超高压技术原理

帕斯卡原理是17世纪法国帕斯卡（Pascal）提出的，通常表述如下内容：密闭液体上的压强，能够大小不变地向各个方向传递。 帕斯卡定律是流体力学中，由于液体的流动性，封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化，将大小不变地向各个方向传递。帕斯卡首先阐述了此定律。压强等于作用压力除以受力面积。根据帕斯卡定律，在水力系统中的一个活塞上施加一定的压强，必将在另一个活塞上产生相同的压强增量。如果第二个活塞的面积是第一个活塞的面积的10倍，那么作用于第二个活塞上的力将增大为第一个活塞的10倍，而两个活塞上的压强仍然相等。 这一定律是法国数学家、物理学家、哲学家布莱士·帕斯卡首先提出的。这个定律在生产技术中有很重要的应用，液压机就是帕斯卡原理的实例。它具有多种用途，如液压制动等。帕斯卡还发现静止流体中任一点的压强各向相等，即该点在通过它的所有平面上的压强都相等。这一事实也称作帕斯卡原理。 可用公式表示为： F1/S1=F2/S帕斯卡原理

帕斯卡原

超高压技术等静压技术

等静压技术是一种利用密闭高压容器内制品在各向均等的超高压压力状态下成型的超高压液压先进设备等静压工作原理为帕斯卡定律：“在密闭容器内的介质（液体或气体）压强，可以向各个方向均等地传递。” 等静压技术已有70多年的历史，初期主要应用于粉末冶金的粉体成型；近20年来，等静压技术已广泛应用于陶瓷 铸造、原子能、工具制造、塑料、超高压食品灭菌和石墨等领域。等静压技术按成型和固结时的温度高低，分为冷等静压、温等静压、热等静压三种不同类型。

超高压技术超高压水刀

超高压水刀（水切割）的基本技术既简单又极为复杂。当水被加压至60,000 PSI (或以上)并且从一小开孔通过时, 它可切割各种软质材料包括食品, 纸张, 纸尿片, 橡胶及泡棉. 而当少量的砂如石榴砂被加入水射流中与其混合时, 所产生之加砂水射流, 实际上可切割任何硬质材料包括金属, 复合材料, 防弹材料,石材及玻璃. 超高压水刀也可使用于各种不同的工业表面处理应用如换热器管程清洗,船身清洗及汽车喷漆设备清洗.

超高压技术超高静压技术

static high pressure technique

静态超高压是指可以相对长期维持的高压强。所谓相对长期是指有足够的时间，把压缩功所产生的热量通过热传导的方式与环境温度平衡。因此静态高压是等温压缩过程。 在这个领域粉末冶金的用的等静压设备在150～630MPa 食品杀菌在350～600MPa 试验机型在100MPa～3GPa 金刚石压机大都在5GPa以上 世界人工超高静压是550GPa 超过地心最高压强360 GPa

超高压技术超高压水射流技术

普通水经过一个超高压加压器，将水加压至4,000 bar (60,000psi)，然后通过一个细小的喷嘴(其直径为0.004英寸至0.016英寸)，可产生一道每秒达915公尺(约音速的三倍)的水箭，此道水箭可做各种表面处理及切割各种非金属物质如纸类、纸尿裤、玻璃、纤维、海绵等。

超高压技术动态超高压技术

dynamic ultra-high pressure technique

极强的冲击波（即激波）在介质（主要指固体）中传播时，会使介质的压力、密度、温度等状态参量发生急剧变化。这种状态称为动态超高压状态，产生强冲击波的技术称为动态超高压技术。

一般情况液体或气体压力在0.1mpa～1.6mpa称为低压，1.6mpa～10mpa称为中压，10～100MPa称为高压，100MPa以上称为超高压.本文阐述的UHP技术的压力通常在100～1000MPa.或更高。而把液体或气体加压到100MPa以上的技术称为“超高压技术”（ultra-high pressure, 简称UHP）

超高压技术冷等静压技术

冷等静压技术（HPP），是在常温下，通常用橡胶或塑料作包套模具材料，以液体为压力介质 主要用于粉体材料成型，为进一步烧结，煅造或热等静压工序提供坯体。一般使用压力为100~ 630MPa。

美国Avure Technologies公司冷等静压设备

超高压技术温等静压技术

温等静压技术，压制温度一般在80～120℃下．也有在250~450℃下，使用特殊的液体或气体传递压力，使用压力为300MPa左右。主要用于粉体物料在室温条件下不能成型的石墨、聚酰胺 橡胶材料等。以使能在升高的温度下获得坚实的坯体。

超高压技术热等静压技术

热等静压技术(HIP) 是一种在高温和高压同时作用下，使物料经受等静压的工艺技术，它不仅用于粉末体的固结．睫传统粉末冶金工艺成型与烧结两步作业一并完成．而且还用于工件的扩散粘结，铸件缺陷的消除，复杂形状零件的制作等。在热等静压中，一般采用氩、氨等惰性气体作压力传递介质，包套材料通常用金属或玻璃。工作温度一般为1000~2200℃ ，工作压力常为100~200MPa。 热等静压原理

超高压技术超高压灭菌技术

（HPP)食品超高压灭菌（一种费热杀菌技术）就是在密闭的超高压容器内，用水作为介质对软包装食品等物料施以400～600MPa的压力或用高级液压油施加以100～1000map的压力。从而杀死其中几乎所有的细菌、霉菌和酵母菌，而且不会像高温杀菌那样造成营养成分破坏和风味变化。

西班牙NC Hyperbaric公司超高压灭菌设备

压力单位换算

注：1. 1工程大气压(at)=1公斤力/厘米2.

