由添加制造方法制成的用于高压压力机的可变密度、可变成分或者复杂几何结构部件与流程

交叉引用

本申请要求于2014年12月30日提交的题目为“variabledensity，variablecompositionorcomplexgeometrycomponentsforhighpressuremadebyadditivemanufacturingmethods”、申请号为62/098215的美国临时申请的权益，该公开在此通过引用并入本文。

背景技术：

高压、高温(“hphp”)烧结过程包括使用诸如立方压力机、带式压力机或者环形压力机的高压压力机，以使材料或者材料混合物经受高压和高温条件。可以将材料保持在放置在压力机里的容器内，其中使材料和容器两者都经受hpht条件。容器应该是可充分变形的，以将压力传递至正在加压的材料，但是也必须足够坚固，以密封其中密封了材料的中心分隔空间，使得可以在中心分隔空间内形成高压。在一些过程中，由低热导率的材料制成的绝缘套筒装配在容器和正在加压的材料之间，以减少通过容器的热消散。

在用于烧结诸如多晶金刚石(pcd)和多晶立方氮化硼(pcbn)的极硬的材料时，高压压力机可以施加范围在5至8gpa内的压力以及范围在1300至1650℃内的温度。但是，一些材料可以在大于8gpa的压力和大于1650℃的温度下被加压。例如，无粘结剂的纳米多晶pcd材料可以在约15gpa的压力和约2300℃的温度下，在高压压力机中烧结。

技术实现要素：

提供本发明内容以介绍在以下详细描述中进一步描述的构思的选择。本发明内容不旨在识别所要求保护的主题的关键或者基本的特征，也不旨在用作帮助限制所要求保护的主题的范围。

在一个方面，本文公开的实施例涉及制造在高压压力机中使用的部件的方法，其包括使用沉积装置来连续沉积一种或多种材料的体积，以构建具有所选择的材料性质的部件的三维体，该材料性质沿着在高压压力机中使用的部件的至少一个方向变化。

在另一个方面，本文公开的实施例涉及在高压压力机中使用的容器，其包括具有沿着中心轴线测量的高度的主体以及开向主体的至少一个外表面的接收腔，其中该主体具有沿着主体的全部高度统一的密度并且沿着横向中心轴线的方向变化。

在又一个方面，本文公开的实施例涉及在高压压力机中使用的部件，其包括具有至少两个离散区域的主体，由第一材料制成的第一区域和由第二材料制成的第二区域，其中第一材料和第二材料其间具有至少一个性质差异，并且至少一个电流路径在多个方向上延伸通过第一区域和第二区域，至少一个电流路径由导电材料制成。

从以下的描述和所附权利要求中，所要求保护的主题的其它方面和优点将是显而易见的。

附图说明

图1是根据本公开的实施例，用于形成高压压力机的部件的方法的示意图；

图2示出了根据本公开的实施例的部件的截面图；

图3示出了根据本公开的实施例的部件的截面图；

图4示出了根据本公开的实施例的部件的径向截面图；

图5示出了根据本公开的实施例的部件的轴向截面图；

图6示出了根据本公开的实施例的部件的径向截面图；

图7示出了根据本公开的实施例的部件的轴向截面图；

图8示出了根据本公开的实施例的部件的轴向截面图；

图9示出了根据本公开的实施例的部件的轴向截面图；

图10示出了根据本公开的实施例的部件的轴向截面图；

图11示出了根据本公开的实施例的部件的轴向截面图；

图12示出了根据本公开的实施例的部件的径向截面图；

图13示出了根据本公开的实施例的部件的截面图；

图14示出了根据本公开的实施例的部件的截面图。

具体实施方式

本文公开的实施例通常与在高压压力机中使用的部件相关，该部件使用诸如3d打印、机器人铸造或同时铸造的添加制造来制造。制造在高压压力机中使用的部件的方法可以包括连续地沉积一种或多种材料的体积以构建部件三维体，其中相邻体积的至少两个沉积具有相同的材料成分。例如，根据本公开的实施例的由添加制造工艺制成的部件可以通过沉积多个层以构建部件的几何结构来制成，每个层由一个或多个陶瓷复合材料、石墨、隔热材料、密封或垫圈材料和/或低电阻金属制成或者包括一个或多个陶瓷复合材料、石墨、隔热材料、密封或垫圈材料和/或低电阻金属，以形成部件的一个或多个不同的区域。根据沉积的颗粒的大小和正在制作的部件的大小，不同层的数目可以变化，例如，从小于约100、200、500或1,000的下限到100、200、500、大于500、大于1,000、大于2,000、大于5,000、大于10,000或者大于100,000的上限，其中任何下限可以与任何上层组合使用。

根据本公开的实施例，添加制造可以用于形成高压压力机的部件，其中部件通过在指定的区域中沉积顺序的体积或者层的所选择材料来形成。通过使用如本文所公开的添加制造的方法以形成高压压力机的部件，部件可以被设计为具有所选择的材料性质，该材料性质沿着部件的一个或多个方向是变化的或者统一的，其中所选择的材料性质的设计可以被选择为提供某些特征，这些特征在高压加压的期间是有用的。部件可以由本公开的添加制造方法制成，以自始至终地具有所选择的材料性质。例如，制造部件的方法可以包括设计部件以具有沿着在高压压力机中使用的部件的至少一个方向变化的所选择的材料性质，并且然后使用沉积装置来连续地沉积一种或多种材料的体积，以构建具有所选择的材料性质设计的部件的三维体。沿着部件的一个或多个方向上可以是可控地变化或者统一的所选择的材料性质可以包括，例如，举几个例子，密度、热导率和/或电导率。在一些实施例中，制造在高压压力机中使用的部件的方法包括在基板上沉积第一层并且沉积至少一部分相邻于第一层的多个顺序层，其中多个顺序层中的每一层的至少一部分由相同的材料成分制成，作为相邻层的相邻部分。可以使用结合剂以将第一层和多个顺序层一起结合以形成部件。在一个实施例中，在通过沉积装置进行沉积之前，结合剂可以混合在材料成分内。在另一个实施例中，可以由沉积装置的分别的喷嘴施加，并且与材料成分同时施加。在另一个实施例中，结合剂层可以沉积在材料成分层之间。在又一个实施例中，可以使用沉积方法的结合。

