Устройство для создания сверхвысокого давления

 

СОК)З СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>)s В 01 Л 3/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

te:» .»«, „

К А 8ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Известно устройство для создания сверхвысокого давления, содержащее соосно установленные конические пуансоны и матрицу с поддерживающими кольцами, в центральном отверстии

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 3253548/26 (22) 12.01.81 (46) 23.01.93. Бюл. 0 3 (71) Институт Физики высоких давлений АН СССР (72) Е.Н.Яковлев, В.Ф.Романов и О.А.Воронов (56) Патент. США 8 2947611, кл. 23-209,1, 1960.

Патент Великобритании к 1485907, кл. В 01 J 3/06, 1977, (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗлАНИЯ

СВЕРХВЫСпКОГО ДАВЛЕНИЯ, содержащее соосно установленные,. скрепленные по боковой поверхности пуансоны, состоящие из опорной и рабочей частей, и составную матрицу, выполненную из кольцевых элементов, разделенных электроизолирующими прокладками, снабженную поддерживающими кольцами, контейнер с образцом, размещенный в осевом отверстии. матрицы, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения срока службы и увеличения надежности устройства, оно снабжено пластичными металлическими кольцевыми втулками,, коаксиально установленными на рабочих частях пуансонов, на пересечении боковых и торцевых

Изобретение относится к области обработки материалов сверхвысоким давлением и в частности к устройствам для синтеза сверхтвердых материалов.

„„SU „„1027877 А1 поверхностей втулок выполнены кольцевые выемки, обращенные к матрице и контактирующие с ее торцевой поверхностью и боковой поверхностью цент";. рального отверстия, в электроизолирующих прокладках размещены .электровводы,и рабочая часть пуансона выполнейа съемной.

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что рабочие части пуансонов выполнены составными из цилиндрических и/или усеченных ко-. нических элементов.

3. Устройство по пп, 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что кольцевые втулки выполнены составными из материалов, твердость которых увеличивается в направлении опорной. части пуансонов.

4. Устройство по пп.1-3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что поверхности рабочих частей пуансонов, обращенные к его опорной части и к образцу, выполнены выпуклыми и вогну- а тыми .соответственно. СЭ

5. Устройство по пп.1-4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что на обращенных одна к другой торцевых поверх- р ностях кольцевых элементов матрицы выполнены кольцевые выступы.

„0,7;,77,которой размещен контейнер с образцом и электроподогревателем и составные цилиндро-конические прокладки, размещенные между рабочей частью пуансона и внутренней поверхностью матрицы.

Недостатком устройства является его небольшой срок службы из-за невысоких прочностных характеристик пуансона.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для создания сверхвысокого давления, содержащее соосно установленные, скрепленные

1 по боковой поверхности пуансоны, состоящие из опорной и рабочей частей, и составную матрицу, выполненную из кольцевых элементов, разделенных сжимасмыми электроизолирующими npo" gp кладками, снабженную поддерживающими кольцами, и контейнер с образцом, размещенный в осевом отверстии мат-! рицы, Недостатком этого устройства яв- 25 ляется малый срок службы и недостаточно высокая надежность. Малый срок службы определяется разрушением рабочих частей пуансонов. При изготовлении всех элементов устрой- ЭО ства из стали и без применения твердых сплавов сверхвысокое давление в нем не достигается из-за разрушения пуансонов.

Недостаточная надежность устройства вызвана перекосом матрицы в процессе нагружения из-за отсутствия автоюстировки устройства и трудностью введения датчиков внутрь реакционного объема через сжимаемые плас- „>О тичные прокладки.

Целью изобретения является повышение срока службы и увеличение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем,15 что предлагаемое устройство для создания сверхвысокого давления содержит соосно установленные, скрепленные по боковой поверхности пуансоны, состоящие из опорной и съемной рабочей частей, пластичные металлические кольцевые втулки, коаксиально установленные на рабочих частях пуансонов, с кольцевыми выемками, выполненными на пересечении боковых и торцевых поверхностей втулок, обращенными к матрице и контактирующими с ее торцевой поверхностью и поверхностью центрального отверстия, составную матрицу, выполненную из кольцевых элементов, разделенных электроизолирующими прокладками с размещенными в них электровводами, и снабженную поддерживающими кольцами, и контейнер с образцом, размещенный в осевом отверстии матрицы.

Применение втулок, установленных на рабочих частях пуансонов, позволяет обеспечить необходимую всестороннюю поддержку пуансонов при нагружении, предотвратить вытекание материала контейнера из рабочего объема при увеличении давления и тем самым увеличить срок службы устройства.

Наличие кольцевых выемок на втулках обеспечивает центровку устройства и облегчает его сборку. Съемная рабочая часть пуансона позволяет обеспечить автоюстировку устроиства при нагружении, Опорная часть пуансона благодаря подвижной рабочей части практически не изнашивается. Электроизолирующая прокладка выполнена тонкой (отношение толщины прокладки к внешнему диаметру кольце- вого элемента 1:50-1:100), так как тонкая прокладка мало изменяет свою толщину при задавливании и не находится в состоянии пластического течения, поэтому проходящие через нее электровводы обеспечивают надежный контакт. с датчиками внутри рабочего обьема, Совокупность всех этих признаков повышает надежность устройства.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство для создания сверхвысокого давления в разрезе, на фиг,2 и 3варианты выполнения рабочих частей пуансона; на фиг.4 - выполнение торцевых поверхностей кольцевых элементов матрицы с размещенной между ними электроизолирующей прокладкой.

