六面体刚性机架,6个工作缸(含活塞)分别安装在6个铰链梁内。工作缸内分为超高压工作腔和高压回程腔;超高压工作腔与高压回程腔之间采用两道带有双向保护环的O形密封圈密封,高压回程腔通过导向套内外各一道O形密封圈密封。
当超高压压力油通过工作缸底部的进油法兰进入工作缸超高压腔时,产生工作压力并通过活塞、垫块及顶锤传递到正六面体合成块上。六组工作缸分别安装在铰链梁上,再通过销轴铰接成上下、左右、前后两两相对的整体。其中上、右、前三缸活塞具有空行程,敞开工作腔以便于装卸顶锤、垫块、合成块等工件;下、左、后三缸活塞由限位螺母和限位环固定在工作行程的终点位置,由安装在这三个活塞端部的顶锤组成安放叶腊石合成块的定位基准。当上、右、前三活塞至空行程终点,六个顶锤即形成一个正方体空腔,进行加压和通电加热,使叶腊石流向顶锤邻面的缝隙中形成密封边,便形成高压压力腔。
工作缸中超高压工作腔采用两道Ο型密封圈进行密封,回程腔采用两种规格的Ο型密封圈进行密封。为了防止活塞在缸中转动,在活塞上镶嵌导向键,导向套上有导向键槽,工作缸、工作缸压盘、铰链梁、导向套通过螺栓固定成一体。活塞外端的螺母用于调节活塞的回程位置,对下、左、后三个活塞则以此调节叶腊石块的定位基准,在其活塞上均装有一个限位环,限位环分成三等分并用销钉铰接成整体圆环,如果需要装卸顶锤时,则将限位环拆下,使活塞回到缸底即可。对于通电加热的顶锤,垫块、活塞的各连接部位均需绝缘。
六个工作缸的进油法兰通过锥面垫与工作缸相连。在进油法兰上有放气塞,以便排除管路中的空气。
主机的操作空间均设有防护板,以防止进行超高压合成时高压腔爆炸,叶腊石或硬质合金碎块飞出伤人。
顶锤装置是采用调节螺钉进行固定和调节,保证了顶锤的径向调节和轴向固定。
2、增压器
增压器是高压设备中产生超高压的来源,同时也是保证6缸同步的主要机构。主要由油缸、活塞、柱塞、法兰盘、超高压油缸等组成。油缸与活塞用两道Y形密封圈密封,形成高压腔;超高压油缸与柱塞用两道带保护环的O形密封圈密封;高压油缸与超高压油缸通过法兰盘用螺栓连成一体。
磨料磨具磨削研究所研制了用高压泵代替增压器来产生超高压。与增压器增压相比,压机除能产生超高压外,同步性能更好一些。
3、液压系统
液压传动系统采用电气控制,保证调整、分段、半自动循环3种工作规范。
液压传动系统按其油路来分,可分为主油路及控制油路两部分。主油路又以超高压可控操纵单向阀为界,分为高压及超高压油路两部分。
4、加热系统
静压触媒法合成金刚石,一般要在5~7GPa的高压下把石墨和触媒加热到1570~1770K。抗高压构件承受不住这样的高温,因此必须采用高压腔内部加热的方法,并且还要在高压腔中的加热体与抗高压构件之间实行热绝缘,以保证后者的机械性能不受高温影响。
最简便的加热方法是采用电加热,让大电流通过高压腔内的发热体,产生焦耳热。
5、控制台及其它
控制台为钢板、角钢焊成的箱形结构件。正面装有各种控制按钮、仪表及讯号装置高压柱塞泵、电动机装在右下部,在油箱的盖板上装有所有的阀板及内部液压管路。电元件装在电控柜里,电加热系统用的大电流变压器装在主机地坑里。