图1示出了根据一个或多个实施例，用于使用添加制造来制作高压压力机的部件100的方法的示意图。添加制造允许通过在计算机的控制下连续地每次添加少量的材料至逐步形成的几何结构，来创建部件100。该方法包括使用计算机辅助设计(cad)组件110来设计部件100。cad组件110可以是或者包括能够为三维形式的部件100提供几何结构或者数字设计105的计算机辅助装置的任何软件。如本文进一步所描述的，数字设计105可以由沉积装置120用作模板或者引导件以制造部件100。在一个实施例中，用于形成部件100的材料130的可流动形式通过沉积装置120的至少一个喷嘴140挤出，并一层接一层地沉积以创建如cad组件110所设计的部件100。

cad组件110可以包括一个或多个计算机112，该计算机可以包括一个或多个中央处理单元114、一个或多个输入装置或者键盘116和一个或多个监控器118，在其上可以执行软件应用。计算机112也可以包括存储器111以及输入和输出装置，例如，鼠标、麦克风和扬声器。在其他目的之中，鼠标、麦克风和扬声器可以用于通用存取和语音识别或者命令。监控器118可以是触摸敏感的，以作为输入装置以及显示装置来操作。计算机112可以经由网络接口117与一个或多个数据库113、支持计算机或者处理器115、其他数据库和/或其他处理器、或者互联网相接合。应该理解的是，术语“接口”是指任何可能的有线或者无线的外部接口。也应该理解的是，数据库113、处理器115、和/或其他数据库和/或其他处理器不限于使用网络接口117与计算机112相接合，并且可以以任何足以在计算机112和数据库113、处理器115和/或其他数据库和/或其他处理器之间创建通信路径的手段与计算机112相接合。例如，数据库113可以经由usb接口与计算机112相接合，同时处理器115可以经由一些其他的高速数据总线，不使用网络接口117来接合。计算机112、处理器115和其他处理器可以集成到多处理器的分布式系统中。

尽管计算机112被示出为可以在其上进行本文所讨论和描述的方法的平台，但是本文所讨论和描述的方法可以在任何平台上进行，例如在具有计算能力的任何设备上。例如，计算能力可以包括存取通信总线协议的能力，这样使得用户可以与许多且变化的计算机112、处理器115、和/或可能是分布式或者装配的其他数据库和处理器相交互。这些装置可以包括但不限于超级计算机、阵列服务器网络、阵列存储器网络、阵列计算机网络、分布式服务器网络、分布式存储器网络、分布式计算机网络、台式个人计算机(pc)、平板pc、手持pc、笔记本电脑，在商标名为blackberry^tm、palm^tm、samsung^tm或apple^tm之下销售的装置、蜂窝电话、手持音乐播放器、或者具有计算能力的任何其他装置或者系统。

程序或者软件可以储存在储存器111中，并且中央处理单元114可以与存储器111、输入装置116和输出装置118协同工作，以便为用户进行任务。存储器111可以包括但不限于现在可用的或者可能在本领域可用的任何数目和组合的存储器装置。例如，存储器装置可以包括但不限于数据库113、其他数据库和/或处理器、硬盘驱动器、磁盘驱动器、随机存取存储器、读取存储器、电可擦除可编程读取存储器、闪速存储器、拇指驱动器存储器和任何其他储存器装置。本领域技术人员熟悉可以作为存储器装置的使用而采用的许多变型，并且由于存储器装置的配置和/或算法检测技术，不应在本文的实施例上施加限制。存储器111可以储存能够提供数字设计105的计算机辅助装置的操作系统(os)和/或任何软件。操作系统可以使用中央处理单元114来促进、控制和执行软件。可以以这种方式使用任何可用的操作系统，包括windows^tm、linux^tm、appleos^tm、unix^tm等。中央处理单元114可以通过用户请求执行软件或者自动地执行软件。

仍然参考图1，沉积装置120可以是或者包括能够使用数字设计05作为模板或者引导件来制造部件100的任何装置。沉积装置120可以在一个或多个过程中，从cad组件110的数字设计105中制造部件100，例如，通过制造部件的分别的件并且然后将分别的件装配在一起以形成部件。可以使用任何适当的沉积装置120。合适的市售沉积装置120包括但不限于从3dsystemscorp中可购得的projet1000^tm、projet1.500^tm、projetsd3500^tm、projethd3500^tm、projethd3500plus^tm、projet3500hdmax^tm、projetcp3500^tm、projetcpx3500^tm、projetcpx3500plus^tm、projet3500cpxmax^tm、projet7000^tm、projet6000^tm、projet5000^tm、projetdp3500^tm、projetmp3500^tm、zprinter150^tm、zpriter250^tm、zprinter350^tm、zprinter450^tm、zprinter650^tm和/或zprinter850^tm，以及从theexone公司中可购得的s-max、s-prtnt、m-print、m-flex和/或xi-lab。

