Способ создания сверхвысоких давлений

(57) Изобретение оческой модификацпредназначено длдавлений при синтзов, кубического нувеличить выходсинтезе сверхтвер Я СВЕРХВЫСОКИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОК ПАТЕНТУ носится к технике физии вещества, в частности создания сверхвысоких езе искусственных алматрида бора, и позволяет отовой продукции, При дых материалов, включаИзобретение относится к технике физической модификации вещества, в частности предназначено для создания сверхвысоких давлений при синтезе искусственных алмазов, кубического нитрида бара(КНБ) и подобных сверхтвердых материалов (СТМ).Цель изобретения - увеличение выходаготовой продукции.На фиг.1 изображен общий вид устройства, реализующего предлагаемый способ в соответствии с п,1 и 2 формулы изобрете-ния; на фиг.2 - то же, по пп,1 и 3 формулы,Способ осуществляют следующим образом.,В реакционную камеру 1, выполненнуюв нижней матрице 2, помещают вещество 3.подвергаемое сверхвысокому давлению, например графит,.Через верхнюю матрицу 4 проходит ступенчатый пуансон, ступень большего диаметра 5 которого плотно проходит через матрицу 4, Меньшая ступень.,Ю 180434 2 ющем размещение исходного вещества в реакционной камере цилиндрической матрицы и последующее его сжатие осевым перемещением ступенчатого пуансона, ступень меньшего диаметра которого одновременно подвергают радиальному обжа-тию в кольцевой камере, заполненной пластичным материалом, после достижения заданного давления в пластичном материале перемещение ступенчатого пуансона сопровождается удалением пластичного материала из кольцевой камеры, поддерживая таким образом в ней заданное давление, Способ позволяет при создании сверхвысоких давлений установить динамическую связь между давлением в реакцион- а ной и кольцевой камерах. 1 ил. пуансона 6 плотно входит в нижнюю матрицу 2 и одновременно находится в верхней матрице. Образуется кольцевая камера 7. охватывающая часть пуансона 6, примыкающую к большей части пуансона б,плотно входит в нижнюю матрицу 2 и одновременно находится в верхнейматрице, Образуется кольцевая камера 7, охватывающая часть пуансона 6, примыкающую к большей части пуансона 5. Эту камеру 7 заполняют пластичным материалом 8, В теле матрицы 4 выполняют радиальные фильеры 9, равномерно расположенные по окружности, Эти фильеры сообщают кольцевую камеру 7 с внешней средой. Фильеры 9 снабжены регулирующими их выходное сечение устройствами. Например, зто может быть регулирующая гайка 10,В случае необходимости можно обеспечить нагрев вещества 3 любым известным способом,Возможна и другая реализация способа, когда в кольцевой камере 7 заранее выполняют аккумулирующие емкости. Это возможно, напримеР, путем установки в кольцевую камеру 7 деформируемого элемента 11. Это может быть кольцо, например, из меди, вкотором выполнены отверстия 12, Эти отверстия со стороны, обращенной к пластичному материалу 8, перекрыты перемычками 13, которые сминаются при дости жении заданного давления и открывают доступ пластичному материалу 8 в отверстия 12. Варьируя размерами отверстий, их количеством, формой, объемом, толщиной перемычки 13, материалом элемента 11 и 15 другими параметрами можйо обеспечить динамическую связь между давлением в реакционной и кольцевой камерах, управлять процессом создания и поддержания давления в реакционной камере . 20При создании сверхвысокого давлейия в твердом теле его размещают в реакционной камере 1, заполняют кольцевую камеру пластичным материалом 8, и в матрицы 2.и 4 вводят ступенчатый пуансон соответствен но его частями 6 и 5. Ступенчатый пуансон может быть выполнен составным, К большей ступени пуансона прикладывают усилие Г от пресса и к верхней матрице усилие Г 2, которое препятствует истечению мате риала 8 в зазор между матрицами, Матрицы 2 и 4 могут быть выполнены также как одно целое, По мере опускания пуансона создается давление в камерах 1 и 7. До момента достижения требуемого значения давления 35 в кольцевой камереистечения материала 8 из нее нет. Материал находится в замкнутом объеме, обеспечивая радиальное обжатие пуансона 6. Как только начинаются аллотропические превращения в веществе 3, его 40 объем уменьшается и давление в реакционной камере 1 начинает падать.Пуансон начинает перемещаться, сжимая материал 8, При.этомоткрывают фильеру 9 и часть материала 8 истекает в 45 окружающую среду, но необходимое радиальное сжатие пуансона сохраняется, так как благодаря силам трения сохраняется достаточное давление в камере 7. Если используют деформирующий элемент 11, то 50 при перемещении пуансона сминаются перемычки,13 и излишек пластичного материала 8 поступает в отверстия 12, заполняя их. Таким образом происходит сохранение необходимого давления в реакционной каме ре без чрезмерного увеличения давления в кольцевой камере. При этом давление в камере 7 изменяется экспоненциально при перемещении пуансона, если материал из нее не удалять.П р и м е р, Было изготовлено устройство для реализации указанного способа,аналогичное изображенному на фиг;1Синтезируемое вещество - смесь графитоподобного нитрида бора с М 9 В 2. В качестве пластического материала использовался графитоподобный нитризд бора, Объем реакционной камеры 6,3 см, кольцевой камеры 11,7 см . После загрузкизвеществ и установки пуансона на прессе Д 0137 А было создано сверхвысокое давление 6,0 гПа, После нагрева до темперарэтуры 1900 С велся синтез в течение 60 с, Выход кристаллов кубического нитрида бора составил в среднем 170,180 карат, размер кристалла - 30100 мкм.Средняя стойкость пуансона 260 - 280 пресс-спеканий,Поскольку достигнуто значительное увеличение выхода кристаллов СТМ, постольку обеспечивается значительный экономический эффект,.Формула изобретения 1. Способ создания сверхвысоких давлений в твердом теле для синтеза сверх- твердых материалов, включающий размещение исходного вещества в устройстве сверхвысокого давления типа поршень - цилиндр со ступенчатым пуансоном и его осевое перемещение при одновременном радиальном обжатии в кольцевой камере, заполненной пластичным материалом, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения выхода готовой продукции и улучшения ее качества, после достижения заданного давления в кольцевой камере перемещения ступенчатого пуансона осуществляют при одновременном удалении пластичного материала из кольцевой камеры, обеспечивая тем самым в ней заданное давление.2. Способ по п 1, отл и ч а ю щи й с я тем, что пластичный материал удаляют путем его истечения через фильеры с регулируемым сечением,3. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтопластичный материал перепускают в заранее выполненные в кольцевой камере емкости, которые раскрываются после достижения заданного давления и заполняются по мере перемещения пуансона.е Подписноеизобретениям и открытиям при ГКНТ С