Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô phỏng số và xác minh thực nghiệm một khuôn tách lớp đôi mới cho thiết bị áp suất cao dùng để tổng hợp vật liệu siêu cứng
Tóm tắt
Dựa trên các nguyên tắc hỗ trợ khối lượng lớn và hỗ trợ bên, một khuôn tách lớp đôi (DLSD) mới cho thiết bị áp suất cao đã được thiết kế nhằm đạt được khả năng chịu áp lực cao hơn và buồng mẫu lớn hơn. Phân phối ứng suất của các DLSD với số lượng khối tách khác nhau đã được nghiên cứu bằng phương pháp phần tử hữu hạn và so sánh với phân phối ứng suất của khuôn kiểu đai truyền thống (BTD). Kết quả cho thấy rằng các xi lanh và vòng hỗ trợ lớp đầu tiên của DLSD có ứng suất nhỏ hơn đáng kể so với BTD. Ngoài ra, việc tăng số lượng khối tách từ 4 đến 10 làm tăng dần ứng suất của xi lanh nhưng tác động rất nhỏ đến ứng suất của các vòng hỗ trợ. Khả năng chịu áp lực của DLSD với các khối tách khác nhau, đặc biệt là với số lượng khối ít hơn, đều cao hơn đáng kể so với khả năng chịu áp lực của BTD. Các thí nghiệm đối chứng cũng được thực hiện để xác minh các kết quả mô phỏng. Kết luận cho rằng khả năng chịu áp lực của DLSD với 4 và 8 khối tách lần lượt lớn hơn 1.58 và 1.45 lần so với BTD. Công trình này hứa hẹn sẽ có giá trị cho việc tổng hợp thương mại các vật liệu siêu cứng kích thước lớn, chất lượng cao bằng cách sử dụng khuôn áp suất cao tách lớp đôi.
Từ khóa
#khuôn tách lớp đôi #thiết bị áp suất cao #tổng hợp vật liệu siêu cứng #mô phỏng số #phương pháp phần tử hữu hạnTài liệu tham khảo
B. Xu and Y.J. Tian, Superhard materials: recent research progress and prospects, Sci. China Mater., 58(2015), No. 2, p. 132.
Y. Ichida, H. Ohfuji, T. Irifune, T. Kunimoto, Y. Kojima, and T. Shinmei, Synthesis of coarse-grain-dispersed nano-polycrystalline cubic boron nitride by direct transformation under ultrahigh pressure, Diamond Relat. Mater., 77(2017), p. 25.
Q.G. Han, Q.C. Ban, and P.W. Zhu, Design of a novel large volume cubic high pressure apparatus for raising the yield and quality of synthetic diamond, J. Cryst. Growth, 422(2015), p. 29.
H. Chen, C.C. Jia, and S.J. Li, Effect of sintering parameters on the microstructure and thermal conductivity of diamond/ Cu composites prepared by high pressure and high temperature infiltration, Int. J. Miner. Metall. Mater., 20(2013), No. 2, p. 180.
T. Taniguchi, M. Akaishi, Y. Kanke, and S. Yamaoka, TiC-diamond composite disk-heater cell assembly to generate temperature of 2000°C in a large-volume belt-type high-pressure apparatus at 10 GPa, Rev. Sci. Instrum., 75(2004), No. 6, p. 1959.
M. Miyakawa and T. Taniguchi, Homogeneous heating of a sample space by a modified heating assembly in a belt-type high-pressure apparatus, Rev. Sci. Instrum., 86(2015), No. 2, art. No. 025101.
C. Xu, D.W. He, H.K. Wang, J.W. Guan, C.M. Liu, F. Peng, W.D. Wang, Z.L. Kou, K. He, X.Z. Yan, Y. Bi, L. Liu, F.J. Li, and B. Hui, Nano-polycrystalline diamond formation under ultra-high pressure, Int. J. Refract. Met. Hard Mater., 36(2013), p. 232.
V. Fontanari, F. Bellin, M. Visintainer, and G. Ischia, Study of pressure sensitive plastic flow behaviour of gasket materials, Exp. Mech., 46(2006), No. 3, p. 313.
Y.F. Yang, M.Z. Li, and B.L. Wang, Study on stress distribution of tangent split high pressure apparatus and its pressure bearing capacity, Diamond Relat. Mater., 58(2015), p. 180.
L.G. Khvostantsev and V.N. Slesarev, Large-volume high-pressure devices for physical investigations, Phys. Usp., 51(2008), No. 10, p. 1059.
L.Y. Shi, Y.M. Liu, J.H. Huang, S.Q. Zhang, and X.K. Zhao, Growth kinetics of cubic carbide free layers in graded cemented carbides, Int. J. Miner. Metall. Mater., 19(2012), No. 1, p. 64.
C.M. Sung, A century of progress in the development of very high pressure apparatus for scientific research and diamond synthesis, High Temp. High Pressures, 29(1997), No. 3, p. 253.
G. Bocquillon, J.M. Léger, and C. Bogicevic, Optimization of stress in the anvils of an opposed-movement multianvil device, Meas. Sci. Technol., 13(2002), No. 6, p. 885.
V.I. Levitas and O.M. Zarechnyy, Modeling and simulation of strain-induced phase transformations under compression and torsion in a rotational diamond anvil cell, Phys. Rev. B, 82(2010), No. 17, art. No. 174124.
J.W. Fang, C.L. Bull, J.S. Loveday, R.J. Nelmes, and K.V. Kamenev, Strength analysis and optimisation of double-toroidal anvils for high-pressure research, Rev. Sci. Instrum., 83(2012), No. 9, art. No. 093902.
B. Feng, V.I. Levitas, and O.M. Zarechnyy, Plastic flows and phase transformations in materials under compression in diamond anvil cell: Effect of contact sliding, J. Appl. Phys., 114(2013), No. 4, art. No. 043506.
G.Z. Wang, Manufacturing and Application Technology of Superhard Materials, Zhengzhou University Press, Zhengzhou, 2013, p. 150.
Z.W. Liu, M.Z. Li, Q.G. Han, Y.F. Yang, B.L. Wang, and Z. Sui, Numerical simulation and experiment on multilayer stagger-split die, Rev. Sci. Instrum., 84(2013), No. 5, art. No. 053903.
Q.G. Han, M.Z. Li, X.P. Jia, H.A. Ma, and Y.F. Li, Modeling of effective design of high pressure anvils used for large scale commercial production of gem quality large single crystal diamond, Diamond Relat. Mater., 20(2011), No. 7, p. 969.
Y.F. Yang, M.Z. Li, B.L. Wang, and Z.W. Liu, A novel split-belt apparatus: the stress distribution and performance of its tangent split die, High Pressure Res., 35(2015), No. 3, p. 247.
I.C. Getting, G.L. Chen, and J.A. Brown, The strength and rheology of commercial tungsten carbide cermets used in high-pressure apparatus, Pure Appl. Geophys., 141(1993), No. 2–4, p. 545.
T. Klünsner, S. Wurster, P. Supancic, R. Ebner, M. Jenko, J. Glätzle, A. Püschel, and R. Pippan, Effect of specimen size on the tensile strength of WC-Co hard metal, Acta Mater., 59(2011), No. 10, p. 4244.
Q.G. Han, H.A. Ma, R. Li, L. Zhou, Y. Tian, Z.Z. Liang, and X.P. Jia, Finite element analysis of high-pressure anvils according to the principle of lateral support, J. Appl. Phys., 102(2007), No. 8, art. No. 084504.