另外，用于形成部件100的材料130以顺序层流过沉积装置120的喷嘴140，以构建数字设计105的几何结构。但是，除连续的层之外，可以使用各种类型的沉积装置，以层或体积沉积不同形式的材料，以构建数字设计105的几何结构。例如，沉积装置的材料沉积可以包括使用宽范围的技术来进行凝胶、液体或浆料的喷涂，凝胶、浆液或固体的印刷，固体或凝胶的展开，液体或固体的融化，固体的熔化和液体的固化。沉积装置120可以沉积具有对应于相邻的和之前沉积的层的尺寸的一个或多个第二或后续的层，这样使得完成的部件的横截面形状沿着部件的高度是统一的。在其它实施例中，沉积装置可以沉积具有不同于相邻的和预先沉积的层的尺寸的一个或多个第二或后续的层，这样使得完成的部件的尺寸和/或横截面形状可以沿着其高度变化。

在一些实施例中，多种类型的材料可以作为单层由沉积装置的多次通过施加。例如，第一材料成分可以由沉积装置沉积在层的第一区域中，并且第二材料成分可以由沉积装置的单次通过在层的第二区域中沉积，使得沉积的层具有由第一材料和第二材料形成的至少两个不同的区域。在其他实施例中，两种或更多种的材料可以在沉积装置的单次通过中沉积。例如，沉积装置可以具有两个或者更多个喷嘴，其中每个喷嘴可以在单次通过期间将不同的材料沉积在层的不同区域中。在另一个示例中，沉积装置可以具有两个或者更多的喷嘴，其中每个喷嘴可以在通过的期间同时沉积不同的材料，以形成复合材料。

根据本公开的实施例，制造在高压压力机中使用的部件的方法可以包括在基板上沉积第一层，该第一层具有第一成分，并且沉积至少一部分相邻于第一层的多个顺序层，其中多个顺序层中的每一层的至少一部分作为相邻层的相邻部分具有相同的材料成分。如本文所使用的，基板可以是指在其制造时，与部件分离但是支持部件的平台或者基底，或者基板可以是指根据制造的阶段，具有沉积于其上的第二或者后续的层的部件的任何层。例如，制造部件的第一步可以包括在与部件分离的基板或者基底上沉积第一层，并且在制造部件的第二步中，第一层可以作为沉积于其上的第二或者后续层的基板。但是，在一些实施例中，一种或多种材料的后续的体积可以以线、离散的体积、或者在基板上未形成连续层的其他图案的形式沉积，以便构建部件的几何结构。

在另一个实施例中，在将形成对象的位置中，结合剂材料喷射在颗粒上并且将颗粒结合。在施加了胶黏剂或者结合剂后，材料成分的另一层可以在添加制造的仪器上展开，并且然后可以将结合剂或者胶黏剂的另一次通过施加于新材料的成分层的指定区域上，以形成模具或者部件的第二层。将材料的成分分层的过程接下来是将结合剂或者胶黏剂施加于指定区域，将材料的成分分层的过程可以重复，直到沉积了需要形成模具或者部件的所有层。然后，可以获得模具或者部件，或者可以从构建的盒子里去除模具或者部件，用于进一步的处理或者作为完成的模具或者部件。从粉末床(即不包括胶黏剂或者结合剂的粉末的区域)获得的支持允许悬垂、底切和创建内部的体积，只要存在用于漏出散粉的孔或者路径。

在制造期间，可以提供至少一个结合剂以将第一层和多个顺序层一起结合以形成部件的几何结构。例如，结合剂可以是正在沉积的材料的部件或者是混合在正在沉积的材料内，这样使得结合剂与由沉积装置正在沉积的材料同时地沉积，或者结合剂可以从正在沉积的剩余材料中分开地沉积。在构建了部件几何结构后，至少一种结合剂中的一种或多种可以从部件中移除，例如，由加热或者由化学分解。

适当的有机结合剂可以是或者包括一种或多种蜡、树脂或者在水中不能溶解或至少基本不能溶解的其他有机化合物。蜡可以包括，例如，动物蜡、植物蜡、矿物蜡、合成蜡、或者其任何结合。作例证的动物蜡可以包括但不限于蜂蜡、鲸蜡、羊毛脂、虫胶蜡、或者其任何结合。作例证的植物蜡可以包括但不限于巴西棕榈、小烛树、或者其任何结合。作例证的矿物蜡可以包括但不限于地蜡和石油蜡(例如，石蜡)。作例证的合成蜡可以包括但不限于聚烯烃(例如聚乙烯)、多元醇醚酯、氯化萘、烃蜡、或者其任何结合。有机结合剂也可以包括在有机溶剂中是能够溶解或者不能溶解的其他有机化合物。作例证的化合物可以包括但不限于聚二醇、聚乙二醇、羟乙基纤维素、木薯淀粉、羧甲基纤维素、聚丙烯碳酸酯、或者其任何结合。作例证的有机结合剂也可以包括但不限于淀粉和纤维素、或者其任何结合。作例证的有机结合剂也可以包括但不限于微蜡或微晶蜡。微蜡可以包括由脱油凡士林产生的蜡，其与石蜡相比可以包含较高百分比的异链烷烃和环烷烃。树脂可以包括衍生自含有萜烯、树脂酸、树胶和包括植物油、皂或粘液的其它化合物。也可以使用具有与天然衍生物质相似化学性质的合成化合物。其它适当的结合剂可以包括，例如，硅酸钠、丙烯酸共聚物、阿拉伯树胶、波特兰水泥等。结合剂可以以固体或液体的形式沉积。

所选择的材料可以沉积在高压压力机中使用的部件的不同区域中，例如，根据所制成的部件的类型、高压压力机的类型和部件的期望的性质。例如，根据一些实施例，正在沉积以形成高压压力机的部件的一个或多个层可以包括第一材料成分和第二材料组份，其中第一材料成分和第二材料成分是不同的，并且形成一个或多个层的不同区域。不同区域可以将期望的性质提供给部件的不同部分。例如，根据一些实施例制造的高压压力机的部件可以包括具有相对较高的热绝缘性质的区域、具有相对较高的摩擦系数的区域、和/或电导体区域。而具有不同材料性质的区域的部件将另外通过将分离的件装配在一起或者通过进行后续的材料处理来制造，根据本公开的实施例的部件的不同区域可以使用本文所公开的单一的添加制造方法形成，从而允许部件作为具有不同材料的至少一个不同区域而形成，该材料具有较部件的剩余区域不同的材料性质。

