Поршневой пьезометр сверхвысокого давления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик i» 7О5288 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.11.76 (21):, 2422206/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 25,12.79. Бюллетень Рй 47 (5l)M. Кл.

G 01 - 7/16

3Ъоударотвеиимй комитет

СССР до делам нзооретеиий и открытий (5З) УДК 531.787, .3 (088.8 ) Дата опубликования описания 26.12.79

А. М. Мазуренко, М. А. Козловский, Э. Б. Ракицкий, М. И. Галков и С. М. Барановский (72) Авторы изобретения

Институт физики твердого тела и полупроводников . АН Белорусской CCP (71) Заяви1ель (54) ПОРШНЕВОЙ ПЬЕЗОМЕТР СВЕРХВЫСОКОГО

ДАВЛЕНИ Я

Ф

Изобретение относится к области химического машиностроения, более точно, .к устройствам для создания сверхвысоких давлений и может быть использовано для синтеза искусственных сверх5 твердых материалов, а также физикохимических исследований веществ в условиях воздействия высоких давлений и температур.

Известны поршневые пьезометры сверх10 высокого давления, в которых сжатие

/ контейнера с обрабатываемым образцом осуществляется в цилиндрической камере поршнем, хорошо подогнанным по размеру отверстия в цилиндре Ill.

Однако для работы этих устройств требуются двусторонние прессовые установки, один из поршней которых осуществляет торцовую поддержку рабочего цилиндра, а второй — сжатие образца в цилиндре при вдавливании в него pa6o- чего поршня.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является поршневой пьезометр, в котором давление на о6ра батываемый образец создается двумя поршнями,,:установленными соосно, каждый из которых хорошо подогнан соответственно по диаметру рабочего цилиндра и цилиндра поддерживающей ступени L2). Поршень поддерживающей ступени, перемещаясь под действием пресса, двигает рабочий поршень меньшего диаметра, создающий в рабочем цилиндре сверхвысокое давление, и осуществляет сжатие твердого пластичного материала, расположенного в кольцевой полости цилиндра поддерживающей ступени, создавая при этом радиальную поддержку рабочего поршня.

Недостатками указанного поршневого пьезометра являются небольшой срок службы и сложность в эксплуатации вследствие необходимости двустороннего. пресса для его работы. Небольшой срок службы известного поршневого пьезомет ра обусловлен тем, что при создании давления в цилиндрической камере, в рабочем порш7052

*уф . « не возникают напряжения, несколько превышающие таковые в камере, а по абсолютной величине они превосходят предел прочности материала поршня.

Радиальйая поддержка поршня при этом 5 позволяет увеличить его срок службы, однако после ее осуществления требуе ся двусторонний пресс. Кроме того, радиальная поддержка эффективна лишь при нагрузках на поршень, неэначитель йо превышающих предел прочности на сжатие материала (400-500 кг/мм для твердого сплава и 150-200 кг/мм для твердоэакаленных сталей). Для синтеза и выращивания кристаллов алмаза и других сверхтвердых материалов, как известно; требуются давления 50-70 краб, создание которйх с помощью поршневых пвезометров до настоящего времени не представлялось возможным (если не считать отдельных лабораторных опытов по синтезу алмазов с использованием крач ковременного нагрева), хотя среди всех из йстных устройств для создайия сверх25 высоких давлений они являются сравнительно простыми в изготовлейии и, что особенно важйо, позволяют создавать давление в камере с большой высотой реакционного объема. Последнее, в свою

30 очередь, позволяет создавать заданные температурные условия по высоте образца, что может. иметь большое значение для разработки, методов выращивания крупных кристаллов алмазов и кубичес35 кого нитрида бора.

Целью изобретения является увеличение срока службы поршневого пьезометра сверхвысокого давления.

Зто достигается тем, что в предла- 0 гаемый поршневой пьезоме гр сверхвысокого давления, содержащий рабочие поршень и цилиндр и поршень и цилиндр поддерживаюший ступени, контейнер из теплоизоляционного материала с полостью 4 для размещения обрабатываемого образца и опорную плиту, дополнительно введен установленный в осевом отверстии контейнера сердечник, выступающая часть которого размещена в отверстии опорной плиты, а полость для размещения обрабатываемого образца выполнена кольцеобразной.

Такое выполнение поршневого пьеэо" метра сверхвысокого давления позволяет умойьшить напряжения в рабочем Поршне при удалении от его рабочей поверхности к опорной; что позволит расширить диапазон достижимых давлений устройства

88 4 и увеличить срок его службы в обычном диапазоне давлений.

На чертеже изображен осевой разрез предложенного поршневого пьезометра сверхвысокого давления.

Пьеэометр содержит соосно установленные рабочий цилиндр 1 и цилиндр 2 поддерживающей ступени, скрепленные стальными кольцами 3, а также рабочий поршень 4 и поршень 5 поддерживающей ступени, который также скреплен с торца стальным кольцом 6. Поршень 4, создающий сверхвысокое давление, хорошо подогнан к рабочему цилиндру 1, в котором помещен кольцеобраэный контейнер 7 с обрабатываемым образцом.

