Апарат для створення високого тиску і температури

Апарат для створення високого тиску і темпе ратури, що містить дві матриці з центральними заглибленнями на звернутих один до одного торцях, встановлений в заглибленнях контейнер для розміщення зразків і муфту, що обхоплює контейнер, який відрізняється тим, що об'єм муфти (VM) вибирається з урахуванням наступної залежності Vm=K*D3, де К = 70 150 - коефіцієнт пропорційності, мм2, D3 - діаметр заглиблення, мм Винахід відноситься до апаратів для створення високого тиску і температури (АВТ) і може бути використаний для синтезу надтвердих матеріалів, таких як алмаз, кубічний нітрид бору, а також для спікання полікристалів на їх основі Відомий АВТ, який містить дві СПІВВІСНО встановлені матриці з центральними заглибленнями на звернутих один до одного торцях, встановлений в заглибленнях контейнер для розміщення зразків (при синтезі надтвердих матеріалів - реакційна шихта), і муфту, що охоплює контейнер (Патент Великобританії № 1325040 кп В IX, 1970) Для виготовлення муфти використовують пористопластичні матеріали, такі як поролон, пориста резина та ІНШІ Завдяки наявності муфти зменшується величина зусилля пресу яке необхідно прикласти до АВТ для створення в ньому заданого високого тиску Крім того забезпечується рівномірна пружно-пластична деформація контейнера при його стисканні, що забезпечує стабільність при створенні високого тиску при робочих циклах Незважаючи на вказані переваги, величина зусилля, необхідного для створення високого тиску, залишається порівняно великою MI1K2B01j3/06, заявлено 28 07 75р ) Використання для виготовлення муфт пружно-пластичних матеріалів, які характеризуються більшою механічною МІЦНІСТЮ в порівнянні з пористо-пластичними матеріалами, дозволяє зменшити на 8 - 10% зусилля пресу, необхідне для створенні високого тиску в АВТ Завдяки зменшенню зусилля пресу зменшується величина пластичної деформації матриць, що підвищує стабільність при створенні високого тиску при багаторазовому навантаженні АВТ, яке має місце при синтезі надтвердих матеріалів Як показав проведений нами аналіз, в науково-технічній літературі відсутні дослідження по впливу геометричних параметрів муфт АВТ на величину зусилля, необхідного для створення високого тиску, а також відсутні ВІДПОВІДНІ обґрунтовані рекомендації по їх вибору Слід ВІДМІТИТИ, ЩО геометричні параметри муфт у відомих АВТ на практиці вибирають виходячи здебільшого з конструктивних міркувань, керуючись тим, щоб забезпечити необхідні технологічні вимоги при виготовлені муфт та зручність при складанні пристрою Слід ВІДМІТИТИ, ЩО В даний час для синтезу надтвердих матеріалів використовуються АВТ з діаметром заглиблень в матрицях від 20 до 80мм, муфти яких виготовляють переважно із кабельного пластикату Так в АВТ з діаметром заглиблень 20мм використовують муфти з об'ємом 1250мм3, з діаметром заглиблень 35мм використовують муфти з об'ємом 1720мм3, з діаметром заглиблень 55мм використовують муфти з об'ємом 14300мм3 і з діаметром заглиблень 80мм використовують муфти з об'ємом 19200мм3 Відомий також найбільш близький за технічною суттю до винаходу АВТ, що містить дві матриці з центральними заглибленням на звернутих один до одного торцях, встановлений в заглибленнях контейнер для розміщення зразків, і муфту, що охоплює контейнер, ВІДМІННІСТЮ якого від вказаного вище пристрою є те, що в ньому для виготовлення муфти використовують пружно-пластичні матеріали, такі як вініпласт, капрон, кабельний пластикат та ІНШІ (АВТ СВ СРСР № 745055, ю ю 55211 Проведені нами експериментальні дослідженструментальних сталей Для виготовлення коння відомих АВТ, які використовуються в промистейнерів 2 використовують електро- і теплоізоляловості для синтезу надтвердих матеріалів, покаційні матеріали, такі як вапняк, пірофіліт, тальк та зали, що геометричні параметри муфт не є різні суміші на їх основі Для виготовлення муфт 4 оптимальними Використання таких муфт призвовикористовують пружно-пластичні матеріали, такі дить до збільшення зусилля, необхідного для як вініпласт, поліетилен, кабельний пластикат та створення в АВТ заданого високого тиску, а у виІНШІ падках, коли геометричні параметри муфт переАВТ працює таким чином вищують оптимальні, додатково збільшуються Для створення високого тиску АВТ встановвитрати матеріалу, з якого виготовляють муфти люють в прес (на малюнку умовно не показаний) і стискають зусиллям заданої величини При цьому Слід ВІДМІТИТИ, ЩО складність процесу ствоматриці 1 в свою чергу стискають контейнер 2 із рення високого тиску в АВТ, який включає пружнозразком 3 Частина матеріалу контейнера 2 при пластичну деформацію та стискання різнорідних стисканні видавлюється в зазор між матрицами 1, за своїми механічними властивостями матеріалів, утворюючи