一种用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置及方法

1.本发明涉及金刚石压腔技术领域，尤其涉及一种用于金刚石压腔的气体传压介质加装装置及方法。


背景技术：

2.金刚石对顶砧是一种能够产生百万大气压静态压力的科学装置，是高压科学与技术研究领域中最重要的科学仪器。利用特制的金刚石压砧，已知的压力上限已经超过了1tpa，如果再结合高温技术，实验室模拟的温度和压力环境完全可以研究地球相关物质的物理和化学性质，是解释地震波数据、了解地球内部结构和动力学过程的重要途径。
3.为了提供一个准静水压的压力环境，避免产生应力场影响实验的结果，需要在金刚石压砧与金属垫片之间围成的样品腔内加装气体、液体或者固体类传压介质，以保证样品腔中的样品处于相对稳定的静水压的压力环境。在上述传压介质中，液体与固体传压介质加装简单方便；气体传压介质加装时需要先用液氮将目标气体液化为液体，再将液态的气体传压介质加装在样品腔内，加装过程较为复杂。目前，市面上没有专门的实验设备用于气体传压介质的加装，只能选用一些较大且笨重的设备进行气体传压介质加装操作。基于上述背景，需要专门设计一款实验设备用于金刚石压腔气体传压介质的加装。


技术实现要素：

4.本发明旨在提出一种用于金刚石压腔气体传压介质加装的装置，能够有效地向金刚石对顶砧的样品腔内加装气体传压介质。
5.本发明提供一种用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置，包括：保温杯、保温杯盖、金属杯、金属杯盖和封盖；
6.所述保温杯盖可拆卸地安装在所述保温杯的顶部；所述保温杯盖上设置有安装孔；所述保温杯盖上设置有固定夹，用于将所述金属杯盖固定在所述金属杯的顶部；
7.所述金属杯可拆卸地插设在所述安装孔内；所述金属杯的上端与所述保温杯盖抵接，下端悬置在所述保温杯内；
8.所述金属杯盖可拆卸地设置于所述金属杯的顶部；所述金属杯盖上设置有四个避让孔，分别用于方便扳手拧紧金刚石压腔上的四根紧固螺栓；
9.所述封盖上设置有两个第一塞子和两个第二塞子；两个所述第一塞子和两个所述第二塞子分别用于插设在四个所述避让孔内；所述第一塞子贯穿设置在所述封盖上；所述第一塞子的上端设置有接头部，用于外接管路；所述第一塞子的轴向设置有气流通道，所述气流通道用于连通所述金属杯的内部和外部。
10.在一些优选地实施例中，所述金属杯盖呈无色透明状；所述封盖呈中间开口的圆环状；所述金属杯内的底部设置有led灯组件；所述封盖、所述金属杯盖和所述led灯组件配合，用于方便使用者观察所述金属杯的内部。
11.在一些更加优选地实施例中，所述金属杯盖的材质为亚克力。
12.在一些更加优选地实施例中，所述led灯组件包括led灯和灯座；所述led灯固定设置在所述灯座的顶部。
13.在一些优选地实施例中，所述金属杯的上端呈喇叭口状；所述金属杯上端的外径大于所述安装孔的内径。
14.在一些优选地实施例中，所述固定夹包括夹板、推板、拉杆和底座；所述底座固定设置在所述保温杯盖的顶部；所述底座为中空结构，且所述底座的顶部设置有通孔；所述拉杆可移动地设置在所述通孔内；所述拉杆的下端沿伸至所述底座的内部，上端沿伸至所述底座的外部；所述夹板的一端与所述拉杆的上端铰接，另一端用于挤压所述金属杯盖的顶部；所述拉杆的外侧套设有弹簧，所述拉杆的底部设置有限位板；所述弹簧的上端与所述底座内的顶部抵接，下端与所述限位板抵接；所述弹簧处于压缩状态；所述底座、所述拉杆、所述弹簧和所述夹板配合，用于将所述金属杯盖固定在所述金属杯的顶部；所述夹板上设置有推板，用于方便转动所述夹板。
15.在一些优选地实施例中，所述保温杯的底部设置有吸盘，用于将所述保温杯固定在操作台上。
16.在一些更加优选地实施例中，所述吸盘为真空吸盘；所述吸盘的数量为四个，四个所述吸盘均匀分布在所述保温杯的底部。
17.在一些优选地实施例中，所述固定夹的数量为四个；四个所述固定夹均匀分布在所述保温杯盖上。
18.本发明还提出一种采用上述用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置加装气体传压介质的方法，包括如下步骤：
19.s1、将所述用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置放置在体视显微镜的平台上；
