一种硼六氧制备装置

1.本实用新型涉及超硬材料合成与生长技术领域，尤其涉及一种硼六氧制备装置。


背景技术：

2.硼六氧是一种与立方氮化硼单晶硬度相当，断裂韧性与金刚石相媲美的超硬材料。且相对于金刚石和立方氮化硼，硼六氧具有较小的密度，质量更轻，有利于超硬材料的轻量化应用。硼六氧可以通过氧化硼、氧化锌或其它氧化剂氧化单质硼的方法合成，如在氩气气氛下，以硼与氧化硼为原料，在1250-1450℃的温度范围内合成硼六氧，但合成硼氧的比例偏离6：1，且样品结晶度低，晶粒为纳米量级，晶粒很小。目前报道的硼六氧单晶最大只有140μm，对于更大尺寸单晶的制备目前还没有相关报道，而大尺寸单晶的缺失也导致硼六氧的部分本征性能尚未确定。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，本技术提供了一种硼六氧制备装置，以解决现有技术中只能制备纳米量级的小尺寸硼六氧晶粒，导致其部分本征性能尚未确定的技术问题。
4.本实用新型提供如下技术方案：
5.一种硼六氧制备装置，包括：
6.壳体，所述壳体内限定形成有连通的第一容纳腔和第二容纳腔，且所述壳体上开设有与所述第一容纳腔相连通的通孔；
7.导电组件，所述导电组件包括第一导电件、第二导电件和第三导电件，所述第一导电件依次穿设于所述通孔和所述第一容纳腔，所述第二导电件位于所述第一导电件与所述第三导电件之间；
8.保温元件，所述保温元件穿设于所述第二容纳腔，且外包于所述第三导电件；
9.屏蔽组件，所述屏蔽组件包括绝缘元件和包覆元件，所述第三导电件依次外包于所述绝缘元件和所述包覆元件，所述包覆元件用于包覆化学反应样品。
10.在本技术的一些实施例中，所述保温元件开设有阶梯孔，所述第三导电件设置有与所述阶梯孔相适配的凸起部。
11.在本技术的一些实施例中，所述第二导电件分别与所述第一导电件和所述凸起部的端面相抵接。
12.在本技术的一些实施例中，所述第二导电件穿设于所述第二容纳腔，且与所述第二容纳腔的腔壁相抵接。
13.在本技术的一些实施例中，所述保温元件的轴线与所述第三导电件的轴线相重合。
14.在本技术的一些实施例中，所述第一导电件设置有两个，两个所述第一导电件分别位于所述壳体的两相对侧。
15.在本技术的一些实施例中，所述绝缘元件位于所述第三导电件与所述包覆元件之间。
16.在本技术的一些实施例中，所述硼六氧制备装置还包括顶压机和变频交流电源，所述顶压机与所述壳体的表面相抵接，所述变频交流电源与所述第一导电件电连接。
17.在本技术的一些实施例中，所述硼六氧制备装置还包括控制器，所述控制器分别与所述顶压机和所述变频交流电源电连接。
18.在本技术的一些实施例中，所述硼六氧制备装置还包括检测组件，所述检测组件包括压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和所述温度传感器分别与所述控制器电连接。
19.本实用新型的实施例具有如下优点：
20.本技术提出一种硼六氧制备装置，通过在壳体与第三导电件之间设置保温元件，减少了热量散失，从而增加了加热效率，有利于快速提供高温环境，节省用电成本。其中，壳体作为密封与传压介质，以提供高压环境。通过在第三导电件与化学反应样品之间依次设置绝缘元件和包覆元件，绝缘元件作为绝缘屏蔽层，能够隔绝化学反应样品导电，以使第三导电件稳定加热，同时还能够隔绝第三导电件因高温而扩散的组成元素，以避免对化学反应样品造成污染；包覆元件用于包覆化学反应样品，以防化学反应样品与绝缘元件产生反应，对化学反应样品造成污染或侵蚀绝缘元件。通过设置绝缘元件和包覆元件，实现了对化学反应样品的双重防护。其中，化学反应样品为混合均匀的硼粉与硼酸，在硼六氧制备装置内高温高压环境下发生氧化还原反应生成硼六氧和水。具体的，硼粉与硼酸的比例为8:1，温度为2100℃，压力为5.5gpa，实现生成毫米量级的大尺寸硼六氧晶粒，用于后续的硼六氧晶粒各项性能表征，避免了现有技术中只能制备纳米量级的小尺寸硼六氧晶粒，导致其部分本征性能尚未确定的技术问题。
21.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
23.图1示出了本技术一些实施例中硼六氧制备装置的一剖视示意图；
24.图2示出了本技术一些实施例中硼六氧制备装置的另一剖视示意图；
