Пристрій надвисокого тиску та температури

1.УСТРОЙСТВО СВЕРХВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее соосно установленные, скрепленные поддерживающими кольцами матрицы с центральными углублениями на обращенных один к другому торцах, покрытие из тугоплавкого металла, нанесенное на поверхность центральных углублений, и контейнер с нагревателем и обрабатываемым образцом, размещенный в центральных углублениях, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения эксплуатационной стойкости устройства, на всей по*верхности матрицы дополнительно нанесено пиролитическое покрытие из тугоплавкого металла. 2. Устройство по п. l s о т л и ч а ю щ е е с я тем, что покрытие выполнено из вольфрама или молибдена а 1 1027878 Изобретение относится к устройподдерживающими кольцами матрицы с ствам для создания сверхвысоких давцентральными углублениями на обралений и высоких температур, в частщенных один к другому торцам, поности для синтеза, сверхтвердых матекрытие из тугоплавкого металла, на~ риалов (СТМ), таких как искусствен5 несенное на поверхность центральных ные алмазы, кубический нитрид бора и углублений, и контейнер с нагреваДр. телем и обрабатываемым образцом, Известно устройство для создания размещенным в центральных углублесверхвысокого давления и температуниях [з 1. ры» с помощью которого осуществляют 10 Недостатком этого устройства явсинтез СТМ, состоящее из двух располяется отсутствие зашиты от поврежделоженных соосно^ опрессованных скрепний боковой, опорной и части рабочей ляющими кольцами, твердосплавных поверхности матрицы (на рабочей поматриц с центральными углублениями верхности защищена только лунка), на обращенных одна к другой рабочих 15 что приводит к снижению эксплуатациповерхностях, контейнера из теплоонной стойкости устройства. изоляционного материала, в котором Целью изобретения является увелииспользуются прокладки из пластичного чение эксплуатационной стойкости металла (меди, алюминия), которые устройства. помешают в кольцевых углублениях 20 Поставленная цель достигается между боковой поверхностью матриц и тем, что в устройстве сверхвысокого поддерживающих колец [j ]. давления и температуры, содержащем Известно также устройство, в косоосно установленные, скрепленные тором на боковую поверхность матриподдерживающими кольцами матрицы с цы наносят покрытие из меди или 25 центральными углублениями на обраалюминия \_2 ]. Покрытие боковой пощенных один к другому торцах, покрыверхности матриц так же, как и проктие из тугоплавкого металла, нанеладки, не могут придать матрицам касенное на поверхность центральных угчественно новых свойств, оно лишь в лублений, и контейнер с нагревателем определенной степени сглаживает по- Зо и обрабатываемым образцом, размещенверхности матрицы и контактирующего ный в центральных углублениях, на материалы (медь, алюминий) в качестве всей поверхности матрицы дополнительпластичной прокладки способствует, но нанесено пиролитическое покрытие (Главным образом, более равномериз тугоплавкого металла (из вольфраному распределению прилагаемого 35 ма или молибдена). , матрице со стороны поддержи к Отличие устройства заключается в том, что на всей поверхности матрицы дополнительно нанесено пиролитическое покрытие из тугоплавкого металла, выполненного, например, из вольфрама или молибдена. Существо предлагаемого решеї сводится к тому, что выполнение матриц с покрытием по всей поверхности, с одной стороны, вследствие залечивания поверхностных дефектов (микротрещин, раковин и др.I приводит к упрочнению исходного материала, а с другой стороны, вследствие более • высокой электропроводности уменьшает контактное сопротивление между нагревятегтем и поверхностью матрицы и тем самым предотвращает ее прогар, Наиболее близким к предложенному что в конечном итоге приводит к увеустройству по технической сущности и достигаемому эффекту является 55 личению срока службы усіройства устройство для создания сверхвысокосверхвысокого давления. Наличие более го давления и температуры, содержапластичного наружного слоя на всей щее соосно установленные, скрепленные поверхности матриц снижает вероят вающего кольца усилия на элементы боковой поверхности матрицы, тем самым предупреждая возникновение локальных механических напряжений, превышающих напряжение, соответствую- 40 щее пределу прочности материала матрицы или же предельному усилию, необходимому для развития на поверхности матрицы трещих и др. дефектов. Указанные пути решения проблемы повы45 шения стойкости устройств частично предотвращают прогар, снижают вероятность хрупкого разрушения матрицы, однако они не могут привести к значительному увеличению срока службы 50 устройства. 027878 . 4 ность трещинообразования на поверх12*50-1 ЗОО^С, давление синтеза 45ности матриц вследствие локализации 50 кбар, время выдержки 15-30 с, термомеханических напряжений демпфиобъем реакционной ячейки 0,9 см 3 , рования за счет пластической дефорусилие пресса 500 т.