20.s2、点亮所述led灯组件，拧松所述金刚石压腔上的紧固螺栓，抬高金刚石对顶砧中位于上方的金刚石压砧，使所述金刚石压砧与所述金刚石对顶砧中的金属垫片之间产生缝隙，并将拧松紧固螺栓后的所述金刚石压腔放置于所述led灯组件上，盖上所述金属杯盖；
21.s3、将装有气体传压介质的气瓶通过进气软管与两个所述接头部中的一个连通，将另一个所述接头部与排气软管的一端连通，拧开所述气瓶，使得所述气体传压介质进入到所述金属杯内，将所述金属杯内的空气通过所述排气软管排出至外部；
22.s4、用夹子夹紧所述排气软管的另一端，使其断开与外界大气的连通；打开所述保温杯盖，向所述保温杯内加入冷却介质后盖上所述保温杯盖，使得所述气体传压介质在所述金属杯内液化；
23.s5、当在体视显微镜下观察到金刚石对顶砧中的样品腔内充满液体，并且液化的所述气体传压介质的液面完全没过位于所述金刚石对顶砧上方的所述金刚石压砧时，关闭气瓶，拔出所述封盖，通过扳手拧紧所述金刚石压腔上的紧固螺栓。
24.本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明中用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置，包括：保温杯、保温杯盖、金属杯、金属杯盖和封盖；所述保温杯盖可拆卸地安装在所述保温杯的顶部；所述保温杯盖上设置有安装孔；所述保温杯盖上设置有固定夹，用于将所述金属杯盖固定在所述金属杯的顶部；所述金属杯可拆卸地插设在所
述安装孔内；所述金属杯的上端与所述保温杯盖抵接，下端悬置在所述保温杯内；所述金属杯盖可拆卸地设置于所述金属杯的顶部；所述金属杯盖上设置有四个避让孔，分别用于方便扳手拧紧金刚石压腔上的四根紧固螺栓；所述封盖上设置有两个第一塞子和两个第二塞子；两个所述第一塞子和两个所述第二塞子分别用于插设在四个所述避让孔内；所述第一塞子贯穿设置在所述封盖上；所述第一塞子的上端设置有接头部，用于外接管路；所述第一塞子的轴向设置有气流通道，所述气流通道用于连通所述金属杯的内部和外部；使用时，先拧松所述金刚石压腔的紧固螺栓，抬高金刚石对顶砧中位于上方的金刚石压砧，使所述金刚石压砧与所述金刚石对顶砧中的金属垫片之间产生缝隙，并将拧松紧固螺栓后的所述金刚石压腔放置在所述金属杯内，然后向所述金属杯内通入气体传压介质，再向所述保温杯内加装冷却介质；在所述冷却介质的作用下，所述气体传压介质冷却液化，当液化后的所述气体传压介质在所述金属杯内的液面高于金刚石对顶砧时，液化后的所述传压介质通过金刚石压砧与金属垫片之间的缝隙流入所述金刚石对顶砧的样品腔内，当所述样品腔内充满所述气体传压介质时，取下所述封盖，使用所述扳手穿过所述避让孔拧紧所述金刚石压腔上的紧固螺栓，实现对所述金刚石压腔气体传压介质的加装，使用简单、方便，能够有效地用于所述金刚石压腔气体传压介质的加装。
附图说明
25.图1为本发明某一实施例中用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置的立体结构示意图；
26.图2为图1用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置的侧视图；
27.图3为图2用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置中a
‑
a方向的剖面结构示意图；
28.图4为图1用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置中保温杯盖2的立体结构示意图；
29.图5为图1用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置中金属杯盖4的立体结构示意图；
30.图6为图1用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置中led灯组件6的立体结构示意图；
31.图7为图4保温杯盖2中固定夹7的立体结构示意图；
32.图8为图7固定夹7的侧视图；
33.图9为图8固定夹7中b
‑
b方向的剖面结构示意图；
34.图10为现有技术中金刚石压腔9的立体结构示意图；
35.图11为图10金刚石压腔9的侧视图；
36.图12为图11金刚石压腔9中金刚石对顶砧8的侧视图；
37.图13为图1用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置中封盖5的立体结构示意图；