进一步地，在一些实施例中，高压压力机的部件可以包括由具有变化的密度的单一材料制成的一个或多个区域。例如，参照图2和3，高压压力机的部件200的轴向和径向的截面图被相应地示出，其中部件200具有比形成第二区域220的材料更大密度的材料制成的第一区域210。

部件200是具有主体202和向主体202的至少一个外表面206开口的接收腔204的容器。主体202具有平行于部件200的中心轴线201测量的高度208。

形成部件200的至少一种材料具有沿着主体202的全部高度208的统一的密度。在示出的实施例中，形成部件200的第二区域220的材料具有沿着主体202的全部高度208的统一的密度。形成部件的第一区域210的材料可以具有贯穿第一区域210的统一的密度。但是，随着第一区域210向主体202的部分高度扩展，形成第一区域210的材料具有沿着主体202的部分高度的统一的密度。

形成第一区域210的材料和形成第二区域220的材料可以是相同的材料类型，但是可以由本公开的添加制造的方法来沉积，以具有不同的密度，诸如通过变化提供给材料的结合剂的数量。例如，形成多个区域的材料的类型可以具有相对较高的比率的混合于其中的结合剂以形成相对较小的密度的区域，并且具有相对较低的比率的混合于其中的结合剂以形成部件的相对较密的区域。至少一些结合剂可以被基本移除，例如，由加热或者由化学分解，从而使留下的具有相对较高的比率的结合剂的区域比具有相对较低的比率的结合剂的区域具有更大的孔隙度。在这样的实施例中，在不同的区域中造成的不同的孔隙度可以创建由相同材料类型制成但是具有不同密度的区域。在一些实施例中，结合剂的不同数量可以由沉积装置以单一的材料类型来分散地沉积，其中提供相对较大数目的或者更大体积的离散数量的结合剂，以创建比剩余的区域的密度具有相对更低密度的区域。在一些实施例中，不同比率的复合材料可以用以形成相对更密的材料的区域，例如，通过包括复合材料的更大比率的更密成分以形成更密的材料区域。在其他实施例中，不同的材料类型可以用以形成具有不同密度的区域。

根据本公开的一些实施例，部件可以具有连续改变的密度，而不是具有不同密度的材料的离散区域。例如，图4和5相应地示出了高压压力机的部件400的径向和轴向的截面图，该高压压力机的部件400由具有沿着远离中心轴线401且朝向部件的外表面406的径向方向415的密度连续减小的至少一种材料形成。示出的部件400是具有主体402和向主体402的至少一个外表面406开口的接收腔404的容器。主体402具有平行于部件400的中心轴线401测量的高度408。形成部件400的至少一种材料提供了沿着从中心轴线401朝向部件的至少一个外表面406的径向方向415连续改变的或者成梯度的密度。如所示，径向方向415垂直于中心轴线401扩展。但是，在其他实施例中，一种或多种材料性质的梯度可以在其他方向上扩展，例如，轴向地、径向地增加、与轴成角度地、或者多个方向的结合，例如，梯度可以在从部件的核心或者中心向外扩展的方向上形成。

进一步地，梯度的密度在沿着主体402的全部高度408形成，这样使得材料的密度沿着全部高度408是基本统一的。换言之，沿着接收腔404的内壁的材料的密度沿着部件的全部高度408是基本统一的，沿着至少一个外表面406的材料的密度沿着全部高度408是基本统一的，并且在接收腔404的内壁和外表面406之间的径向位置处的材料的密度沿着部件的全部高度408是基本统一的。

其它材料性质的梯度密度或者梯度可以在高压压力机的部件中形成，例如通过沉积变化比率的成分的复合材料，或者通过沉积变化的颗粒大小的整体或复合材料，一层接一层地构建部件的几何结构。在一些实施例中，沉积装置可以具有多个喷嘴，其中每个喷嘴以改变的速率来沉积不同成分的复合材料或者不同颗粒大小的材料，以形成部件几何结构的一个或多个层。例如，在一些实施例中，复合材料的成分可以由沉积装置的喷嘴以逐步改变数量的形式在层中贯穿地沉积，同时沉积装置的一个或多个其它喷嘴可以以变化数量的形式来沉积复合材料的其他成分，从而创建具有逐步改变的成分比率的复合材料层。相对于复合材料的剩余成分沉积的第一成分的数量可以从沉积100％的第一成分和0％的剩余成分以形成层的部分到沉积0％的第一成分和100％的剩余成分以形成层的部分的范围，具有于其间的任何比率的成分。在其他实施例中，具有多于一个喷嘴的沉积装置可以用以在贯穿单一层来沉积变化比率的颗粒大小，其中一个喷嘴可以沉积具有一个颗粒大小分布的材料，并且另一个喷嘴可以沉积具有不同的颗粒大小分布的材料。

由沉积装置所沉积的材料的颗粒大小分布可以取决于，例如，正在沉积的材料的类型、正在形成的部件的区域、所使用的沉积装置的类型、以及部件设计中所期望的孔隙度的数量。颗粒大小可以从纳米大小、微米大小到更大的范围。例如，在一些实施例中，正在沉积的颗粒可以从小于1微米、从1-10微米、从大于10微米、和大于100微米内变动，其中各种子范围可以单独使用或者结合使用以形成正在沉积的材料层。此外，颗粒大小的分布可以是单峰的或者多峰，例如，双峰。颗粒大小分布的标准偏差也可以为指定的目的来定做或者变化。