25.图3示出了本技术一些实施例中硼六氧制备装置的一视角示意图；
26.图4示出了本技术一些实施例中硼六氧制备装置的另一视角示意图。
27.主要元件符号说明：
28.100-硼六氧制备装置；10-壳体；101-第一容纳腔；102-第二容纳腔；103-通孔；20-导电组件；201-第一导电件；202-第二导电件；203-第三导电件；2031-凸起部；30-保温元件；301-阶梯孔；40-屏蔽组件；401-绝缘元件；402-包覆元件；50-化学反应样品。
具体实施方式
29.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
30.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
31.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
33.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
34.如图1至图4所示，本技术的实施例提供了一种硼六氧制备装置100，主要用于制备合成硼六氧。该硼六氧制备装置100包括壳体10、导电组件20、保温元件30和屏蔽组件40。
35.其中，所述壳体10内限定形成有连通的第一容纳腔101和第二容纳腔102，且所述壳体10上开设有与所述第一容纳腔101相连通的通孔103。所述导电组件20包括第一导电件201、第二导电件202和第三导电件203，所述第一导电件201依次穿设于所述通孔103和所述第一容纳腔101，所述第二导电件202位于所述第一导电件201与所述第三导电件203之间。所述保温元件30穿设于所述第二容纳腔102，且外包于所述第三导电件203。所述屏蔽组件40包括绝缘元件401和包覆元件402，所述第三导电件203依次外包于所述绝缘元件401和所述包覆元件402，所述包覆元件402用于包覆化学反应样品50。
36.本技术实施例提供的硼六氧制备装置100，壳体10内限定形成有连通的第一容纳腔101和第二容纳腔102，且壳体10上开设有与第一容纳腔101相连通的通孔103。其中，第一容纳腔101设置有两个，两个第一容纳腔101位于壳体10的两相对侧，第二容纳腔102位于两个第一容纳腔101之间，壳体10也相对应两个第一容纳腔101开设有两个通孔103。第一导电件201依次固定穿设于通孔103、第一容纳腔101，且第二导电件202位于第一导电件201与第三导电件203之间，使得第一导电件201、第二导电件202和第三导电件203形成了导电通道，通过功率控制下电阻发热的形式产生高温，从而使得第三导电件203通电并依靠其自身电
阻持续加热，进而为化学反应样品50发生氧化还原反应提供高温环境。保温元件30固定穿设于第二容纳腔102，且外包于第三导电件203，以减少热量散失，从而增加了第三导电件203的加热效率，有利于为化学反应样品50的氧化还原反应快速提供高温环境，并且能够节省用电成本。
37.具体的，壳体10作为密封与传压介质，能够为化学反应样品50的氧化还原反应提供高压环境。第三导电件203依次外包于绝缘元件401、包覆元件402，包覆元件402用于包覆化学反应样品50。通过在第三导电件203与化学反应样品50之间依次设置绝缘元件401和包覆元件402，绝缘元件401作为绝缘屏蔽层，能够隔绝化学反应样品50导电，以使第三导电件203持续稳定地加热，同时还能够隔绝第三导电件203因高温而扩散的组成元素，以避免对化学反应样品50造成污染。包覆元件402用于包覆化学反应样品50，以防化学反应样品50与绝缘元件401产生反应，对化学反应样品50造成污染或侵蚀绝缘元件401。通过设置绝缘元件401和包覆元件402，实现了对化学反应样品50的双重防护。其中，化学反应样品50为混合均匀的硼粉与硼酸，在硼六氧制备装置100内高温高压环境下发生氧化还原反应生成硼六氧和水，实现生成毫米量级的大尺寸硼六氧晶粒，用于后续的硼六氧晶粒各项性能表征，避免了现有技术中只能制备纳米量级的小尺寸硼六氧晶粒，导致其部分本征性能尚未确定的技术问题。
