Апарат високого тиску

1. Аппарат высокого давления, содержащий полый корпус и сопряженные с ними неподвижную и подвижную блок-матрицы с углублениями и выступами на взаимно-обращенных одна к другой поверхностях, образующие в сборе полость для помещения в нее контейнера с обрабатываемым материалом, вокруг которой по всему периметру между блок-матрицами имеется зазор определенной ширины, простирающийся на определенное расстояние от полости, о т л и чающийся тем, что полый корпус выполнен открытым в двух взаимноперпендикулярных направлениях. 2. Аппарат высокого давления по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем. что поверхность корпуса, сопряженная с неподвижной блокматрицей, наклонена к поверхности, сопряженной с подвижной блок-матрицей. Изобретение относится к устройствам, применяемым для обработки материалов высоким давлением и температурой, в частности для синтеза алмазов и других сверхтвердых материалов. Известен аппарат высокого давления (аппарат) согласно патенту Франции № 1420526, состоящий из двух ступенчатых матриц, заключенных в корпус и образующих в сборе полость для помещения контейнера со сжимаемым материалом. Достоинством аппарата является большая величина хода сжатия и возможность применения контейнеров из материалов различной прочности Недостатком аппарата является трудность обеспечения надлежащего распределения силы скрепления на примыкающих к полости смежных поверхностей матриц. Свободным от указанного недостатка, принятый нами за прототип, является аппарат согласно патенту Российской Федерации № 1822383. опублик. 1993. Состоящий из двух блок-матриц с углублениями и выступами на обращенных одна к другой сторонах, заключенных в корпус в виде замкнутой обоймы со сквозным отверстием нецилиндрической формы. Блок-матрицы в сборе с корпусом образуют полость для помещения в нее контейнера с обрабатываемым материалом. Причем одна из блок-матриц является неподвижной относительно корпуса, а другая - подвижной. Между окружающими полость поверхностями блок-матриц имеются зазоры, ширину которых можно регулировать с помощью специальной установочной прокладки. Наличие этих зазоров обеспечивается надлежащее скрепление примыкаю С 20309 щих к полости поверхностей блок-матриц за счет экструдирования в них материала контейнера при создании в полости давления. Недостатком аппарата является довольно сложная процедура его обслуживания, 5 т.е. сборки и разборки аппарата. Поэтому задачей изобретения является упрощение обслуживания аппарата. Эта задача решается тем, что в аппарате высокого давления, содержащем полый корпус и со- 1.0 пряженные с ним неподвижную и подвижную блок-матрицы с углублениями и выступами на взаимообращенных одна к другой поверхностях, образующие в сборе полость для помещения в нее контейнера с 15 обрабатываемым материалом, вокруг которой по всему периметру между блок-матрицами имеется зазор определенной ширины простирающийся на определенное расстояние от полости, полый корпус, с которым 20 сопряжены блок-матрицы, выполнен открытым в двух взаимно-перпендикулярных'направлениях. Причинно-следственная связь между поставленной задачей и средствами ее ре- 25 шения состоит в том, что при такой форме корпуса он может быть закреплен неподвижно на прессе и сопряжение с ним блокматриц будет совмещено с их подачей под пресс, т.е. в операции обслуживания аппа- 30 рата выпадает два отдельных перехода установка блок-матриц в корпус и выемка из него. Гаким образом обслуживание предлагаемого аппарата упрощается до уровня обслуживания простейшего аппарата данного 35 назначения - аппарата в виде двух наковален с углублениями. На фиг. 1 представлен предлагаемый аппарат, вид спереди; на фиг.2 - то же, поперечный разрез, на фиг.З - осевой разрез 40 блок-матрицы другого варианта предлагаемого аппарата; на фиг.4 - то же. поперечный разрез; на фиг.5 - осевой разрез блок-матрицы еще одного варианта предлагаемого аппарата; на фиг.6 - то же, вид сверху; на 45 фиг.7 - график напряжений во вставке аппарата при давлении в полости 5,6 ГПэ. Как видно из фиг. 1 и 2. аппарат включает в себя корпус 1 с углублением в форме призмы, открытым в двух взаимно-перпендику- 50 лярных направлениях, две сопряженные с этим углублением блок-матрицы - неподвижную 2 и подвижную 3. Каждая из блокматриц снабжена тремя вставками - двумя боковыми 4 и торцевой 5. Подвижная блок- 55 матрица боковой поверхностью сопрягается с плитой 6, закрепленной на корпусе 1 и изолированной от него прокладкой 7. Нижним торцем подвижная блок-матрица опирается на плиту 8, установленую в паз стола пресса 9. Неподвижная блок-матрица 2 нижним торцем опирается на резиновый буфер 10, закрепленный на