Устройство содержит соосно установленные опорные 1 части пуансонов, скрепленные поддерживающими кольцами 2, 3, 4, и рабочие 5 части пуансонов, пластичные металлические кольцевые втулки 6, составную матрицу, выполненную из. кольцевых элементов 7 и поддерживающих колец 8, 9 и 10, разделенных тонкой изолирующей прокладкой 11 с электровводами l2, 8 осевом отверстии кольцевого элемента

7 матрицы размещен контейнер 13 с образцом 14.

5 1

Для увеличения поддержки рабочих

1 частей пуансонов при нагружении кольцевые втулки 6 могут быть выполнены составными из деталей 15 и 16, у которых твердость материалов увеличивается в направлении к опорным частям пуансонов.

Юля уменьшения усилия пресса и величины эффективных напряжений в рабочих 5 частях пуансонов они могут быть выполнены составными из цилиндрических 17, 18 и/или усеченных конических 19 элементов, ля уменьшения величины контактного напряжения поверхности 19 и 20 рабочих 5 частей пуансонов, обра— щенные к опорной 1 части пуансонов и к образцу 14, выполнены выпуклыми и вогнутыми соответственно.

Увеличение запирающего давления в прокладке 11 достигается при наличии кольцевых выступов 21 на обращенных одна к другой торцевых no" верхностях 22 кольцевых элементов 7 матрицы.

Для облегчения сборки устройства кольцевые втулки 6 или детали 16 выполнены с кольцевыми выемками 23.

Сборка устройства производится следующим образом.

На нижнюю опорную плиту пресса устанавливается опорная 1 часть пуансона с .поддерживающими кольцами

2, 3 и 4, На опорную часть пуансона ставится рабочая 5 часть пуансона с втулкой 6 и с нижней цастью контейнера 13. Нижний кольцевой элемент 7 матрицы с поддерживающими кольцами

8, 9 и 10 ставится на втулку 6 таким образом, чтобы кольцевой элемент 7 матрицы вошел в кольцевую выемку 23.

На плоскую верхнюю поверхность 22 матрицы устанавливается прокладка 11 с электровводами 12, а образец 14 размещается внутри контейнера 13.

На прокладку ставится верхний кольцевой элемент 7 матрицы с поддерживающими кольцами 8, 9 и 10, а в его осевое отверстие закладывается верхняя половина контейнера 13. Установка рабочей части пуансона 5, кольцевой втулки 6 и опорной 1 цасти пуансона с поддерживающими кольцами 2, 3 и 4 аналогична сборке устройства в

его нижней части.

Устройство работает следующим образом.

027877 6

Усилие от пресса передается через опорные 1 части пуансонов рабочей 5 части пуансонов и пластичные втулки

6, которые деформируются, оказывая „ - Ф эФФективную поддержку рабочим 5 час" тям пуансонов, сжимающих контейнер

13 с образцом 14. Благодаря поддержке рабочие 5 части пуансонов не разрушаются, а, двигаясь внутрь осевого отверстия матрицы вызывают увеличе-. ние давления. Находясь в состоянии пластического течения, втулки 6 передают усилие на кольцевые элементы

15 7 матрицы, повышая их прочностные свойства и генерируя давление в прокладке 11 между кольцевыми элементами 7, благодаря чему вытекания контейнера 13 через прокладку 11 матрицы не происходит. В прототипе недостаточная соосность устройства приво" дит к появлению закручивающего момента, который может вызвать поломку пуансонов. В предлагаемом устройстве

25 этот не;остаток устраняется за счет свободно перемещающихся по поверхностям опорных 1 частей пуансонов их рабочих 5 частей. Вследствие этого обеспечивается автоюстировка устройЗО ства. Стальные втулки 6 надежно запи" рают рабочий объем при любой высоте рабочих 5 частей пуансонов. Этот фактор определяет величину объема, в котором можно достигнуть заданного

35 давления при определ нной сжимаемости материала контейнера и образца, т,е. эффективность работы устройства.

Тонкая прокладка 11, обладающая низ-.. кой пластичностью и малой толщиной

40 по сравнению с внешним диаметром кольцевых элементов 7 матрицы, не подвержена течению при нагружении и мало изменяет свою толщину, поэтому электровводы 12 работают надежно и не разрушаются.

Сочетание съемных рабочих 5 частей пуансонов с металлическими пластичными втулками 6 позволяет полу" чить давление 60 кбар в объеме более

200.смз без применения дефицитных твердосплавных материалов и удешевить устройство по сравнению с прототипом, где указанное давление при изготовлении всех деталей из стали не достигается. Благодаря юстировке допуски на изготовление деталей од-. норазового пользования в преддагае" мом устройстве достигают 100 мкм, 1027877 в то же время юстировку и изготовление прокладок в известном устройстве необходимо осуществлять с точностью порядка 1 мкм, Предлагаемое устройство было подвергнуто испытанию при давлении

60 кбар и 1500 С (реакционный объем

200 смз, втулки 6 из ст. 3 или аустенитовой стали, прокладка 11 - из асбестовой ткани) и выдержало при выполнении пуансонов из стали более

200 циклов нагружения, в то время

KRK в известном устройстве (при выполнении пуансонов из стали) указанное давление не достигалось.

При выполнении пуансонов в предлагаемом устройстве из твердого сплава BK устройство проработало

1 rop, (более 200 нагружений, 600 ч), причем трещин и вмятин не наблюдалось, что свидетельствует о достиже10 нии поставленной цели - повышение срока службы и надежности предложенного устройства (в то время как в известном устройстве рабочая часть пуансонов при этих условиях разру15 шается).

1027877

Корректор Н.Ревская

«««

Заказ 1088 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11 035 Москва Ж-35 Ра шская наб, . 4/5

3 ю э у у А

« «««

Производственно-издательский комбинат "Патент"., r. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Редактор Т,йарганова Техред М.Моргентал

1У

Х

Ф