Наповнювач шихти для виготовлення контейнерів апаратів високого тиску і температури

Наповнювач шихти для виготовлення контейнера апарата високого тиску і температури, що містить як термостійкий пружно-пластичний матеріал вапняк зі ЩІЛЬНІСТЮ 2,55-2 85 г/см3, який відрізняється тим, що в ньому використано вапняк указаної ЩІЛЬНОСТІ З коефіцієнтом пластичності 1,7-2,2 і твердістю по штампу 1,2-1,55 ГПа Винахід відноситься до техніки високих тисків і може використовуватись в технологічних процесах по отриманню моно- і полікристалічних надтвердих матеріалів різного призначення, а також при лабораторних фізико-хімічних дослідженнях речовин при високих термодинамічних параметрах Відомий найбільш близький за технічною суттю до запропонованого контейнер апарата для створення високого тиску і температури (див Патент України №9754, кл B01J3/06, опубл 25 12 98 Бюл №6, який містить як термостійкий пружно-пластичний матеріал для виготовлення контейнерів апаратів високого тиску (АВТ) вапняк гідь Аналіз ХІМІЧНОГО складу вказаних зразків зі ЩІЛЬНІСТЮ 2,55-2,85г/см Вапняки зі ЩІЛЬНІСТЮ 2,55-2,85г/см3 виявили найвищу ефективність при створенні високого тиску за ступенем перетворення графіту в алмаз при фіксованому зусиллі пресової установки, а також надійність роботи апарата по ВІДНОСНІЙ КІЛЬКОСТІ розгерметизацій порожнини високого тиску під тиском в процесі нагрівання реакційної шихти (не більше 3,9%) Однак були виявлені партії вапняків, які характеризувалися ЩІЛЬНІСТЮ 2,55-2,85г/см3, але мали низьку надійність роботи апарата (до 15-18% розгерметизацій камер високого тиску), що є значним недоліком Оскільки вапняк є природним матеріалом, в ньому присутні різні домішки, наявність яких не можна передбачити заздале показав наявність в них великої КІЛЬКОСТІ ДОМІШОК (дюксиду кремнію-більше 12мас%, карбонату магнію - більше 16мас%, оксиду алюмінію - більше 5мас %,оксиду заліза - більше Змас %), які значно знижували пластичність матеріалу і цим самим змінювали кінетику процесу створення тиску, а також процесів формування і збереження деформованого ущільнення порожнини високого тиску, хоча забезпечували бажаний показник ЩІЛЬНОСТІ матеріалу Внаслідок цього недоліками такого наповнювача є непрогнозований і часто дуже вузький діапазон створюваних тисків, що обмежує його застосування у виробництві, низька надійність АВТ в роботі, наслідком чого є надзвичайна нестабільність і нестійкість технологічного процесу, наприклад, синтезу алмазів, що створює значні труднощі для виробництва В основу винаходу покладено завдання такого удосконалення наповнювача шихти для виготовлення контейнера, апарата, високого тиску і температури при якому за рахунок вибору вапняку з певними механічними властивостями, а саме з пластичними і пружними характеристиками, забезпечується максимальне розширення діапазону створюваних в АВТ тисків, що дозво CM О 00 00 •*• со 34818 ляє застосовувати матеріал для одержання всієї гами алмазних порошків від АС2 до АС80, крім того, підвищується надійність роботи АВТ як при створенні в ньому високого тиску, так і при нагріванні досліджуваних зразків матеріалу, а також значно зростає прогнозованість застосування окремих партій мінералу за рахунок оцінки його механічних властивостей шляхом простих експресних методів Означене завдання вирішується завдяки тому, що у шихти для виготовлення контейнерів АВТ і температури, що містить як термостійкий пружно-пластичний матеріал вапняк зі ЩІЛЬНІСТЮ 2,55-2,85 , згідно винаходу, використано вапняк з коефіцієнтом пластичності 1,7-2,2 і твердістю по штампу 1,20-1,55ГПа Дослідженнями авторів встановлено, що вказані характеристики найповніше відбивають пружно-пластичні властивості матеріалу наповнювача і найбільш однозначно зв'язані з діапазоном створюваних тисків і надійністю АВТ в роботі Характеристики визначали за методом Л А Шрешера за допомогою приладу УМГП-3 (див Е И Ильницкая Р И Тедер, Е С Ватолин, М Ф Кунтиш "Свойства горных пород и методы их определения", Недра, М , 1969 392с ) Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється і технічними результатами, які досягаються при її реалізації, полягає у наступному Відбір , наповнювача шихти для виготовлення контейнерів АВТ і температури з вапняків, які мають одночасно характеристики, які вказані як ознаки у відмітній частині формули, призведе до виключення при відборі з природних вапняків, що мають різні