超硬材料網(wǎng)

       所謂超高壓技術(shù)是指在同一空間領(lǐng)域同時(shí)獲得所需要的高溫高壓，并持續(xù)所需要持續(xù)的時(shí)間的技術(shù)或手段。20世紀(jì)高溫高壓技術(shù)發(fā)展最輝煌的成果，就是世界上硬度最高且極其稀有的物質(zhì)——金剛石可以用人工的方法合成了。

       超高壓高溫裝置的研制成功實(shí)現(xiàn)了人工合成金剛石的美好愿望，這需要提及的是美國(guó)著名的高壓研究者Bridgman在超高壓技術(shù)方面做出的杰出貢獻(xiàn)。以美國(guó)通用電氣公司的Hall為首的試驗(yàn)小組，根據(jù)Bridgman提出的大質(zhì)量支撐原理所設(shè)計(jì)的Belt兩面頂裝置，解決了用金屬催化劑來實(shí)現(xiàn)石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸年P(guān)鍵技術(shù)，為后來人造金剛石的發(fā)展做出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。

       上世紀(jì)九十年代，國(guó)際金剛石行業(yè)經(jīng)過四十年的發(fā)展，以超高壓技術(shù)為背景形成三足鼎立的局面，即美國(guó)GE公司、英國(guó)DeBeers、日本東名、住友、德國(guó)Winter等公司使用的年輪式兩面頂超高壓技術(shù)與裝置，前蘇聯(lián)使用的凹模兩面頂超高壓技術(shù)與裝置，以及我國(guó)自行研制的具有中國(guó)特色的六面頂超高壓技術(shù)與設(shè)備。

       在我國(guó)自主研發(fā)的六面頂壓機(jī)發(fā)展初期，一度受到“只要能合成出金剛石的壓機(jī)就是好壓機(jī)”思想的影響，對(duì)壓機(jī)質(zhì)量在金剛石合成中重要性認(rèn)知嚴(yán)重不足，導(dǎo)致在行業(yè)發(fā)展初期，各種結(jié)構(gòu)、各種缸徑、各種材質(zhì)的六面頂壓機(jī)品種繁多，質(zhì)量參差不齊，看似蓬勃發(fā)展，實(shí)際導(dǎo)致給行業(yè)發(fā)展帶來了很大的不利影響，例如壓機(jī)在使用過程中的斷梁、掉底等嚴(yán)重事故。

       工欲善其事必先利其器，伴隨著超硬材料行業(yè)發(fā)展，人們對(duì)六面頂壓機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性要求越來越高，尤其是在高溫高壓合成培育鉆石領(lǐng)域，對(duì)合成腔體內(nèi)的溫度、壓力必須保持長(zhǎng)時(shí)間的精準(zhǔn)控制，對(duì)整機(jī)控制精度提出了非常高的要求，但更深層次是鉸鏈梁材質(zhì)、內(nèi)在質(zhì)量、加工精度得到保證——在高溫高壓作用下，六面頂壓機(jī)各個(gè)鉸鏈梁的彈性變形必須保持一致，從而保證高低壓狀態(tài)下對(duì)中性不發(fā)生變化，否則所謂的控制精度就是空中樓閣、鏡花水月。

       為了保證六面頂壓機(jī)使用過程中良好的對(duì)中性，“三心合一”的概念逐步為行業(yè)認(rèn)可、接受。六面頂壓機(jī)的“三心”是指六個(gè)鉸鏈梁裝配后的結(jié)構(gòu)中心，硬質(zhì)合金頂錘的匯力中心及合成腔體的質(zhì)量對(duì)稱中心，這三個(gè)中心在理論上是可以重合為一點(diǎn)，此時(shí)設(shè)備的對(duì)中性是完美的。

       三心合一概念的提出，為壓機(jī)制造廠家提出了具體的加工精度要求、鉸鏈梁內(nèi)在質(zhì)量要求，也為實(shí)際合成中壓機(jī)對(duì)中、同步的調(diào)整指明了方向。
       1、不論是鑄造壓機(jī)還是鍛造壓機(jī)，六面頂壓機(jī)鉸鏈梁的結(jié)構(gòu)中心，都可以認(rèn)為是六個(gè)活塞沿其移動(dòng)方向的中心線的匯聚點(diǎn)，六條中心線匯聚為一點(diǎn)，這就要求單個(gè)鉸鏈梁的加工精度、多個(gè)鉸鏈梁的加工精度一致性必須得到保證。更重要的是對(duì)鉸鏈梁本身的內(nèi)在質(zhì)量提出了非常高的要求。六面頂壓機(jī)在實(shí)際使用過程中，鉸鏈梁受到循環(huán)張力和循環(huán)熱應(yīng)力的雙重作用，不僅要求保證鉸鏈梁在常溫常壓調(diào)試狀態(tài)下的精度，更要保證在承受高溫高壓雙重作用時(shí)，各個(gè)鉸鏈梁的變形保持一致。

       2、硬質(zhì)合金頂錘的匯力中心是指六條相對(duì)于硬質(zhì)合金頂錘錘面中心的垂直線相交形成的點(diǎn)。
       硬質(zhì)合金頂錘匯力中心的位置，與鉸鏈梁結(jié)構(gòu)中心的相對(duì)位置沒有任何直接聯(lián)系，需要我們通過調(diào)整鋼環(huán)相對(duì)于大墊塊的相對(duì)位置來保證六只硬質(zhì)合金頂錘的匯力中心在一個(gè)點(diǎn)上，并且使這個(gè)點(diǎn)與鉸鏈梁結(jié)構(gòu)中心的點(diǎn)盡可能重合。

       3、合成腔體的質(zhì)量對(duì)稱中心是指合成塊的重心。合成塊的結(jié)構(gòu)采用加熱方向?qū)ΨQ組裝，即四個(gè)非加熱錘方向完全對(duì)稱，兩個(gè)加熱錘方向?qū)ΨQ，合成塊的重心在其體積中心點(diǎn)。
       如果六面頂壓機(jī)的鉸鏈梁在高溫高壓下的變形不同步，那么在高壓狀態(tài)下，六面頂壓機(jī)的結(jié)構(gòu)中心發(fā)生變化，由于硬質(zhì)合金頂錘是與鉸鏈梁連接在一起的，隨之而來的是硬質(zhì)合金頂錘的匯力中心發(fā)生變化，使合成塊的受力狀態(tài)發(fā)生變化，勢(shì)必影響相應(yīng)密封邊的密封效果，在達(dá)到某一臨界值以后，就會(huì)出現(xiàn)裂錘或者卸壓放炮的情況。而鉸鏈梁調(diào)機(jī)時(shí)正常，高溫高壓下變形不同步導(dǎo)致的裂錘、放炮，是屬于鉸鏈梁鑄造（鍛造）時(shí)材料性能不均勻?qū)е碌模瑹o法通過調(diào)整設(shè)備來解決的。
       高溫高壓法合成人造金剛石過程中，裂錘、放炮是人們一直想徹底解決的難點(diǎn)，拋開硬質(zhì)合金頂錘本身質(zhì)量與合成塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可能存在的缺陷，如果我們?cè)诹骓攭簷C(jī)的設(shè)計(jì)、制造，以及整機(jī)的調(diào)整環(huán)節(jié)滿足了三心合一的要求，那么整機(jī)各個(gè)部位的變形、受力是均衡的，就不可能出現(xiàn)放炮問題。