В осевом отверстйи контейнера; выполненного из теплоэлектроизоляционного материала, вставляется сердечник 8, выступающая из контейнера часть которого входит в отверстие опорной плиты

9. Между р абочим цилиндром 1 и опорной плитой 9 установлена электроизоляционная прокладка 10.

В кольцевой полости цилиндра 2 поддерживающей ступени помещены слоями материалы 1 1 с различными пределами текучести. На внутренней поверхности цилиндра 2 или на наружной поверхности поршня 5 имеются продольные канавки для выдавливания этих материалов из кольцевой полости.

В исходном положении рабочий поршень 4 частично входит в рабочий цилиндр 1, поршень 5 поддерживающей

Ф ступени- в пилиндр 3 поддерживающей ступени, а сердечник 8 — в отверстие опорной плиты. При этом опорные торцы сердечника 3 скреплены стальным коль цом 12 либо сердечник выполнен монолитным Т-образной формы. B хольцевой полости 13 контейнера 7 из пирофилита, талька, окиси алюминия и т.д. помещен обрабатываемый образец - например ! шихта для синтеза алмазов. Расположенные диаметрально противоположные две пробки 14 иэ графита или другого алектропроводяшего материала осушествляют подвод тока от опорной плиты 9 к образцу 13. Сердечник 8 и скрепляющее его кольцо 12 при этом электроизолированы от поршня 4 прокладкой 15 из катлинита, асбеста или слюды от порш- ня 4.

Под действием пресса, усилие которого передается на поршни 5 и 4, происходит сжатие контейнера, с обрабатываемым образцом 13 и материалов 11 в коль8 6 будет происходить обжатие пластичного материала в кольцевой полости цилиндра поддерживающей ступени, и, таким образом, рабочий цилиндр 1 окажется достаточно прижатым к опорной плите 9.

Благодаря значительному уменьшению напряжения в опорной части рабочего поршня указанный пьеэометр можно исJ пользовать при синтезе сверхтвердых материалов, выращивании крупных кристаллов и других физико-химических исследованиях, требующих создания сверхвысоких давлений. Например, использование предлагаемого поршневого пьезо метра для синтеза алмазов вместо применяемого в настоящее время устройст ва типа наковальня с лунками на прессовый установке усилием 2000 позволит в 5-6 раэ увеличить реакционный объем камеры, а вместе с тем и выход елевого продукта,до 20 карат вместо 3,5) Поршневой пьезометр сверхвысокого давления, содержащий рабочиэ поршень и цилиндр и поршень и цилиндр подд .р"

>кивающей ступени, контейнер из;еплс изоляционного материала с полостью для размещения обрабатываемого образца и опорную плиту, отличаюаийс я тем, что, с целью увеличения срока службы пьезометра, в него дополнительно введен установленный в осевом отверстии контейнера сердечник, выступающая часть которого размещен; в отверстии опорной плиты, а полость для размещения обрабатываемого образца выполнена кольцеобразной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Под ред. E. Г. Понятовского.

Современная техника сверхвысоких давлений. М., "Мир, 1964, с. 238- 248.

2. Пиклис Д. С. Техника физикохимических чсследований при высоких и сверхвысоких давлениях. М., "Химия

1965, с. 77 (прототип).

5 15 28 невой полости цилиндра ? поддерживающей ступени. Прй этом напряжения в опорной части поршня 4 будут меньше, чем в нижней рабочей части, благодаря разности площадей рабочей плошади сердечника 8. Это дает возможность расширить диапазон достижимых давлений пьезометра либо увеличить срок службы его при работе в обычном диапазоне давлений. Этому же способствуют и нап- 10 жения радиальной поддер кки, благодаря сжатию пластичных материалов с различными величинами предела текучести в кольцеобразной полости цилиндра 2 поддерживающей ступени и каналов для выдавливания этих материалов при уменьшении объема этой полости. В первона- чальный момеит сжатия иэ полости выдавливается. верхний слой материала с наименьшим пределом текучести. Затем начинает выдавливаться слой материала с большим пределом текучести и т.д. Если же необходимо генерировать в рабочей полости 1 3 давление, способ- Формула иэо бре те ни я

25 ное разрушить сердечник 8, то под его нижним торцом помешают пластичный материал 16, который, как и в кольцевой полости цилиндра поддерживающей ступени 2 при выдавливании через отЗО верстие в упоре 17, будет осушествлягь осевую цоддерж.су сердечника 8 и предотвратит его разрушение. В качестве пластических материалов ммогут быть использованы фторпласт, свинец, олово, медьи т.д.

Для осуществления нагрева электропроводящего образца 13 ток к нему подводят через две диаметрально установленные электроконтактные пробки, одна из который 14 находится в контакте с опорной плитой 9, а вторая - с рабочим цилиндром 1 или поршнем 4, сер-, дечник 8 от которого электроизолирован прокладкой 1 5.

Для предотвращения выдавливания контейнера в зазор между опорной плитой и рабочим цилиндром в начале сжатия в исходной позиции может быть зазор между рабочим поршнем 4 и контейнером 7. Тогда в начале рабочего цикла

705288

Составитель Т, Иванова

Редактор Л. Бибер ТехредЛ. алферова Корректор Я. Веселовская Заказ 8017/44 Тираж 1073 . Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4