Аппарат сверхвысокого давления

 

Изобретение относится к технике высоких давлений и может быть использовано для проведения физико-химических исследований при сверхвысоких давлениях. Целью изобретения является упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей аппарата за счет увеличения диапазона механических усилий, обеспечения возможности регулирования давления в широком диапазоне и проведения испытаний в динамическом режиме. Сущность изобретения заключается в том, что в аппарат сверхвысокого давления, содержащий цилиндрический корпус с двумя поршнями, на концах которых соосно размещены пуансоны, контейнер для размещения образца и нажимное устройство, включающее рычаг второго рода, введена съемная разборная кассета, внутри которой установлен контейнер с образцом и пуансоны, размещенная в цилиндрическом корпусе, а нажимное устройство дополнительно снабжено двумя шарнирносвязанными рычагами, червячно-зубчатой передачей с редуктором и реверсивным электродвигателем. 5 ил.

Изобретение относится к технике высоких давлений и может быть использовано для проведения физико-химических исследований при сверхвысоких давлениях. Целью изобретения является упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей аппарата за счет увеличения диапазона механических усилий, обеспечения возможности регулирования давления в широком интервале, проведения испытаний в динамическом режиме. Сущность изобретения заключается в том, что известный аппарат сверхвысокого давления, содержащий цилиндрический корпус с двумя поршнями, на концах которых соосно размещены пуансоны, контейнер для размещения образца и нажимное устройство, включающее рычаг второго рода, снабжен съемной разборной кассетой, внутри которой установлен контейнер с образцом и пуансоны, размещенной в цилиндрическом корпусе, а нажимное устройство дополнительно снабжено двумя шарнирно связанными рычагами, червячно-зубчатой передачей с редуктором и реверсивным электродвигателем. На фиг. 1-3 показан аппарат сверхвысокого давления, общий вид; на фиг. 4 - график зависимости логарифма сопротивления ρ от времени; на фиг. 5 - график зависимости сопротивления ρ от развиваемого механического усилия. Аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1, который крепится на столике 2, нажимного устройства, содержащего три шарнирно-соединенных рычага второго рода 3, червячно-зубчатую передачу 4 с редуктором и электродвигателем 5. В цилиндрическом корпусе 1 размещены поршни 6. Поршни составные, электроизолированы от корпуса. Корпус 1 крепится к столику 2 при помощи гайки 7 и быстросъемных шпонок 8. В цилиндрическом корпусе 1 размещены съемная разборная кассета 9, в которой установлены контейнер 10 и пуансоны 11. Пуансоны изготовлены по авт. св. N 1170667. Пуансоны 11 и контейнер с образцом 10 монтируются с помощью разборной кассеты 9, которая затем помещается в цилиндрический корпус 1, обеспечивая соосность поршней 6 и пуансонов 11. Вращением гайки 7 пуансоны 11 зажимаются между поршнями 6. Затем с помощью электродвигателя и редуктора 5 приводится в действие червячно-зубчатая передача 4 и происходит перемещение трех шарнирно-связанных рычагов второго рода 3. Усилие, создаваемое рычагами 3, воспринимается поршнями 6 и передается пуансонами 11. При сжатии между пуансонами 11 контейнера (с образцом) 10 в последнем создается высокое давление. Регулировка скорости изменения давления производится путем изменения передаточного отношения на редукторе, а также может осуществляться за счет ручного привода. Наряду с червячно-зубчатой передачей в редукторе 5 может применяться реечная передача 4. Размещение в цилиндрическом корпусе съемной разборной кассеты, в которой установлены контейнер с образцом и пуансоны, позволяет упростить конструкцию аппарата, поскольку упрощается монтаж пуансонов и контейнера. Соосная установка пуансонов в аппарате достигается за счет формы контейнера, имеющего вид диска с центральными соосными углублениями для рабочих торцов пуансонов (см. фиг. 3), а также за счет соосности углублений в кассете, куда вставляются пуансоны. Соосное расположение углублений, а следовательно, и размещенных в них пуансонов при сборке составных частей кассеты осуществляется благодаря выполненным у них направляющим выступам и осям (см. фиг. 2 и 3). Кассета вставляется так, что пуансоны с контейнером устанавливаются вдоль оси камеры. Параллельность рабочих граней алмазных пуансонов достигается в предложенном аппарате высокого давления за счет плоско-параллельной установки алмазов в пуансонах и плоско-параллельности поршней, между которыми размещаются пуансоны. Поскольку алмазные наковальни жестко скрепляются с пуансоном (см. пример осуществления), то