Шихта для изготовления контейнера устройства высокого давления

О П И С А Н И Е а 87 ВЗ 6ИЗОБРЕТЕНИЯ Сонз Севетекнх Сециаинстнческнх Респ 1 Еаи1) Дополнительное к авт вид-ву -К,з 04 В 35/О 51 750869/29 22) Заявлено 10.04 ис присоединением зая ударствееые квентет СССР 3) Приорит 53) УДК 666,763.1(43) Опубликовано 07.12.8 (45) Дата опубликования аы изобретении ткрытнн 07,12.81 саШипило, Л. А. Б Белоус, И. М. Б киров, И, Н. Ермоленк, ский и Н. А, Шншокок Авторыизобретени; тела и полупроводниКов,и Институт общейАН Белорусской ССР:) Заявители нститут физики твердо АН Белорусской С неорганической хим 4) ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТЕВНЕР УСТРОИСТВА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯя контейнера я на основе лидобавок: 0,3 - спирта и 3 -а для изготовленвысокого давленкого камня иполнвиниловогокиси железа Ц. ется шихтстройств тографиче10 вес, ",415 всс. % По шихта ства в голни 25 цен,СаО,в каче вор со СаС 4 304 Н)О1Изобретение относится к обработке ма териалов высоким давленисм, в частност к синтезу кубического нитрида бора и ал маза. При синтезе сверхтвердых материалов в устройствах высокого давления и температуры в качестве среды, передающей давление, используются контейнеры, имеющие в центральной части полость для размещения реакционной шихты. Материал контейнера должен обладать высокой температурой плавления, увеличивающейся с ростом давления, иметь достаточно высокое электрическое сопротивление, хорошо деформироваться и передавать давление, сцепляться с гладкой поверхностью твердого сплава Наряду с высоко объемной сжимаемостью (около 15% при давлении 50 кбар) материал контейнера должен иметь высокий коэффициент внутреннего трения (0,3 - 0,6) и высокую прочность на сдвиг.Материалами для контейнеров, удовлстворяощими некоторым приведенным требованиям, являются литографический камень, пирофиллит, тальк, которые, однако, сильно выгораот при синтсзе свсрхтвсрдых матсриалов.Наиболсс близкой к предлагаемой являОднако контеинеры, полученные из известной шихты, обладаот недостаточно высской тсрмостокост,о н в них развиваются 10 меньшие давления, чем в выточенных контейнерах из природного литографского камня. При температурах синтеза свсрхтвердых материалов (1200 в 28 С) происходит сильнос выгоранис контейнеров, в рсзульз тате чсго в них дополнительно уменьшаетсядавление степень гпдростатичности,Целью изобретения является увеличениедиапазона развиваемых давлений и повыпение термостойкости.20 ставленная цель достигается тем, что для изготовления контейнера устройысокого давления, содержащая натель из группы: литографический кака.1 пит проф 1,лт, тальк, МО, СаСОз, 7 пО, и связующее, содержит стве связующего 20 - 45%-пьй растсдинения пз группы: МдСз 6 Н О, 6 НеО, Мд (1 Х 10 з)6 Н, О, Са (.х Оз) . и дополп тельо сойеркит ком по 887536пецт цз группы В 4 С, Л 1 Ь, РезОз, ЛгО, Н 10 ь 5102, Л 20 з, Сг,Оз и/или армирующии компонент из группы: стекловолокно, асбестовые, вермикулитовыс волокна при следующем соотношении компонентов, вес. о/о;Наполнитель 50 - 9020 - 45%-ный раствор соединсния из группы МдСз 6 НО,С а С 1:61120,Мр (МОз).6 Н 20, Са (ХОз) 2. 4 Н.