Электронагреватель для камер высокого давления и способ его изготовления

(7) Заявител О а Тру т Физ го Красного. Знаменивысоких давлений АН ССС инст(54) ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ КАМЕР ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯее,близким по и достигаемому июявляется эл камер высокогос токоподводящую сти из грдфитс 23. ескойьтату кагревания, со"ловыдещего маехни реву ктро давл и те держ Наибо сущности изобрете тель для держащий ляюжую ч териалаИзобретение относится к электротехнике и может быть;использовано для изготовления электронагревателей, используемых в камерах высокого давления, которые в свою очередь используют при изготовлении алмазного.инструмента или высокопроцных порощковых материалов методом горячего прессования под высоким давлением.Известно изготовление электронагревателей для камер высокого давления из смеси граФита с тугоплавкими, . электроизопяционными материалами, обладающими повышенным тепловым и электрическим сопротивлением 11.).Однако постоянство данных характеристик по всему объему электронагревателя обуславливает нежелательное смещение эоны максимального разогре-. ва в среднюю часть нагревателя. При расположении электронагревателей по обе стороны реакционной зоны температура в центре реакционной зоны будет меньще, чем в средней части нагрева 2теля. Таким образом,. для достижения заданной температуры в центре реакционной эоны необходимо иметь температуру в средней части нагревателя выше на величину перепада температуры между средней частью нагревателя и центром реакционной зоны. Чем дальае максимальная температура в нагревателе от центра реакционной эоны, тем больще перепад температур необходимо 0 создавать. Увеличение температуры взоне максимального разогрева электронагревателей ведет к уведичению потребляемой мощности и чрезмерному разогреву пораней камеры высокого дав ления,Цель изобретения - повышение ста 20 бильности электрических и тепловых параметров нагревателя.Поставленная цель достигается тем, что в известном электронагревателе токоподводящая часть выполнена из сме-. си порошка графита, металлического порошка с размерами частиц 10-100 мкм, температура плавления которого не менее чем на 150 С выше рабочей температуры кзмеры, и электроизоляционного материала при следующем соотношении компонентов, об. 4:Графит 10-20Металлический порошок 10-20Электроизоляционныйматериал Остальное а тепловыделяющая часть выполнена из смеси порошка графита и электроизоляционного материала при следующем соотношении компонентов, об. Ф:ГраФит 10-20Электроизоляционныйматериал ОстальноеПричем в способе изготовления предлагаемого нагревателя первоначально производят засыпку материала токоподводящей части на высоту, равную 0,25- 0,65 общей высоты засыпки, и прессование обеих частей производят при давлении 1,0- 1,5 кбар,На фиг. 1 дана схема частей нагревателя и расположения их в камере высокого давления; .на Фиг. 2 - характер распределения температур вдоль оси камеры высокого давления, где с - для 55 нагревателя, изготовленного по предлагаемому способу с металлической добавкой; б - для нагревателя, изготовлен 40 3 98406Этот нагреватель изготавливается путем засыпки материала токоподводящей и тепловыделяющей частей в прессформу и формирования нагревателя прес- сованием.Существенным недостатком известного нагревателя являются относительно низкие тепло- и электросопротивления графита по всему объему нагревателя.Ввиду однородности состава нагревате ля наблюдается значительный перепад .температур между средней частью нагревателя и центром реакционной зоны, что вызывает увеличение контактных температур между поршнями и нагревателями из-за создания в центре нагревателя температуры выше температуры в реакционной зоне на величину перепада. 2 4ного без металлической добавки при техже параметрах,В камере 1 высокого давления(Фиг, 1) размещена в теплоиэолирующейобойме 2 токоподводящая часть нагревателя 3 и тепловыделяющая часть нагревателя. 4. Между нагревателями расположена реакционная зона 5, а нагреватели контактируют с поршнями 6, Изготовление электронагревателей производят путем последовательной засыпкисмесей в пресс-форму холодного прессования и подвергают прессованию 1,01,5 кбар.Благодаря добавке металлическойкомпоненты, имеющей на несколько порядков меньше электросопротивление посравнению с графитом, при почти рав- .ном тепловом сопротивлении основнаядоля тепловыделения происходит в контактирующей с реакционной зоной частиэлектронагревателя, что способствуетсмещению области максимальных темпеРатур к. центру реакционной камеры иуменьшению разогрева поршней камерывысокого давления, снижению потребляемой мощности разогрева.