38.其中，1、保温杯；101、吸盘；2、保温杯盖；201、安装孔；3、金属杯；4、金属杯盖；401、避让孔；5、封盖；501、第一塞子；502、气流通道；503、第二塞子；504、接头部；6、led灯组件；601、led灯；602、灯座；7、固定夹；701、夹板；702、推板；703、拉杆；704、底座；705、弹簧；706、限位板；8、金刚石对顶砧；801、金刚石压砧；802、样品腔；803、金属垫片；9、金刚石压腔；10、
紧固螺栓。
具体实施方式
39.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
40.请参考图1至图5，本发明的实施例提供了一种用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置，包括：保温杯1、保温杯盖2、金属杯3、金属杯盖4和封盖5。
41.保温杯1用于盛放冷却介质，具有一定的保温效果。
42.保温杯盖2可拆卸地安装在保温杯1的顶部；保温杯盖2与保温杯1的顶部止口连接；保温杯盖2上设置有安装孔201；安装孔201位于保温杯盖2的中间位置；保温杯盖2上设置有固定夹7；固定夹7的数量为四个；四个固定夹7均匀分布在保温杯盖2上，且位于同一圆周上；四个固定夹7配合，用于将金属杯盖4固定在金属杯3的顶部。
43.金属杯3可拆卸地插设在安装孔201内；金属杯3的上端与保温杯盖2抵接，下端悬置在保温杯1内；使用时，所述冷却介质填充于保温杯1、保温杯盖2和金属杯3之间围合形成的空间内，并与金属杯3的外壁充分接触，通过金属杯3与位于金属杯3内的气体传压介质进行热交换。
44.金属杯盖4可拆卸地设置于金属杯3的顶部，用于盖设在金属杯3的顶部；金属杯盖4上设置有四个避让孔401，分别用于方便扳手拧紧金刚石压腔9上的四根紧固螺栓10；使用时，位于金属杯3内的金刚石压腔9上的四根紧固螺栓10分别位于避让孔401的正下方；当所述气体传压介质加装完成后，使用扳手从避让孔401伸入金属杯3内，将金刚石压腔9上的紧固螺栓10拧紧，可以实现在低温状态下完成对金刚石压腔9的紧固，有效地防止将加装完的金刚石压腔9移出至金属杯3的外部进行紧固导致的样品腔802内的气体传压介质挥发。
45.参考图13，封盖5上设置有两个第一塞子501和两个第二塞子503；两个第一塞子501和两个所述第二塞子503分别用于插设在四个避让孔401内；第一塞子501贯穿设置在封盖5上，并通过胶水与封盖5进行固定；所述第二塞子503位于封盖5的底部，并与封盖5通过胶水进行固定；第一塞子501的上端设置有接头部504，用于外接管路；第一塞子501的轴向设置有气流通道502，气流通道502用于连通金属杯3的内部和外部。
46.具体地，参考图3和图6，金属杯盖4呈无色透明状；封盖5呈中间开口的圆环状，方便从封盖5的开口处透过金属杯盖4观察金属杯3的内部；金属杯3内的底部设置有led灯组件6；led灯组件6包括led灯601和灯座602；led灯601固定设置在灯座602的顶部；封盖5、金属杯盖4和led灯组件6配合，用于方便使用者观察金属杯3的内部；使用时，点亮led灯601，将金刚石压腔9放置在灯座602上，并将所述用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置放置在体视显微镜的操作台上；通过所述体视显微镜可以观察到样品腔802内气体传压介质的加装情况。
47.在本实施例中，金属杯盖4的材质为亚克力；具体地，所述亚克力为高透亚克力。
48.具体地，参考图3，金属杯3的上端呈喇叭口状；金属杯3上端的外径大于安装孔201的内径；金属杯3的上端外侧与安装孔201的侧壁顶部抵接，将金属杯3支撑在保温杯1内；金属杯3的上端突出于保温杯盖2。
49.具体地，参考图7至图9，固定夹7包括夹板701、推板702、拉杆703和底座704；底座
704固定设置在保温杯盖2的顶部；底座704为中空结构，且底座704的顶部设置有通孔(图中未示出)；拉杆703可移动地设置在所述通孔内；拉杆703的下端沿伸至底座704的内部，上端沿伸至底座704的外部；夹板701的一端与拉杆703的上端铰接，另一端用于挤压金属杯盖4的顶部；拉杆703的外侧套设有弹簧705，拉杆703的底部设置有限位板706；弹簧705的上端与底座704内的顶部抵接，下端与限位板706抵接；弹簧705处于压缩状态；底座704、拉杆703、弹簧705和夹板701配合，用于将金属杯盖4固定在金属杯3的顶部；夹板701上设置有推板702，用于方便转动夹板701；推板702与夹板701垂直设置，且位于拉杆703的正上方；夹板701在弹簧705的作用下，与保温杯盖2保持平行，并与金属杯盖4的顶部抵接；需要取下金属杯盖4时，通过推板702转动夹板701，使得夹板701与保温杯盖2处于垂直状态即可。