О 9 - 45Компонент из груГшьт В 4 С,Л 1 Х, РезОз, ХгО, Н 10 з, ЯО.,Л 120 з, СГ 20 з и/или стекловолокно, асбестовыс, всрмикулитовыс волокна 0,5 - 40В результате химического взаимодействия диэлектрического материала, состоящего из окислов магния, кальция, цинка, карбоцата кальция, а также веществ (литографский камень, пирофиллит, тальк), содержащих в своем составе окислы, с 20 - 457 о-цьтм водным растгором хлоридов или нитратов двухвалентных металлов (МдС 1,бН гО, Са С 1 бН."О, Мо (ХОз)6 НзО, Са (ХОз) 2, 4 НзО) происходит полимерцзапия и образование из многих одинаковых молекул укрупненной молекулы полимера, что обуславливает формирование пространственно-сеточной структуры отвержденной композиции. При этом получается термостойкий материал, который хорошо деформируется и передает давление. При содержании в смеси растворов хлорцдов цли нитратов менее 9 вес. /о полимеризация цдст недостаточно интенсивно, а при их содсржаниц более 45 вес. От 1 ухудшается тсрмостойкость контейнеров.Ввсденис в шихту тсрмостойких окислов, в том числе окислов переходных металлов, таких как Л 1.0 з, ГезОз, ХгО, Н 10, Сг 20 з и %02, а также волокнистых наполнителей: асбестовых, стеклянных, вермикулцтовых волокон в количестве 0,5 - 40 вес. % относительно диэлектрического матсриала и хлоридов цли нитратов приводит к образоваттито полимерного армированного материала. Благодаря армировацию повышается механическая прочность контейнеров, снижается их ползучесть, что увеличиваст диапазон давлений, развиваемых в контейнерах. Содержание наполцителей вне указанного предела снижает или давление, илц термостойкость контейнеров,Контейнеры из предлагаемой шихты изготавливают по заданной форме как непосредственно в результате полимеризациц. так и в результате прессования порошков полимера. В последнем случае для осуц,ествления црессуемостц шихты к цсй добавляют поливиниловый спирт или бакслцтовый лак, или другис связующие всществг.в количестве 0,2 - 10 вес. %. При наличии 5 в контейнере связки выше 10 вес. % уменьшается давление, а при ее содержании менее 0,2% ухудшается прессуемость.Технология приготовления шцхтц дляизготовления коцтейцсров состоит в слсду ющсм.Берут мелкозернистые порошки дцэлск:гричсского материала - МдО, СаО, СаСОз, УпО, литографского камня, цирофцллита, 15 талька, а также порошки указанных термостойких окислов, и/илц асбестовыс, стсклянныс, вермикулитовые волокна размером 0.5 - 0,7 мм. Составляют 20 - 45 Ъо-ттый водный раствор хлоридов или ттитратотз, к ко торому добавляют перечислеццыс ксотттоненты, После тщательного персмсшиванця смеси из нее отливают цли прсссутот контейнеры заданной формы. Полцмсрцзацця контеинеров происходит цри комнатной тсм пературе или при тсмпсратурах порядка60 - 180 С.Кроме того, контейнеры могут быть изготовлены цутсм дробления полимеризованцого матсриала ц сзтецтттвацття его с поливцциловым спиртом или бакелитовым лаком с ацетоном. В этом случае шихту сушат при 30 - 40 ОС до слегка влажного состояния, а затем протирают через сито. После последующей просушки с периодическим перемешиванием при 40 С шихта должна иметь достатоцо хорошую сыпучесть, нс комковат. ся и це иметь запаха. Из полученцой 40казанным способом цптхты прссс ют контсйцеры требуемых форм и размеров, которые после выдержцвания на воздухе прц комнатной температуре в течение суток суп;ат ттри 60 - 180 С в течение 120 мцц.45Полусццыс коцтсйцертя заполняют реакционной шцхтой для получения сверхтвсрдого материала. Спцтсз проводят в любом пзвсстцом устройстве высокого давления, 50создаваюшем давление 50 - 100 кбар итсмператур 1200 - 2800 С.