е.). мации слоя, работающего в условиях Во всех случаях наблюдается всестороннего сжат ия. эффект увеличения стойкости таких твердосплавных матриц по сравнению ; На чертеже изображено предложенс прототипом, особенно до прогара. ное устройство, разрез. Величина этого эффекта зависит от Оно содержит матрицы 1, на каждую из которых по всей поверхности нане- (0 многих факторов, в частности от выбора материала покрытия, способа сено покрытие 2, матрицы 1 запрессоформирования, условий синтеза н др. ваны в опорных кольцах 3. Между Лучшие результаты из опробованных центральными углублениями 4 располоустройств были достигнуты при налижен контейнер 5, в отверстии которого чии вольфрамового покрытия толщиной помещен графитовый нагреватель 6 и 150-200 мк, полученного при разложереакционная смесь 7. нии хлорида вольфрама в вакууме на При воздействии усилия на опорные операции синтеза "Карбонадо". Это поверхности матриц, развиваемого обусловлено тем-, что вследствие прессом (не показан), матрицы I сближаются, контейнер 5, нагреватель 20 высоких давлений (60-70 кбар) и температур (1500-1700 °С) матрицы испы6 и реакционная смесь 7 деформируюттывают большие сдвиговые напряжения» ся. В центральных углублениях 4 которые приводят к их сравнительно матриц 1 создается высокое давление быстрому разрушению. Одновременно (30-80 кбар). При пропускании элеквысокие температуры усугубляют протрического тока через нагреватель 6 25 цесс» т.к. прогар, по существу, создается высокая температура (1280является мощным дополнительным ис1750 С ) . Покрытие 2 защищает матрицы! точником различного рода поверхностот прогорания и разрушения. В каченых дефектов. Наличие сравнительно стве материала покрытия были опропластичного и электропроводного побованы вольфрам и молибден. Резуль- 30 крытия тормозит процесс разрушения таты испытаний представлены в табл. І вследствие залечивания поверхности 2. ных микродефектоз и частичной релакВ табл, 1 представлены данные по сации сдвиговых напряжений за счет эксплуатационной стойкости матриц с проявления пластической деформации. покрытиями из пиролитического вольПокрытие всей поверхности матрицы фрама толщиной 0,10-0,15 мм и матриц, согласно изобретению соответствует, изготовленных по прототипу. по существу, созданию матрицы с новым комплексом свойств, приводящих к 1. Матрицы изготовлены из твердоположительному эффекту в сравнении го сплава ВК 6, с известными устройствами, которые 2. Габаритные размеры матриц: ->г 1С 40 не позволяют создать матрицу с повысота 25 мм, диаметр 45 мм. добными комплексом свойств, посколь3 . Матрицы испытывали в режиме ку, с одной стороны, покрытие лишь синтеза АСЇЇК [температура синтеза центрального углубления принципиальІ 750-1800 °С, давление синтеза но не может привести, например, к 80 кбар, время выдержки 7 1 5 с , залечиванию дефектов по всей поверхобъем реакционной ячейки 0,25 см , ности матрицы, с другой стороны, поусилие пресса 500 т . е . ) . крытие или прокладки на боковой поверхности матрицы предназначены для Ъ табл. 2 представлены данные по согласования свойств матрицыч поддерэксплуатационной стойкости матриц с покрытиями из пиролитического молиб- 50 живающего кольца (с точки зрения оптимизации коэффициента скольжения матридена, толщиной 0,08-0,10 мм и матриц, цы относительно поддерживающего кольца изготовленных по прототипу. и т.п.}, но ни в коем случае не из- ' 1. Матрицы изготовлены из твердоменяют свойств самой матрицы нег о сплава ВК-6. 55 посредственно» тем самым выполняя 2. Габаритные размерь 1 матриц: функцию, отличнуто от назначения предвысота 15 мм, диаметр 35 мм. лагаемых типов покрытий. 3. Матрицы испытывали в режиме синтеза АСО (температура синтеза 1027878 Таким образом, предложенное устройство обладает более высокой стойкостью по сравнению с прототипом, особенно до прогара лупки вставки, что позволяет существенно повысить выход качественной продукции, сокра тить потребление дефицитного и дорогостоящего вольфрам-содержащего твердого сплава типа ВК и увепичить производительность труда при получении игкусствекньгл алмазов , Т а б л и ц а Показатель Количество спеканий до прогорания центрального углубле 1 Количество спеканий до полного разрушения матриц ния Известное устройство и 160 Предложенное устройство 104 254 Коэффициент увеличения стойкости 9,5 1,59 П р и м е ч а н и е : а ) в таблице приведены среднестатические данные промышленных испытаний; б) испытания проведены в заводских условиях цеха горного оборудования Т а б л и ц а 2 Показатель Количество спекания до прогорания центрального углубле Количество спеканий до полного разрушения ния Известное устройство 60 235 Предложенное устройство 162 317 Коэффициент увеличения стойкости 2,7 Филиал Ш "Патент'', г„Ужгород, ул.Проектная, 4 Ш