二级六-八模大腔体静高压装置的研制与应用

本项目将设计、集成基于六面顶压腔的二级六-八模大腔体静高压装置。该装置以国产铰链式六面顶压机为主体构架，通过内置不同超硬材料（如多晶金刚石烧结体）及几何尺寸的二级八面体增压单元，使其可产生50 GPa (万大气压)、 2000 K以上的高温高压条件，并可获得毫米量级的样品。整个系统集成所需的关键技术、主要部件及材料均基于国内相关厂家及本项目申请依托单位的自行研发与制造，整体性价比将明显优于国外的同类设备。所研制装置与国外同类设备相比具有结构简单、操作方便、稳定可靠、运行成本低等优点，将成为具有明显优势的大腔体静高压系统。本项目所设计制造的二级大腔体静高压装置具有自主知识产权，可广泛应用于材料的高温高压合成、凝聚态物质在高温高压极端条件下的行为与物性研究，并将推动我国的大腔体静高压技术迈入世界前列，在高压物理、地学研究等领域有相当的国内外潜在用户。

本项目设计、集成了基于六面顶压腔的二级六-八模大腔体静高压装置。该装置以国产铰链式六面顶压机为主体构架，通过内置不同材料（碳化钨硬质合金、多晶金刚石-碳化钨硬质合金复合烧结体）及不同几何尺寸的二级八面体增压单元，使其可产生50 GPa (万大气压)、 2500 K以上的高温高压条件，并可获得尺寸大于1 mm3的样品。针对碳化钨硬质合金的二级八面体增压单元，本项目设计并实验了14/8（八面体传压介质边长/末级立方体截角边长，单位：mm。 下同）、12/6、10/4等三种组装，样品尺寸（直径）-压力-温度条件分别可达3.5mm-17GPa-2500K、3.2mm-19GPa-2600K、及3mm-21GPa-2700K,上述组装均可稳定运行并已投入使用一年以上，先后合成了立方相氮化硅、超硬B-C-N以及纳米聚晶金刚石等块体样品材料。自行设计并制备了可产生高于50 GPa压力的多晶金刚石-硬质合金复合二级八面体增压单元，并采用此种复合二级八面体增压单元，将基于国产六面顶压机构建的二级加压系统的压力标定至了35 GPa，进一步拓展了国内大腔体静高压技术的压力产生范围，同时发展了8/3及5.5/1.5两种组装。与此同时，我们通过技术改造与优化，将原有国产六面顶一级压力极限从约6GPa提高至了10GPa.整个系统集成所需的关键技术、主要部件及材料均基于国内相关厂家及本项目依托单位的自行研发与制造，整体性价比明显优于国外的同类设备，并将二级增压单元技术发展成为了一种与国产六面顶一级压腔相兼容的通用嵌入式系统，方便国内六面顶大腔体静高压装置的升级。所研制装置与国外同类设备相比具有结构简单、操作方便、稳定可靠、运行成本低等优点，已成为具有明显优势的大腔体静高压系统。本项目所设计制造的二级大腔体静高压装置具有自主知识产权，可广泛应用于材料的高温高压合成、凝聚态物质在高温高压极端条件下的行为与物性研究，并将推动我国的大腔体静高压技术迈入世界前列，在高压物理、地学研究等领域有相当的国内外潜在用户。项目实施期间发表了相关论文15篇，申请及获准专利5项。部分成果已推广应用到包括北京大学、中科院物理所、中物院、美国卡耐基地球物理研究所、南非E6公司、台湾钻石工业股份有限公司等国内外近十家单位。