В таблице приведены результаты испытаний контейнера, полученного из предлагаемой и известных шихт - его термостойкость и величина давления, развиваемая в нем при усилии пресса 350 т.Термостойкость контейнеров определятот 00 по началу их выгорания в центральной части при давлении 50 кбар и времени выдержки 2 мин. В качестве реакционной смеси используют гексагональный нитрид бора с диборидом магния (10 - 15 вес. 7 о) 05 и нитрид бора.20 - 45 оо-пый расгвор клоридов или нитратовдвуквалентиык мсталлов илп пк смеси, все, оо Добавка оксида или волокна,вес. ",о+ М(ХОз)з 6 НзО 1770 2340 2280 2270 2390 2370 2320 2300 2320 2260 2350 5 20 20 20 20 20 20 20 10 10 20 75 СаСОз +50 СаО -50 СаО +50 СаО +50 СаО +50 СаО +50 СаО +50 СаО80 МдО +80 СаО +70 М 80 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 2380 5 асбест 20 75 МдО + Как видно из таблицы, дополнительное введение в диэлектрический материал растворов хлоридов или нитратов двухвалентных металлов термостойких окислов и волокнистого наполнителяповышает термостойкость контейнеров в среднем от 1540 до 2170 оС и давление от 44 до 55 кбар.Использование предлагаемой шихты для контейнеров повышает выход и качество порошков, моно- и поликристаллов кубического нитрида бора, так как в процессе синтеза не происходит изменения давления за счет выгорания контейнера. 45 ю щ а я с я тем, что, с целью увеличениядиапазона развиваемых давлений и повышения температуры службы, она содержит в качестве связующего 20 - 45%-ный раствор соединения из группы: ХдС 1,6 НоО, 50 СаС 1 о 6 Н 20, Мд(ХОз). 6 Н,О, Са(МОз).,4 НоО и дополнительно содержит компонент из группы: В 4 С, А 1 Х, Ге 20 з, ХгОа, НЮз, ЯОз, А 1 оОз, Сг О, и/или армирующий компонент из группы: стекловолокно, асбе стовые, вермикулитовые волокна при следующем соотношении компонентов, вес. %: Наполнитель 50 - 9020 - 45%-ный раствор соединения из группы МдС 1 з6 НзО,СаС 12 6 Н О,Мд(КОз)6 НзО, Са(МОз)4 Н О 9 - 45Компонент из группы В 4 С,А 1 Х, РезОз, УгОз, Н)Оз, ЯОз,Формула изоб р стен ил 60 Шихта для изготовления контейнера устройства высокого давления, содержащая наполнитель из группы: литографский камень, кальцит, пирофиллит, тальк, МдО, СаО, СаСОз, ХпО, и связующее, отл и ч а 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 5 16 17 18 19 20 21 Литографский камень (природный) Литографский камень (5 оо-иый полпвшшловый спирт) Пирофиллит (природный)Тальк (отккиг при 800 С)70 МО + 50 ЛдО + 60 МдО + 50 МпО + 50 МдО +60 МдО + 90 МпО + 70 МО + 51 Мп 0 + 50 МпО + 60 МпО + 50 МдО + 80 МьоО +545 Мь +65 МьО + 75 МдО + 75 МдО + 20 А 1.0 з40 А 40 з20 510 з40 ЯОз5 ГезОз20 ГезОз0,5 СгзО;20 СгзОз40 ЪОзО ЛгОз20 А 1 Х40 А 1 Х10 В,С0,5 АоОз20 асбеста10 стекловолокнаО всрмикулитовысволокна5 Сг,О,10 вермпкулптовыеволокна10 асбеста30 А 1,0 з30 ГезОз30 СгзОз30 ХгОз30 АХ30 В,С10 АзОз10 АзОз10 А 1 зОз 2360 2350 2300 2280 2270 2260 360 2360 2350 2380 2390 2360 2270 2320 2310 2300 58 60 57 58 57 оО 59 60 58 61 62 58 58 61 58 60887536 0,5 - 40 Редактор М. Кузнецова Изд. М 620 Тпак 66 ВНИ)ИПИ Госуларствсого комитета СССР по дслам эобрстснй и открьт 13035, Москва, Я(-35, Рауьвскан ао., л. -)/5Подписное Заказ 8338 За 0)ск н т)нОПра)н ) рлГра 1 н:); Га МосойлсО;)кона 7А 120 з, СгаОз и/или стекловолокно, асбестовые, вермикулитовые волокна 8 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство ССС Р