2. 用水柱表示的压力，是以纯水在4oC时的密度值为标准的.

1兆帕(MPa)=145磅/英寸2(psi)=10.2千克/厘米2(kg/cm2)=10巴(bar)=9.8大气压(at m)

1磅/英寸2(psi)=0.006895兆帕(MPa)=0.0703千克/厘米2(kg/cm2)=0.0689巴(bar)=0.068大气压(at m)

1巴(bar)=0.1兆帕(MPa)=14.503磅/英寸2(psi)=1.0197千克/厘米2(kg/cm2)=0.987大气压(at m)

1大气压(at m)= 101.325千帕(KPa)=0.101325兆帕(MPa)=14.696磅/英寸2(psi)=1.0333千克/厘米2(kg/cm2)=1.0133巴(bar)

1兆帕(MPa)= 106Pa=7500.63mmHg

1Gpa=1000Mpa

真空度以mmHg（Torr）或Kpa、Pa为单位时，指的是绝压，又称残压、压力，剩余压力或吸入压力。

当以Mpa为单位时，指的是弹簧真空表的表压，例：-0.078Mpa。那么绝压应为0.1-0.078=0.022Mpa。

超高压技术DAC装置的问世及发展

本世纪五十年代出现多种静高压发生装置。其中以Bridgman对顶砧及Dfickazner等改进的 bridgmM 容器占主导，最高压力可达20--30GPa。由于选择强度高的优质材料做加载部件是提高压力的关键之一．故人们自然想到用最硬的材料—— 金刚石做压砧。1950年美国的Lawson和Tang首先使用两个单晶金刚石和一个徽型活塞，做成一个高压腔，进行高压x光衍射研究图 1。可惜的是，这次尝试之后，用金刚石做压砧来产生高压，几乎被人们遗忘了。直到1959年美国芝加哥大学的3amieson和Lawson等人用金刚石做了类似

于Bridgn-am容器的装置，得到Bi在3 GPa的x射线衍射图2。同年，美国国家标准局(theNational Bureau of Standards- NBS)的Weir等人设计了一套金刚石压砧容器．以后又做了改进，达到了16 GPa的压强。之后，为产生较高静水压的需要而引入的金属封垫技术及红宝石R线测压技术等，对DAC的发展起了重暮作用，使DAC压砧技术的应用得到很大发展。1978年，H．K．Mao(毛河光)和P．M．Bell在金刚石压砧容器中达到了172GPa压力 ]。1986年，他们在卡内基研究所地球物理实验室获得了超过360 GPa(地心的最大压强)的静压强一550 Gp 。这一静压强的达到．标志着近代高压技术又向前发展了一步。

超高压技术DAC装置及实验技术

2．1 工作原理

图1为DAC装置工作原理示意图。同时推动两个金刚石压砧时，置于两平行金刚石压砧平面之间的样品就受到压力的作用。因压砧顶部直径很小(约0．3 ram)，故可达到较高的压力。

2．2 装置结构

由于产生和调节压力的机构不同，DAC装置有多种类型。现仅以Mao-Befl型为例．对

其结构作一简介。

图2 1为装置整机图。当顺时针拧紧螺栓时，Bellcvf1]~弹簧垫8受到压缩，并通过杠杆臂5和推力块3将活塞1向圆筒2中推进．使分别置于活塞和圆筒上的两块金刚石压砧受到挤压，同时使置于压砧之间的佯品受到高压作用。图3为该装置的核心部分—— 活塞和圆筒的剖视图。

放置金刚石压砧的上下摇床1、2，系由硬质合金加工 上下摇床中央均有一锥形通光孔，压砧的中心要求与锥孔的中心共轴。粘好金刚石的上下摇床披分别置于圆筒和插塞的半圆柱形摇床槽中，并用摇床槽上的顶丝将摇床固定。做实验前，经仔细调整， 使上下压砧“对中”，并使两压砧面达到光学级平行(两压砧之间无等厚干涉条纹)。 调节方法：即调节摇床槽中的顶丝·为调 对中”，需使摇床沿 、 轴移动；为调“平行”，需使摇床分别沿z、y轴转动。

注：此处图片整理中

该技术的优越性就在于能最好地保持被加工食物天然的色、香、味及营养成分, 同时又能有效地克服传统的热加工方式处理食品所带来的种种缺陷, 给食品加工业注入了新的活力。超高压技术与传统的热处理相比, 可以保留更多的营养成分, 减少热敏成分的损失, 并且不会产生热处理所带来的蒸煮味, 因此能够更好地保持食品原有的性状与风味。目前, 超高压技术已被应用于果汁、果酱、肉制品、乳制品、海产品、谷类及豆类的加工中 。

研究谷物大分子（蛋白质、淀粉、纤维素等）组分在不同压力处理条件下的结构与物性发生的变化，从而研究开发谷物及其组分的新特性与新应用，开展粮食物料新功能的研究与开发。利用超高压技术对淀粉进行有目的的改性，可应用于婴幼儿食品、老年食品和保健食品中；采用超高压技术保藏谷物和豆类, 产品具有较长的保藏期等。 2100433B

利用超高压技术在密闭的容器里压入100MPa 以上（液体或气体）的压力并保持一定时间，保压后的容器内（液体或气体）是静止不动的。此类装置称作超高静压设备。