38.示例性的，壳体10采用的材质可以为叶蜡石块，以提供良好的密封性和传压性。第二导电件202采用的材质可以为钼片，以提高导电效率，且具有一定的保温作用，减少热量散失。第三导电件203采用的材质可以为石墨，利用石墨的导电性以及其自身的电阻，通电后能够依靠电阻持续发热，从而为化学反应提供高温条件。保温元件30采用的材质可以为氧化锆，以提供良好的保温性能，减少热量散失，提高加热效率，利于快速提供高温环境，减少用电成本。绝缘元件401采用的材质可以为氧化镁，具有良好的绝缘性和传热性，提高热传递效率，隔绝化学反应样品50导电，使石墨材质的第三导电件203稳定加热，同时还能够隔绝石墨第三导电件203因高温而扩散的碳元素，以避免对化学反应样品50造成污染。包覆元件402采用的材质可以为六方氮化硼，用于包覆硼粉与硼酸混合均匀的化学反应样品50，以防化学反应样品50与氧化镁材质的绝缘元件401发生反应，对化学反应样品50造成污染或侵蚀绝缘元件401。
39.需要说明的是，化学反应样品50为按8:1比例混合均匀的硼粉与硼酸，在硼六氧制备装置100内高温高压环境下发生氧化还原反应生成硼六氧和水，其化学反应方程式为：16b 2h3bo3＝3b6o 3h2o。其中，高温环境的温度可以为2100℃，高压环境的压力可以为5.5gpa，实现制备生成毫米量级的大尺寸硼六氧晶粒。
40.如图1所示，在本技术的一个实施例中，可选的，所述保温元件30开设有阶梯孔301，所述第三导电件203设置有与所述阶梯孔301相适配的凸起部2031。
41.在本实施例中，保温元件30外包于第三导电件203，且其靠近第一导电件201的端面开设有用于供第三导电件203穿设的阶梯孔301。其中，第三导电件203设置有与阶梯孔301相适配的凸起部2031，以使第三导电件203、第二导电件202和第一导电件201相互接触形成导电通道，提高导电效率，并通过功率控制下控制第三导电件203的电阻发热产生高温，从而为化学反应样品50的氧化还原反应提供高温条件。
42.如图1所示，在本技术的上述实施例中，可选的，所述第二导电件202分别与所述第
一导电件201和所述凸起部2031的端面相抵接。
43.在本实施例中，第二导电件202位于第一导电件201与第三导电件203的凸起部2031之间，且分别与第一导电件201和凸起部2031的端面相抵接，使得第一导电件201、第二导电件202和第三导电件203相互抵接接触，从而形成导电通道，提高了导电率和导电稳定性，进而使得第三导电件203能够稳定通电并依靠其电阻持续加热产生高温。
44.如图1所示，在本技术的上述实施例中，可选的，所述第二导电件202穿设于所述第二容纳腔102，且与所述第二容纳腔102的腔壁相抵接。
45.在本实施例中，第二导电件202穿设于第二容纳腔102，且与第二容纳腔102的腔壁相抵接。其中，第二导电件202的直径与第二容纳腔102的直径相等，以使第二导电件202的位置固定，防止其组装时产生偏位而影响与第一导电件201和第三导电件203的接触，从而影响导电效率和第三导电件203的加热。通过设置第二导电件202与第二容纳腔102的腔壁相抵接，提高了导电通道的稳固性。
46.如图1、图2和图3所示，在本技术的一个实施例中，可选的，所述保温元件30的轴线与所述第三导电件203的轴线相重合。
47.在本实施例中，保温元件30的轴线与第三导电件203的轴线相重合，以使第三导电件203与保温元件30同轴心设置，使得保温元件30均匀外包于第三导电件203，以使保温元件30的保温壁厚均匀相等，从而实现均匀保温，增强了保温作用，减少了热量散失。
48.如图1所示，在本技术的一个实施例中，可选的，所述第一导电件201设置有两个，两个所述第一导电件201分别位于所述壳体10的两相对侧。
49.在本实施例中，第一导电件201设置有两个，两个第一导电件201分别位于壳体10的两相对侧。其中，壳体10的两相对侧对应开设有两个通孔103和两个第一容纳腔101。一个第一导电件201依次穿设于其中的一个通孔103、一个第一容纳腔101，另一个第一导电件201依次穿设于其中的另一个通孔103、另一个第一容纳腔101。一个第一导电件201分别与一个第二导电件202和第三导电件203的一端相接触形成导电通道一，另一个第一导电件201分别与另一个第二导电件202和第三导电件203的另一端相接触形成导电通道二。通过增加第一导电件201的数量，增加了导电通道的数量，从而提高了导电率，进而提高了第三导电件203的加热效率，有利于快速为化学反应样品50的氧化还原反应提供高温环境。