用于形成高压压力机的部件的适当的材料可以包括，例如，陶瓷材料、矿物质、石墨、隔热材料(以下将更多地描述)、垫圈材料(以下将更多地描述)、导电材料和其结合中的至少一种。例如，可以使用包括粘土矿物粉末和至少一个类型的陶瓷材料或硬质材料的复合材料，以形成用于高压压力机的部件的至少一部分。适当的粘土或者粘土状页硅酸盐矿物可以包括阿尔克莱默(ca2mgsi202)、丁腈橡胶(be2al2si6o16)、

高岭石((al4si6)10(oh)8)、蒙脱石(na，ca)0.33(al，mg)2(si4o10)(oh)2-n(h2o)、叶蜡(al4si4o10(oh)2)、葡萄石((ca2al2si3o10(oh)2)、硅酸钙(caal2si20i-3h2o)、蛇纹石(mg3si2o5(oh)4)、高铝滑石、低氧铝滑石、硅酸盐(ca2al3si3012(oh)2)等。可以使用的陶瓷材料的示例包括但不限于二氧化硅(sio2)、氧化铝(al2o3)、氧化铁(fe3o4)、碳化硅(sic)、氮化硅(si3n4)、氧化锆(zrc)等。有用的硬质矿物的示例可包括焦磷酸(mg3al2si3o12)、刚玉(al2o3)、锆石(zrsio4)、褐藻石(al2sio5)、橄榄石((mg，fe)2sio4)、顽辉石(mgsio3)和相似的矿物。用于形成本公开的部件的其它适当的材料可以在例如美国专利号5,858,525中找到，其通过引用并入本文。

高压压力机的部件可以具有通过本公开的一个或多个添加制造过程而形成的两个或更多个区域的复杂设计，从而允许否则将不容易创建的或在一些情形下不可能的部件设计。再次参照图2和3，部件200具有嵌入在第二区域220内的第一区域210，使得第一区域210和第二区域220形成限定接纳腔204的齐平或平滑的内壁205。特别地，如所示，第一区域210扩展并形成接收腔的内壁205的部分高度，并且第二区域220扩展并形成接收腔的内壁205的剩余高度。由第一区域210形成的接收腔204的部分具有基本等于由第二区域220形成的接收腔204的部分的直径，这样使得接收腔204沿着内壁205的全部高度具有基本统一的直径207。

与形成具有同心件的部件的其它方法相反，本公开的方法可以用以制造具有作为单件而一起形成的同心区域的部件，其中每个区域可以提供不同的材料性质，以及能够制造区域以具有对应的和配合的几何结构，例如，如图2和3所示，其中第一区域210具有与第二区域220的对应的凹陷的几何结构紧密配合的几何结构。图6-14示出了具有对应的和配合的几何结构的区域的部件的附加示例。但是，根据本公开的方法，可以设想和形成具有对应的和配合的几何结构的两个或者更多个区域所形成的部件的其它实施例。进一步，通过使用本公开的方法以形成高压压力机的部件，可以形成具有配合的和交错的几何结构的多个区域而不具有分割的一个或多个区域的部件，例如，如图13和14所示。换言之，代替由分割的区域和将其一件接一件地装配在一起来形成具有多个交错的区域(具有复杂、互锁或者纠缠的几何结构)的部件，本公开的方法可以允许多个交错的区域作为单一的主体或者结构一起形成。

现在参照图6-8，示出了根据本公开的实施例的高压压力机的部件600。部件600是具有主体602、中心轴线601和向主体的至少一个外表面606开口的接收腔604的容器，其中主体的高度608是沿着中心轴线601测量的。主体602可以由沿着主体602的全部高度608具有统一密度的至少一种材料形成的。例如，如所示，部件600具有由第一材料形成的第一区域610和由第二材料形成的第二区域620，其中第一材料沿着主体602的高度608具有统一的密度。进一步，第一区域610和第二区域620可以具有于其中的至少一个性质的差异。在示出的实施例中，两个区域610、620由不同的材料形成，其中第一区域610可以由垫片材料形成，并且第二区域可以由包括从至少一种矿物、陶瓷材料和结合剂中选择的成分的复合材料形成。但是，在其他实施例中，部件的至少两个区域可以由相同的材料类型形成，但是具有不同的材料性质，诸如硬度或者密度。例如，部件的至少两个区域可以由相同的材料类型形成，但是具有不同的颗粒大小。

通过从垫片材料中形成部件的至少一个区域，在高压压力机中的使用期间，所选择的区域可以作为内置垫片。例如，具有形成至少一个外表面以及在一些实施例中形成部件的每个外表面的垫片材料区域的部件，可以展示出密封性质，在加压操作期间，不使用单独的密封或者垫片。特别地，在高压压力机的加压操作期间，形成部件的至少一个外表面区域的垫片材料可以向外流入高压压力机的推进砧之间的间隙，从而将压力密封在正在加压的部件内。因此，适当的垫片材料应该是充分可变形的，以将压力从高压压力机传递至正在加压的样品，而且是充分坚固的，以将压力密封于部件内，并且抵抗被完全挤出。如果垫片材料具有低剪切强度和良好的流动性质，则其可提供良好的垫片密封和流动，但是由于过多的垫片流动，可能难以产生更高的压力。如果使用更强、更少的可流动的垫片材料，则可以产生更高的压力，但是在压缩和/或解压期间，材料可能是不稳定的。例如，垫片材料在解压期间可能会粘贴，然后在突然的压力释放中流动。当单一材料用以制作容器组件时，对材料的这些要求可能是冲突的。