ущільнюючу прокладку Прокладка не дозволяє за допомогою математичних розрахуутримує високий тиск, який створюється в порожнків оптимізувати розміри муфт та інших деталей нині, утвореній заглибленнями в матрицях 1 Рівпристрою без використання результатів експериномірність формування ущільнюючої прокладки ментальних досліджень забезпечується муфтою 4 Після створення висоВ основу винаходу покладено завдання такого кого тиску нагрівають зразок 3 до заданої величивдосконалення АВТ, при якому за рахунок оптиміни, пропускаючи через нього електричний струм зацм геометричних параметрів муфти заданий тиск на протязі часу, необхідного для проведення ексв АВТ створюється при мінімальному зусиллі перименту Після завершення експерименту відДля вирішення поставленого завдання в АВТ, ключають електричний струм, зменшують зусилля що містить дві матриці з центральними заглибленпресу, проводять заміну контейнера 2 із зразком З ням на звернутих один до одного торцях, встанові муфти 4 і експеримент повторюють лений в заглибленнях контейнер для розміщення зразків, і муфту, що охоплює контейнер, згідно з Розглянемо приклади практичного викорисвинаходом, об'єм муфти (VM) вибирається з урахутання винаходу ванням наступної залежності Приклад 1 В АВТ з діаметром заглиблень 20мм при синтезі алмазів та кубічного нітриду бору V H = K D3 використовувалися муфти 4 із кабельного пластиде К = 70 150 - коефіцієнт пропорційності, кату, для яких коефіцієнт К дорівнював 62,5мм2 MM2, D3 - діаметр заглиблення, мм Використання муфт 4 у ВІДПОВІДНОСТІ З винаходом, У випадках, коли об'єм муфти відповідає вкадля яких К дорівнює 70мм2, дозволило зменшити заній вище залежності, тиск в пристрої створюєтьзусилля пресу при синтезі в середньому на 4% ся при мінімальному зусиллі пресу Вказана залежність встановлена в результаті Приклад 2 В АВТ з діаметром заглиблень проведених нами експериментальних досліджень 35мм при синтезі алмазів використовувалися муфвсієї гами АВТ з діаметром заглиблень від 20 до ти 4 із кабельного пластикату, для яких коефіцієнт 80мм, які використовуються останнім часом для К дорівнював 49мм2 Використання муфт 4 у ВІДсинтезу надтвердих матеріалів При проведенні ПОВІДНОСТІ з винаходом, для яких К дорівнює досліджень для кожного АВТ виготовляли муфти з 98мм2, дозволило зменшити зусилля пресу при різним об'ємом і встановлювали залежність між синтезі в середньому на 8% об'ємом муфти і величиною зусилля, необхідного Приклад З В АВТ з діаметром заглиблень для створення заданого високого тиску (в нашому 55мм при синтезі алмазів використовувалися муфвипадку створювали тиск 4,05ГПа), що давало ти 4 із кабельного пластикату, для яких коефіцієнт можливість визначити оптимальний об'єм муфти К дорівнював 260мм2 Використання муфт 4 у ВІДПриведені дослідження показали, що залежність ПОВІДНОСТІ з винаходом, для яких К дорівнює між об'ємом муфти та величиною зусилля, необ123мм2, дозволило зменшити зусилля пресу при хідного для створення високого тиску в АВТ, є екссинтезі в середньому на 5% при одночасному тремальною для всіх досліджених пристроїв Так, зменшенні втрат матеріалу контейнера на 53% по мірі збільшення об'єму муфти, зусилля, необПриклад 4 В АВТ з діаметром заглиблень хідне для створення високого тиску, спочатку зме80мм при синтезі алмазів використовувалися муфншується, досягаючи мінімального значення, після ти 4 із кабельного пластикату, для яких коефіцієнт чого його величина зростає К дорівнював 240мм2 Використання муфт 4 у ВІДПОВІДНОСТІ з винаходом, для яких К дорівнює АВТ запропонованої конструкції показано на 150мм2, дозволило зменшити зусилля пресу при рисунку (фіг) синтезі в середньому на 7% при одночасному АВТ складається з двох матриць 1 з центразменшенні витрат матеріалу контейнера на 37% льними заглибленнями діаметром D3, в яких встановлено контейнер 2 В отворі контейнера 2 розПриклад 5 В АВТ з діаметром заглиблень міщено зразок 3 (при синтезі надтвердих 55мм при синтезі алмазів використовувалися муфматеріалів - реакційна шихта), а навколо контейти 4 із поліетилену, для яких коефіцієнт К дорівнера 2 встановлено муфту 4 із пружнонював 260мм2 Використання муфт 4 у ВІДПОВІДНОпластичного матеріалу Для забезпечення МІЦНОСТІ СТІ з винаходом, для яких К дорівнює 123мм2, матриць 1 при створенні в АВТ високого тиску, дозволило зменшити зусилля пресу при синтезі в вони запресовані в стальні кільця 5 Матриці 1 АВТ середньому на 3% при одночасному зменшенні звичайно виготовляють з твердих сплавів та інвитрат матеріалу контейнера на 3% 55211 Як видно з представлених матеріалів, для АВТ відомої конструкції значення коефіцієнту К знахо диться за межами встановленого нами шляхом експериментів діапазону І \ ФІГ. Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24