50.如图1、图2和图3所示，在本技术的一个实施例中，可选的，所述绝缘元件401位于所述第三导电件203与所述包覆元件402之间。
51.在本实施例中，绝缘元件401位于第三导电件203与包覆元件402之间。其中，第三导电件203、绝缘元件401和包覆元件402采用的材质分别为石墨、氧化镁和六方氮化硼。氧化镁材质的绝缘元件401作为绝缘屏蔽层，能够隔绝化学反应样品50导电，以使石墨材质的第三导电件203稳定加热，同时还能够隔绝石墨材质的第三导电件203因高温而扩散的碳元素，以避免对化学反应样品50造成污染。六方氮化硼材质的包覆元件402用于包覆化学反应样品50，以防化学反应样品50与氧化镁材质的绝缘元件401产生反应，对化学反应样品50造成污染或侵蚀绝缘元件401。通过设置绝缘元件401位于第三导电件203与包覆元件402之间，实现了对化学反应样品50的双重防护。
52.在本技术的一个实施例中，可选的，所述硼六氧制备装置100还包括顶压机和变频交流电源，所述顶压机与所述壳体10的表面相抵接，所述变频交流电源与所述第一导电件
201电连接。
53.在本实施例中，顶压机与壳体10的表面相抵接，以使壳体10内部产生高压环境，变频交流电源与第一导电件201电连接，以对第一导电件201、第二导电件202和第三导电件203组成的导电组件20提供电力，且能够通过变频调整功率以控制第三导电件203的发热，从而实现对温度的调控。其中，顶压机可以为四面顶压机或六面顶压机。
54.在本技术的上述实施例中，可选的，所述硼六氧制备装置100还包括控制器，所述控制器分别与所述顶压机和所述变频交流电源电连接。
55.在本实施例中，控制器分别与顶压机和变频交流电源电连接。其中，控制器与顶压机电连接以实现对其产生的压力进行控制，实现压力的可调控。控制器与变频交流电源电连接以实现对其功率的控制，从而控制第三导电件203的加热功率，实现温度的可调控。
56.在本技术的上述实施例中，可选的，所述硼六氧制备装置100还包括检测组件，所述检测组件包括压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和所述温度传感器分别与所述控制器电连接。
57.在本实施例中，硼六氧制备装置100内还设置有分别与控制器电连接的压力传感器和温度传感器。其中，控制器能够根据压力传感器和温度传感器反馈的数值分别控制顶压机和变频交流电源的工作状态，从而实现压力和温度的可调控性。
58.如图2、图3和图4所示，在本技术的一个实施例中，可选的，所述导电组件20、所述保温元件30和所述屏蔽组件40的外形均为圆柱形状。
59.在本实施例中，导电组件20、保温元件30和屏蔽组件40的外形均为圆柱形状。壳体10的外形为正方体。
60.综上所述，本技术提供的硼六氧制备装置，通过在壳体与第三导电件之间设置保温元件，减少了热量散失，从而增加了加热效率，有利于快速提供高温环境，节省用电成本。其中，壳体作为密封与传压介质，以提供高压环境。通过在第三导电件与化学反应样品之间依次设置绝缘元件和包覆元件，绝缘元件作为绝缘屏蔽层，能够隔绝化学反应样品导电，以使第三导电件稳定加热，同时还能够隔绝第三导电件因高温而扩散的组成元素，以避免对化学反应样品造成污染；包覆元件用于包覆化学反应样品，以防化学反应样品与绝缘元件产生反应，对化学反应样品造成污染或侵蚀绝缘元件。通过设置绝缘元件和包覆元件，实现了对化学反应样品的双重防护。其中，化学反应样品为混合均匀的硼粉与硼酸，在硼六氧制备装置内高温高压环境下发生氧化还原反应生成硼六氧和水。具体的，硼粉与硼酸的比例为8:1，温度为2100℃，压力为5.5gpa，实现生成毫米量级的大尺寸硼六氧晶粒，用于后续的硼六氧晶粒各项性能表征，避免了现有技术中只能制备纳米量级的小尺寸硼六氧晶粒，导致其部分本征性能尚未确定的技术问题。
61.在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
62.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
63.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本
实用新型的保护范围。