适当的垫片材料可以包括在低压下具有良好流动性质并且在高压下展示出剪切强度的增加的材料。例如，垫片材料可以包括粘土矿物、例如叶蜡石或滑石的页硅酸盐、或者由土材料、陶瓷和玻璃中的一种或多种的结合所制成的合成材料。在示出的实施例中，第一区域610形成部件600的每个外表面606，并且包括容器的边缘和拐角。但是，在其他实施例中，部件可以具有形成部件的一个、两个、三个、四个或者更多个外表面的第一区域。进一步地，通过使用本公开的添加制造的方法以形成部件600，由垫片材料形成的第一区域可以具有增加的厚度。例如，由垫片材料形成的第一区域可以具有从第二径向向内的区域的约1/100的厚度至约1/4的厚度，其中厚度是从中心轴线610起，在径向方向上测量的。在一些实施例中，由垫片材料形成的第一区域的厚度可以具有从小于第二径向向内的区域的1/10的厚度起的范围。

进一步地，在一些实施例中，部件可以具有至少一个区域，该区域由沿着部件的全部高度具有统一的密度的至少一种材料形成，其中至少一个区域形成部件的一个、两个、三个、四个或者更多个外表面。例如，部件可以具有由垫片材料制成的第一区域，其中垫片材料沿着部件的全部高度具有统一的密度，并且其中第一区域形成了部件的至少一个外表面。

仍然参考图6-8，第一区域610和第二区域620具有配合的几何结构，其中第二区域620安装在第一区域610的凹陷的几何结构内。进一步地，第一和第二区域610、620可以每个形成限定接收腔604形状的内壁的部分。如所示的，接收腔604是具有在主体602的相对的外表面606上的两个开口的通孔。进一步，接收腔604沿着接收腔604的全部高度608具有基本恒定的直径，这样使得由第一区域610形成的内壁的直径基本等于由第二区域620形成的内壁的直径。但是，在其他实施例中，接收腔可以具有不同的形状。例如，接收腔可以具有至部件主体的外表面的一个开口或者更多开口。在一些实施例中，接收腔可以具有圆柱形和/或非圆柱形的形状。例如，接收腔可以具有一个或多个具有圆柱形形状的部分，不同部分具有不同大小的圆柱形形状、一个或多个非圆柱形形状的部分、或者不同大小和/或形状的部分的结合。在一些实施例中，接收腔的部分可以具有球形形状。在一些实施例中，接收腔的至少一部分可以具有矩形棱柱形状。使用根据本公开的实施例的添加制造的方法可以形成部件600，其中沉积装置沉积由第一和第二材料制成的多个顺序层，以在部件的所选择的区域中建立起具有第一和第二材料的部件的几何结构。特别地，第一层可以沉积在基板上，其中第一层由第一材料成分制成。多个顺序层可以至少与第一层部分相邻地沉积，其中多个顺序层的每一个的至少一部分具有与相邻层的相邻部分相同的材料成分。例如，当沉积装置开始沉积具有第一材料和第二材料的层时，第一材料相邻于在之前施加的和相邻的层中沉积的第一材料的至少一部分。沉积装置可以将第一材料和第二材料沉积在一个或多个层的不同区域中，以构建部件600的第一和第二区域610、620的几何结构。第一和第二材料的每一种可以从例如陶瓷材料、矿物、石墨、隔热材料和摩擦材料中选择。进一步地，在添加制造的过程期间提供至少一种结合剂以结合第一层和多个顺序层以形成部件。

现在参照图9，示出了高压压力机的部件900的截面图。部件900是具有主体902，该主体902沿着中心轴线901测量具有高度908，以及向主体902的至少一个外表面906开口的接收腔904的容器。如示出的，主体具有第一区域910和第二区域920，其中区域910、920具有至少一个性质差异。第一区域902可以由沿着主体902的全部高度908具有统一密度的至少一种材料形成的。第二区域920可以由绝热材料或石墨制成，并且形成限定接收腔904的内壁的至少一部分。第二区域920的剩余几何结构至少一部分地与第一区域910的对应的凹陷的几何结构相配合，并且安装在第一区域910的对应的凹陷的几何结构内。特别地，如示出的，第二区域920的几何结构可以具有在轴向的方向上从部件的中心区域朝向部件的外表面逐步地减小的厚度927，其中厚度在第二区域的内表面之间测量，该内表面限定了接收腔904的部分以及与第一区域910相接合的第二区域的外表面。但是，一个或多个区域可以具有包括沿着区域的高度变化厚度的其它几何结构。进一步地，第一和第二区域910、920的每一个形成接收腔904的至少一部分，其中由第一区域910形成的部分具有比由第二区域920形成的部分的直径925更大的直径915，从而形成具有多个大小的通常地圆柱形的形状的接收腔904。

但是，在其他实施例中，接收腔可以具有沿着其高度具有统一直径的通常地圆柱形的形状。例如，如图10示，部件300具有主体302，该主体302沿着中心轴线301测量具有高度308，以及向主体302的至少一个外表面306开口的接收腔304的容器。主体具有第一区域310和第二区域320，该第一区域310和第二区域320于其间具有至少一个性质差异，其中每个区域形成接收腔304的部分。特别地，第二区域320形成限定具有直径325的接收腔的内壁的部分，该直径325基本等于由第一区域310形成的接收腔的部分的直径315。第二区域320的剩余几何结构，其包括沿着其高度变化的厚度的，与第一区域310的对应形状的凹陷的几何结构相配合，并且安装在第一区域310的对应形状的凹陷的几何结构内。

第一区域302可以由沿着主体302的全部高度308具有统一密度的至少一种材料形成，并且可以包括，例如，矿物和陶瓷复合材料中的至少一种、绝热材料、或者垫片材料。第二区域320可以由绝热材料或石墨制成，并且形成限定接收腔304的内壁的至少一部分。但是，在其他实施例中，部件可以具有形成部件的两个或更多个区域的材料的不同结合，以将不同性质提供给部件的这些区域。根据本公开的实施例，部件300可以通过将不同材料沉积在每层的所选择的区域中来形成，以形成第一和第二区域310、320。例如，为了沉积层，该层形成了由陶瓷矿物复合物所形成的第一区域310和由石墨所形成的第二区域320两者的部分，在对应于第一和第二区域310、320的层的地区中可以沉积包含石墨的浆料和包含陶瓷矿物复合物的浆料。