плите 8. Блок-матрицы в сборе корпусом образуют полость 11 в форме четырехгранной призмы, предназначенной для установки контейнера с реакционной шихтой. Вокруг этой полости между блок-матрицами имеется зазор 12. предназначенный для экструзии в него материала контейнера при создании давления в полости. Между вставками 4 и 5 установлены прокладки 13, а между неподвижной блокматрицей 2 и корпусом 1 - установочная прокладка 14, предназначенная для регулирования ширины зазора 12. Назначение изоляционной прокладки 15 такое же, как и прокладки 7 - электрически изолировать подвижную блок-матрицу от остальных узлов аппарата. С помощью установочной прокладки 14 можно регулировать ширину зазора 12 Корпус 1 и корпуса блок-матриц изготавливают из легированной конструкционной или инструментальной стали высокой прочности. В зависимости от требуемого давления вставки 4 и 5 изготавливают из быстрорежущей или штамповой стали глубокой прокаливаемости и закаливают на максимальную твердость или же из твердого сплава. Прокладки 13 изготавливают из стали и закаливают на твердость несколько ниже твердости вставок 4 и 5. Действует аппарат следующим образом. При нахождении блок-матрицы вне корпуса на ступеньку подвижной блок-матрицы устанавливают контейнер с реакционной шихтой, придвигают ее к неподвижной блокматрице и затем всю сборку двигают под пресс до соприкосновения с задней стенкой углубления в корпусе 1. Затем включают стол пресса на рабочий ход. После соприкосновения прокладки 14 с корпусом движение блок-матрицы 2 прекращается, а блок-матрица 3 продолжает двигаться вверх. Вследствие этого высота полости 11 уменьшается и, следовательно, в теле контейнера возникает напряжение сжатия. При достижении в контейнере напряжения, равного пределу текучести, он начинает сжимать заключенную в нем реакционную шихту. Одновременно часть материала контейнера э кет руди руется в зазор 12. образуя заусенец, который герметизирует полость и одновременно скрепляет примыкающие к полости поверхности вставок. Это обеспечивает дальнейшее увеличение давления в реакционной шихте и повышение прочности вставок в результате всестороннего их сжатия. При достижении заданного давления увеличение силы пресса прекращают Очень 20309 медленное движение стола вверх продолжается некоторое время, замедляясь по экспоненте. Однако это не является помехой для нагрева шихты, Более того, з утом аппарате нагрев шихты можно производить в процес- 5 се создания давления в полости. При снижении силы пресса снижение давления в полости и в заусенце происходит параллельно. Однако в полости давление снижается несколько быстрее, чем в заусен- 10 це, т.к. на этой стадии процесса экструзия происходит из заусенца в полость. Ввиду того, что угол а (фиг. 1) выбирают несамотормозящемся ( а = 25-30°), при обратном ходе стола пресса блок-матрицы опу- 15 скаются вместе с ним. Вариант блок-матриц предлагаемого аппарата с цилиндрической полостью, представленной на фиг 3 и 4 отличается тем, что в них применено по две вместо трех вставок и по технологическим соображе- 20 ниям применена съемная опорная деталь 17. Вариант блок-матрицы с одной вставкой 18 представлен на фиг.5 и 6. Боковая поверхность полости цилиндрическая. Однако с целью снижения концентрации напряжений 25 во вставке основания полости скошены. Наиболее неблагоприятно нагруженной ("критической") деталью аппарата является вставка 5 (фиг.1 и 2). Напряжения в этой вставке (фиг.7) вычисленные применительно к контейнеру из хлористого натрия, которые возникают в ней при давлении в полости 5,6 ГПа, применяемом при синтезе кристаллов алмаза высокой прочности, позволяют оценить возможности предлагаемого аппарата. Кривая 1 на фиг.7 представляет распределение главных сжимающих напряжений, направленных перпендикулярно вертикальной оси полости в функции расстояния от дна полости. Назовем их (h = Оу кривая 2 это распределение главных напряжений, направленных вдоль вертикальной оси, т.е. Ог. Разница между указанными напряжениями есть эквивалентное напряжение (кривая 3). как видим, не превышает 3,15 ГПа и его максимум имеет место на расстоянии 0,5-0,6 поперечного размера по/гости. Учитывая, что прочность при одноосном сжатии закаленных на максимальную твердость инструментальных сталей находится в пределах 3,2-3,5 ГПа. а также то. что предел текучести их практически совпадаете пределом прочности, не трудно прийти к выводу, что предлагаемый аппарат может работать при указанном давлении, будучи изготовленным целиком из стали, т,е. без применения твердого сплава. і / ' п ів 20309 Q5 Упорядник Замовлення 4378 Техред М.Келемеш Коректор Л. Лукач Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101