домішки, саме тих, які негативно змінюють механічні властивості матеріалу, при цьому забезпечується можливість уникнути детального ХІМІЧНОГО аналізу наповнювача і значно підвищити ефективність в кінцевому рахунку Як показали випробування, саме матеріал пропонованого наповнювача, згідно винаходу, забезпечить максимальне розширення діапазону створюваних в апараті тисків, що дозволяє застосовувати матеріал для одержання всієї гами алмазних порошків від АС2 до АС80, а також забезпечити максимальну надійність роботи апаратів як при створенні в них високого тиску, так і при нагріванні досліджуваних зразків матеріалу, і, як наслідок, - найкращі на даний момент технікоекономічні показники технологічних процесів виробництва надтвердих матеріалів в Україні У всіх наведених нижче прикладах використовували вапняки родовищ України У прикладі для прототипу застосовували вапняк Галущанського родовища Тернопільської області (Україна) Попередньо для блоків мінералів за описаною вище методикою визначали механічні характеристики, після чого об'єднували блоки в групи згідно з результатами вимірів Блоки природного мінералу подрібнювали до отримання частинок з розміром, меншим 1мм, котрі потім застосовували для виготовлення шихти для контейнерів АВТ Одержаний наповнювач змішували зі зв'язкою, отриману суміш сушили при кімнатній температурі Вибір зв'язки не відбивається істотно на одержаних нами результатах експериментів З підготовленої таким чином шихти пресували контейнери, які термообробляли при 140°С протягом 1 години Контейнери випробували при синтезі алмазів марки АС2-АС80 При випробуваннях оцінювали діапазон створюваних тисків за ступенем перетворення графіту в алмаз при фіксованій силі пресової установки, а також надійність роботи АВТ за процентною КІЛЬКІСТЮ розгерметизацій порожнини високого тиску при створенні тиску в апараті і під час процесу нагрівання реакційної суміші Приклад 1 Наповнювач шихти для виготовлення контейнерів, які використовуються при синтезі алмазів - вапняк з коефіцієнтом пластичності 1,95, твердістю по штампу 1,40ГПа та 2 ЩІЛЬНІСТЮ 2,7г/см Склад шихти для виготовлення контейнерів наповнювач - 90мас %, зв'язка (бакелітовий лак) 10мас% Середній ступінь перетворення графіту в алмаз 41,0мас%, КІЛЬКІСТЬ розгерметизацій при створенні тиску 2,2%, при нагріванні - 3,5% Була виготовлена при однакових умовах шихта для контейнерів, які використовуються при синтезі алмазів марок АС2-АС6, аналогічного складу з застосуванням наповнювачів - вапняків з механічними властивостями при граничних і при виході за граничні значення величин (приклади 27), для контейнерів, які використовуються при синтезі алмазів марок АС15-АС80 (приклади 8-9), а також з наповнювачем за прототипом (приклад 10) Дані зведено в таблицю (додається) Як видно з таблиці, застосування запропонованих наповнювачів шихти для виготовлення контейнерів АВТ, дозволяє значно підвищити ефективність створення тиску в апараті при фіксованій силі пресової установки, що забезпечує підвищення продуктивності процесу синтезу до 30% при однакових витратах Крім того, зниження КІЛЬКОСТІ розгерметизацій не менше, ніж в 1,5 рази при створенні тиску і не менше, ніж в 2,1 рази при нагріванні сприяє підвищенню культури виробництва, економії дефіцитних матеріалів і, найголовніше, призводить, як мінімум, до 15% зростання терміну служби апарата Таким чином, даний винахід значно розширює об'єми виробництва надтвердих матеріалів, що застосовуються для виготовлення різних видів інструменту 34818 Таблиця Вплив властивостей наповнювача шихти на техніко-економічні показники процесу синтезу Властивості наповнювача Об'єкт випробовуТвердість по №п/п Марка алКоефіцієнт вання мазів пластичності штампу, ГПа Наповнювач згідно винаходу Наповнювач прототипом за 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 АС15-АС20 АС65-АС80 1,95 1,70 2,20 1,60 2,35 1,90 1,90 1,95 1,95 11,40 1,55 1,20 1,40 1,40 1,15 1,60 1,4 1,4 АС6 2,45 1,65 АС2-АС6 Комп'ютерна верстка Т Чепелєва Показники ефективності КІЛЬКІСТЬ розгерметизацій, % Ступінь перетворення графіту в При створенні При нагріванні алмаз, % тиску шихти 2,2 41,0 3,5 2,4 3,7 38,5 36,4 2,6 4,0 5,5 31,8 9,8 31,5 4,3 8,8 30,8 4,6 10,5 4,4 31,9 10,8 41,0 2,2 3,5 41,0 2,2 3,5 32,0 Підписне 10,0 15,0 Тираж 38 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності', вул. Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119