绝热材料可以包括，例如，cscl、csbr、csi或者其的结合、zro2、和可选的诸如电导体或半导体颗粒或者电导体或半导体粉末的反射和/或吸收热辐射的添加物，。例如，添加剂可以包括导电氧化物(例如，超导氧化物，诸如la1.85ba0.15cu3cx、hgba2ca2cu3ox、bi2sr2ca2cu3o10、yba2cu3o7、诸如si，ge和/或sb的半导体、半导体碳化物和/或氮化物(例如，sic、tic和gan)。在一些实施方案中，添加剂可以包括亚铬酸盐、铁素体、金属、半导体、超导氧化物和其的结合。例如，添加剂可以包括根据式lcro3或者mⁱcr2o4的亚铬酸盐，其中l是钇或者稀土元素，并且mⁱ是过渡金属，mg或li。亚铬酸盐可以包括lacro3、fecr2o4、cocr2o4、mgcr2o4或其的结合，或者亚铬酸盐可以采用mg、ca、sr或其的结合来掺杂。在一些实施方案中，添加剂可以包括根据式mⁱⁱfe2o4或者mⁱⁱⁱfe12o19的铁酸盐，其中mⁱⁱ是过渡金属，mg或li，mⁱⁱⁱ是ba，sr或其的结合。铁酸盐可以是fe3o4，cofe2o4、znfe2o4、bafe12o19、srfe12o19、mnazn(1-a)fe2o4、niazn(1-a)fe2o4或其的结合，其中a在0.01至0.99的范围中，但本公开不限于此。在某些实施例中，金属是诸如ti、v、cr、zr、nb、mo、ru、rh、hf、ta、w、re、os、ir、pt或其的结合的难熔金属，或者诸如bi、sn、pb或其的结合的具有相对较低的熔点的金属，但本公开不限于此。在其它实施方案中，金属的非限制性示例包括al、fe、mn、ni、co、cu、b、si、be、mg、ca、sr、ba、ga、in、sn、pb、bi及其的结合。在某些实施例中，添加剂包括电绝缘颗粒。例如，添加剂可以包括zrco、mgo、cao、al2o3、cr2o3、铝酸盐(例如feal2o4)或其的结合。

图11和12分别地示出了根据本公开的实施例的部件的轴向和径向截面图。部件500是具有主体502，该主体502沿着中心轴线501测量具有高度508，以及向主体902的至少一个外表面506开口的接收腔504的容器。接收腔504具有球形的部分和从球形的部分扩展至开口的两个圆柱形的部分。但是，其他实施例可以具有不同形状的接收腔。进一步地，如示出的，主体具有第一区域510和第二区域520，其中第二区域520限定接收腔的球形的部分并且其中第一区域510围绕第二区域520。区域510、520在其间具有至少一个性质差异，例如密度、热导率或电导率中的差异。例如，第一区域510可以由沿主体502的全部高度508具有统一密度的至少一种材料形成，并且第二区域520可以由具有更大密度或者更小密度的材料制成。进一步地，第二区域520可以由石墨或具有低电阻率的材料制成，这样使得接收腔504的球形的部分形成沿着接收腔504的轴向位置具有变化的横截面尺寸的加热管，其可以被完成，以沿着接收腔的轴向位置裁剪加热电阻器，并且从而使正在接收腔内加压的材料获得更统一的加热。第二区域520的几何结构至少一部分地与第一区域510的对应的凹陷的几何结构相配合，并且安装在第一区域510的对应的凹陷的几何结构内。

本公开的方法可以用以制成具有可变和复杂几何结构和/或可变的成分的其他高压压力机部件。例如，图13和图14示出了用于本文称为端部按钮的高压压力机的部件的截面图，其可以插入容器的接收腔中，以关闭或密封在接收腔内加压的材料。如图13所示，部件700可以具有中心轴线701和由至少两个离散区域710、720形成的主体702，其中每个区域由于其间具有至少一个性质差异的材料制成。在所示的实施例中，第一区域710可以沿着部件的底部的表面703定位，其可以被插入接收腔中以与正在加压的材料相接合，并且可以由绝热材料形成。第二区域720在接口704处与第一区域710接合，并且扩展到部件的顶部的表面705(底表面703的对面)，并且可以由垫片材料形成。接口704包括多个相交的平面几何结构以形成非平面的接口。但是，如图14所示，诸如凹形或凸形的其他非平面的几何结构可以在两个相邻区域之间形成非平面的接口。根据其他实施例，其它非平面和/或平面几何结构可以在两个相邻区域之间形成非平面或平面的接口。在其他实施例中，梯度可以穿过部件形成(材料性质的梯度，例如密度，或者两种不同材料之间的梯度)，这样使得于其间具有至少一个性质差异的两个或更多个区域在两个或更多个区域之间没有限定的接口。

进一步地，至少一个电流路径730在多个方向上扩展穿过第一区域710和第二区域720。特别地，如示出的，电流路径730径向地和轴向地扩展穿过第一区域710和第二区域720。电流路径可以由导电材料形成，诸如一种或多种导电材料，例如，钼、铜、钢或具有低电阻率的其它材料。或者，可以使用诸如钛、锆或铬酸镧(lacrcb)的具有更高电阻率的导电材料，以获得更高的加热级别。不同的材料可以结合使用，以便裁剪部件的电阻(并且因此电加热)特性，使得单元内的加热图案被优化。