Токоподводящая часть после холод"ного прессования 1,0-1,5 кбар составляет 0,3-0,75 высоты нагревателя ввиду того, что менее 0,30 дает недостаточный перепад температур между поршнями и зоной максимального разогрева,больше 0,75 влечет за собой уменьшение основной тепловыделяющей частинагревателя или увеличение камеры высокого давления. Содержание металлического порошка в количестве 10-20 об, 3объясняется тем, что меньше 1 О об. Фнедостаточно для значительного повышения электропроводности, больше20 об. 4 способствует увеличению теплопроводности и тем самым уменьшаетперепад температур между поршнями ицентром тепловыделяющей части нагревателя.Для стабильности электросопротивления и теплопроводности и равномерного разогрева электронагревателя частицы металлического порошка должныбыть соизмеримы с частицами электро- .изоляционного материала, что составляет 10- 100 мкм для предотвращенияизменения электросопротивления нагревателя в процессе его работы, частицы металлического порошка не должнырасплавляться и пропитывать тепловыделяющую часть, поэтому температураплавления металлического порошка должформула изобретения 10-20 5 9840 на быть не менее чем 150 С выше рабочей температуры в камере.Содержание графита менее 1 О об, недостаточно для постоянства электрических постоянных по всему обьему з электронагревателя, больше 20 об, снижает эффективность тепловыделяющей части и повышает теплопроводность токоподводящей части, что нежелательно. 1 фП р и м е р. Для токоподво 4 ящей части берут 20 г графита, 60 г порошка сплава меди с никелем с размером частиц 10-30 мкм с Т 1150 С и 165 г катлинита, что соответствует 10 об. 6 13 графита, 10 об,сплава меди с никелем и 80 об, 4 катлинита.Для тепловыделяющей части берут 49 г графита и 504 г катлинита, что соответствует 10 об. 4 графита и в 90 об, 4 катлинита.Нагреватель готовят путем последовательной засыпки нагревательной смеси сначала токоподводящей, а затем тепловыделяющей частей в пресс-Форму хо лодного прессования и прессуют до давления 1,0-1,5 кбар. Общая высота нагревателя 50 мм, токоподводящая часть составила 15 мм.Готовят два нагревателя 95 мм. Со- зе бранные и помещенные в камеру высокого давления типа цилиндр-поршень электронагреватели с реакционной зоной в теплоизолирующей обойме подвергают давлению 8 кбар. Затем пропускают электрический ток через нагревательные элементы и реакционную ячейку мощностью 15 кВт в течение 7 мин. Температура в реакционной ячейке 1000 С.Температура поршней после нагрева 350 С.Предложенная конструкция и способ изготовления электронагревателей для камеры. высокого давления позволяет улучшить теплоэлектрические свойства нагревателя, значительно снизить (на 25-30) потребляемую мощность электрического тока для разогрева реакционной зоны за счет снижения максимальной температуры в нагревателе, смещению ее к реакционной зоне, уменьшения теплоотвода, снижение нагрева поршней камеры высокого давления. Повышается 62 4работоспособность поршней за счет повышения стойкости стальных поршней в 3-4 раза. 1. Электронагреватель для камер высокого давления, содержащий .токоподводящую и тепловыделяющую части изграфитсодержащего материала, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью по"вышения стабильности электрических итепловых параметров нагревателя, токоподводящая часть выполнена из смесипорошка графита, металлического порошка с размерами частиц 10-100 мкм, температура плавления которого не менеечем на 150 С выше рабочей температурыкамеры, и электроизоляционного материала при следующем соотношении компонентов, об. ;,Графит10"20МеталлическийпорошокЭлектроизоляционныйматериал Остальноеа тепловыделяющая часть выполнена изсмеси порошка графита и электроизоля"ционного материала при следующем соотношении компонентов, об.Графит 10-20Электроизоляционныйматериал Остальное2. Способ изготовления электронагревателя для камер высокого давления,при котором материал токсподводящей итепловыделяющей частей засыпают впресс-форму и формируют нагревательпрессованием, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что первоначально производят засыпку материала токоподводящей частина высоту, равную 0,25-0,65 общей высоты засыпки, и прессование обеих частей производят при давлении 1,01,5 кбар,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРИ 550770, кл. Н 05 В 3/14, 1974.2. Авторское свидетельство СССРй 503382, кл. В 01 1 3/00, 1974, Э 84 а 62ТС аз 9959/7 б Тираж 862 Подписное илиал ППП "Патент",Ужгород,ул,Проектная,4