легко добиться параллельности верхней грани алмазной наковальни основанию пуансона. Последнее выполнено перпендикулярно оси пуансона. Параллельность опорных поверхностей поршней также легко достигается. При эксплуатации аппарата плоско-параллельная установка пуансонов сохраняется, так как небольшое изменение угла наклона нижнего рычага компенсируется полусферической опорой нижнего поршня. Упрощение достигается также за счет исключения юстировочных узлов аппарата. Снабжение нажимного устройства дополнительно двумя шарнирно связанными рычагами червячно-зубчатой передачей с редуктором и реверсивным электродвигателем позволяет расширить функциональные возможности аппарата путем увеличения диапазона механических усилий, регулируемого изменения давления и проведения испытаний в динамическом режиме. Диапазон усилий увеличивается за счет увеличения плеч рычага (до 1: 100), скорость изменения давления регулируется путем изменения передаточного отношения редуктора либо вручную, что позволяет проводить электрические и тепловые испытания в динамическом режиме изменения давления. Работа устройства иллюстрируется примером. Был изготовлен аппарат сверхвысокого давления, показанный на фиг. 1 - 3. Пуансоны изготовлены по авт. св. N 1170667 из твердосплавных матриц и вставок из сверхтвердого материала (искусственного алмаза). Узлы аппарата изготовлены из титанового сплава ВТЗ-1. Отношение плеч каждого из трех рычагов составляло от 1: 4 до 1: 7, что давало общее отношение плеч около 1: 100. Передаточное отношение редуктора с червячно-зубчатой передачей составляло 48 и 96. Использовался реверсивный электродвигатель РД-09 для привода аппарата. В аппарате были проведены испытания материалов, претерпевающих фазовые превращения полупроводник-металл под действием давления HgFe - 1,2 и 10 ГПа; HgSe - 0,8 и 21 ГПа; CdTe - 3,0 ГПа. Усилие, создаваемое в аппарате, измерялось с помощью фольговых тензодатчиков типа КФ5, наклеенных на стенку цилиндрического корпуса, и усилителя УТ4-1. К исследуемым образцам подсоединялись два электрических зонда, которые подключались к входу логарифмирующего преобразователя. Электрическое напряжение с выхода преобразователя, пропорциональное логарифму сопротивления ρ, подавалось на вход двухкоординатного потенциометра ПДП-4, либо самопишущего микровольтамперметра Н3012. На зависимостях δ от усилия или от времени наблюдались участки резкого роста или падения при прохождении в материале фазовых переходов ρ от времени для HgTe (кривая 1) и GdTe (кривая 2). Скачки сопротивления, отмеченные стрелками, соответствуют фазовым переходам при давлениях 1, 2, 10 ГПа (кривая 1) и 2,0 ГПа (кривая 2). Усилие пресса при испытаниях нарастало со временем. Запись сигнала на Н3012 производилась при скорости диаграммной ленты 600 мм/ч. Испытания проводились при значениях передаточного отношения на редукторе 48 и 96. На фиг. 5 показан график зависимости ρ от усилия пресса. Стрелкой отмечен фазовый переход в HgSe при давлении 0,8 ГПа. Испытания, показали, что усилие, развиваемое устройством, превышает 20 кН. Предложенное изобретение по сравнению с базовым объектом, в качестве которого принят прототип, позволяет: упростить конструкцию; расширить функциональные возможности аппарата за счет увеличения диапазона механических усилий, обеспечения возможности регулирования давления в широком интервале, проведения испытаний в динамическом режиме; записывать электрические и тепловые характеристики от давления и наблюдать аномалии, связанные с фазовыми переходами. (56) Авторское свидетельство СССР N 1170667, кл. B 01 J 3/06, 1987. Приборы для научных исследований, 1975, N 8, с. 31-38. Фурсенко Б. А. и др. Аппарат сверхвысокого давления для оптических и рентгеновских исследований. Новосибирск, 1983, Институт геологии и геофизики СО АН СССР. Препринт N 1.

Формула изобретения

АППАРАТ СВЕРХВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, содержащий цилиндрический корпус с двумя поршнями, на концах которых соосно размещены пуансоны, контейнер для размещения образца и нажимное устройство, включающее рычаг второго рода, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и расширения функциональных возможностей за счет увеличения диапазона механических усилий, обеспечения возможности регулирования давления в широком интервале, проведения испытаний в динамическом режиме, аппарат снабжен съемной разборной кассетой, в которой установлен контейнер с образцом и пуансоны, размещенной в цилиндрическом корпусе, а нажимное устройство дополнительно снабжено двумя шарнирно связанными рычагами, червячно-зубчатой передачей с редуктором и реверсивным электродвигателем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5