如图14所示，部件800可以具有由至少两个离散区域810、820形成的主体802，其中每个区域由于其间的具有至少一个性质差异的材料制成。在所示的实施例中，第一区域810可以沿着部件的底部的表面803定位，其可以被插入接收腔中以与正在加压的材料相接合，并且可以由绝热材料形成。第二区域820在非平面的接口804处与第一区域810接合，并且扩展到部件的顶部的表面805(底表面803的相对)，并且可以由垫片材料形成。侧表面806在部件800的圆周周围扩展，限定部件的径向横截面形状。部件800的圆形的横截面形状可以与到接收腔的开口的横截面形状相对应，这样使得部件800可以插入到另一个部件的接收腔内。根据其他实施例，诸如图13所示的实施例，侧表面706可以沿着垂直于中心轴线701的平面限定非圆形的横截面形状。

根据本公开的实施例，电流路径可以以复杂的或多个方向的路径的形式扩展穿过的部件的一个或多个区域，其可以最小化外出的热流，并且允许电流在进入部件的加热部分中的入口点处聚焦。例如，如图13和14所示，电流路径可以在部件的相对的外表面之间并且穿过具有至少一个性质差异的多个材料区域之间，在多个方向上扩展。围绕电流路径的区域可以包括用作热绝缘体和为垫片优化的外层(例如，图13和图14所示的第二区域)功能的内层(例如，包括与将加压的材料相接合的表面)。在高压高温的加压期间，可以经由电流路径将热穿过外层和内层指引至正在加压的材料。形成内层的绝缘材料(例如，图13和图14所示的第一区域)可以帮助将热保持在正在加压的材料的周围，同时形成外层的垫片材料可以用以密封部件。通过使用添加制造过程以形成这样的部件，可变的材料的复杂几何结构，诸如如图13和14所示的穿过垫片材料和绝热材料的区域形成多方向电流路径的导电材料，可以并入部件中。进一步地，绝热材料的密度贯穿第一区域可以是统一的，并且/或者垫片材料的密度贯穿第二区域可以是统一的。在其他实施例中，可以裁剪一个或多个区域的材料性质，以在一个方向上具有梯度并且在横向上基本统一。例如，区域的密度可以沿着轴向的方向减小，例如从内表面朝向外表面，其中密度沿着径向的方向是基本统一的。

本文公开的添加制造方法可以用于形成高压压力机的其他部件，以给部件提供定做的材料性质。高压压力机的部件可以包括，例如，诸如衬套或者其它类型的压力容器的样品夹具、用以将样品脱盖或装入样品夹具内的端部按钮或者其他部件、以及带或者其他密封或垫片部件，并且可以包括各种类型的高压压力机的部件，包括但不限于带式压力机和立方压力机。根据本公开的一些实施例，用于高压压力机的容器可以包括具有沿着中心轴线测量的高度的主体以及开向主体的至少一个外表面的接收腔，其中该主体具有沿着主体的全部高度统一的密度并且沿着横向中心轴线的方向变化。在一些实施例中，用于高压压力机的部件可以包括具有至少两个离散区域的主体，以及以复杂的或者多方向的路径扩展穿过离散区域的至少一个电流路径。

本公开的部件可以用以在高压(和可选的高温)条件下加压样品。例如，根据本文公开的实施例制成的容器可以在接收腔内接收样品，并且根据本文公开的实施例制成的至少一个端部按钮可以插入接收腔中以将样品密封在接收腔内。然后可以将力扩展在容器和至少一个端部按钮上，以便使样品经受高压。在一些实施例中，样品可以包括金刚石颗粒的混合物，其中当使样品经受高压和高温时，金刚石颗粒被烧结在一起以形成多晶的金刚石。但是，诸如过渡金属碳化物或氮化硼的其他材料，可以使用由根据本公开的实施例的添加制造所制成的部件来烧结或者加压。力可以在高压压力机中的本公开的部件上扩展，例如使用立方高压压力机或者带式高压压力机中的砧，其可以压缩一个或多个部件的外表面，从而导致将压力传递至被装入接收腔和密封于其中的样品。

除了对于母模开发和单件制造是有用的之外，本公开的方法也可以允许部件几何结构和材料成分的创建，否则不可以使用常规技术制成。例如，如上所述，包括具有互锁几何结构的多种类型的材料的部件可以采用单一的添加制造过程来形成，这样使得多种材料作为单件的部件一起完整地形成。此外，本公开的方法可以允许贯穿部件的材料性质的裁剪，例如贯穿部件的材料的所设计的密度或可压缩性。在一些实施例中，可以穿过部件来创建密度梯度，其中沿着部件的内壁或者芯部的密度比沿着部件的外壁或者芯部的密度更大，以便提供改善的加压效率。例如，在使用本公开的方法形成的容器的一些实施例中，其中密度被设计为沿着芯部或接收腔比沿着容器的外壁更大，在芯部处的密度的增加可以允许更多的材料被保留在接收腔，并且从而导致更高的芯部压力，在没有在担当垫片的部件的区域上的流动性和一致性上进行妥协的情况下。

尽管以上仅详细描述了几个示例性实施例，但是本领域技术人员将容易地理解的是，在实质上不脱离本发明的情况下，在示例性实施例中可以进行许多修改。相应地，所有这样的修改旨在被包括在如所附权利要求所限定的本公开的范围内。在权利要求中，手段加功能的条款旨在将本文所述的结构覆盖为进行详述的功能，而不仅是结构等同，但也是等同结构。因此，尽管钉子和螺钉可能不是结构等同，由于钉子采用圆柱形的表面，以将木制部件束缚在一起，而螺钉采用螺旋形的表面，在紧固木制部件的环境中，钉子和螺钉可以是等同结构。申请人的明确的意图不是调用35u.s.c.第112条第6款用于本文中的任何一项权利要求的任何限制，除了权利要求明确地使用单词“手段”连同关联的功能的那些。