50.进一步地，参考图1，为了将保温杯1固定在操作平台上，保温杯1的底部设置有吸盘101；吸盘101为真空吸盘；吸盘101的数量为四个，四个吸盘101均匀分布在保温杯1的底部。
51.参考图10至图11，现有技术中的金刚石压腔9通过四根紧固螺栓10将金刚石对顶砧8压紧；现有技术中的金刚石对顶砧8包括金刚石压砧801和金属垫片803；金刚石压砧801与金属垫片803之间形成有样品腔802；所述用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置用于将所述气体传压介质加装至样品腔802内；加装时，先通过所述扳手将紧固螺栓10拧松，并轻拉金刚石压腔9，在金刚石压腔9自身的摩擦力下，位于上方的金刚石压砧801会悬浮于金属垫片803上，使得金刚石压砧801与金属垫片803之间产生缝隙，方便所述气体传压介质液化后进入到样品腔802内。
52.示例性地，所述扳手可以为内六角扳手；相应地，紧固螺栓10为内六角螺栓；需要拧紧紧固螺栓10时，取下封盖5，将所述内六角扳手通过避让孔401伸入至金属杯3内，拧紧紧固螺栓10；同时，使用者可以通过金属杯盖4观察金属杯3内的情况，方便拧紧紧固螺栓10。
53.采用本实施例中用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置加装气体传压介质的方法，包括如下步骤：
54.s1、将所述用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置通过吸盘101固定在体视显微镜的操作平台上；
55.s2、点亮led灯601，拧松金刚石压腔9上的紧固螺栓10，抬高金刚石对顶砧8中位于上方的金刚石压砧801，使所述金刚石压砧801与所述金刚石对顶砧8中的金属垫片803之间产生缝隙，并将拧松紧固螺栓10后的金刚石压腔9放置于led灯组件6上，盖上金属杯盖4；
56.s3、将装有气体传压介质的气瓶通过进气软管(图中未示出)与两个所述接头部504中的一个连通，将另一个所述接头部504与排气软管(图中未示出)的一端连通，拧开所述气瓶，使得所述气体传压介质进入到金属杯3内，将金属杯3内的空气通过所述排气软管排出至外部；
57.s4、用夹子夹紧所述排气软管的另一端，使其断开与外界大气的连通；打开保温杯盖2，向保温杯1内加入冷却介质后盖上保温杯盖2，使得所述气体传压介质在金属杯3内液化；
58.s5、当在体视显微镜下观察到金刚石对顶砧8中的样品腔802内充满液体，并且液化的所述气体传压介质的液面完全没过位于所述金刚石对顶砧8上方的所述金刚石压砧
801时，关闭气瓶，拔出封盖5，通过扳手拧紧金刚石压腔9上的紧固螺栓10，完成所述气体传压介质的加装。
59.在本实施例中，所述冷却介质为液氮；用于所述气体传压介质的气体为氩气；氩气的质量大于空气，且易于液化；当所述氩气从气流通道502进入到金属杯3内时，先下降至金属杯3的底部将上方的空气通过另一气流通道502排出至金属杯3的外部。
60.本实施例中用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置的优点如下：
61.本实施例中用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置依据金刚石压腔9的实际尺寸设计，可以放在体视显微镜下进行观察，加装装置小巧，方便便携，提高了所述用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置的便携性，保障了金刚石压腔9异地实验的可能性；
62.其次，将金属杯3悬置于保温杯1内，保证了气体传压介质与液氮的热交换面积，提高了液氮的制冷效率，缩减了气体传压介质液化加装的时间；
63.再次，本实施例中用于金刚石压腔气体传压介质的加装装置，可以在所述体视显微镜下操作，实现了金刚石压腔9气体传压介质加装过程的可视化。
64.在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
65.在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
66.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。