Устройство для создания сверхвысокого давления

1027877 цВ 01 Л 3/06 иф; ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ К АВТОРСНО оль соких давле ман 611,ии У 1485907 ольми изве- Бй, частли обращен верх- трицы создания ержащее ские пувающимиерстии Известно устрой сверхвысокого давл соосно установленн ансоны и матрицу скольцами, в центра тво для ния, со е конич поддерж ьном от ов СОК)З СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт физикиний АН СССР(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗлАНИЯСВЕРХВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, содержащеесоосно установленные,. скрепленные побоковой поверхности пуансоны, состоящие из опорной и рабочей частей, исоставную матрицу, выполненную изкольцевых элементов, разделенных электроизолирующими прокладками, снабженную поддерживающими кольцами, контейнер с образцом, размещенный в осевом отверстии. матрицы, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения срока службы и увеличения надежности устройства, оно снабженопластичными металлическими кольцевыми втулками коаксиально установленными на рабочих частях пуансонов,на пересечении боковых и торцевых Изобретение относится к области обработки материалов сверхвысоким давлением и в частности к устройствам для синтеза сверхтвердых матери поверхностей втулок выполнены к цевые выемки, обращенные к матрице и контактирующие с ее торцевой поверхностью и боковой поверхностью цент";. рального отверстия, в электроизолирующих прокладках размещены .электро- вводы,и рабочая часть пуансона выполнейа съемной.2. Устройство по п,1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что рабочие части пуансонов выполнены составными из цилиндрических и/или усеченных ко-. нических элементов.3, Устройство по пп, 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что к цевые втулки выполнены составны материалов, твердость которых у личивается в направлении опорно ти пуансонов. Устройство по пп.1-3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что поверхности рабочих частей пуансонов, обращенные к его опорной части и к образцу, выполнены выпуклыми и вогнутыми соответственно.5. Устройство по пп.1-4, о ч а ю щ е е с я тем, что на ных одна к другой торцевых по ностях кольцевых элементов ма выполнены кольцевые выступы.,которой размещен контейнер с образцом и электроподогревателем и составные цилиндро-конические прокладки,размещенные между рабочей частью пуансона и внутренней поверхностью мат-рицы.Неростатком устройства являетсяего небольшой срок службы из-за невысоких процностных характеристикпуансона.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для созданиясверхвысокого давления, содержащеесоосно установленные, скрепленныепо боковой поверхности пуансоны, состоящие из опорной и рабочей частей,и составную матрицу, выполненную изкольцевых элементов, разделенныхсжимасмыми электроизолирующими про"кладками, снабженную пордерживающимикольцами, и контейнер с образцом,размещенный в осевом отверстии матрицы,Недостатком этого устройства является малый срок службы и недостаточно высокая надежность. Малыйсрок службы определяется разрушением рабочих частей пуансонов. Приизготовлении всех элементов устрой- ЭОства из стали и без применения твердьх сплавов сверхвысокое давление внем не достигается из-за разрушенияпуансонов.Недостаточная надежность устройства вызвана перекосом матрицы в процессе нагружения из-за отсутствияавтоюстировки устройства и трудностью введения датциков внутрь реакционного объема через сжимаемые плас" 10тицнье прокладки.Целью изобретения является повышение срока службы и увеличение надежности устройства.Поставленная цель достигается тем,15цто предлагаемое устройство для создания сверхвысокого давления содержитсоосно установленные, скрепленные побоковой поверхности пуансоны, состоящие из опорной и съемной рабочейчастей, пластицные металлическиекольцевые втулки, коаксиально установленные на рабочих частях пуансонов, с кольцевыми выемками, выполненными на пересецении боковых иторцевых поверхностей втулок, обращенными к матрице и контактирующимис ее торцевой поверхностью и поверхностью центрального отверстия, составную матрицу, выполненную из кольцевых элементов, разделенных электроизолирующими прокладками с размещенными в них электровводами, и снабженную поддерживающими кольцами, иконтейнер с образцом, размещенный восевом отверстии матрицы.Применение втулок, установленныхна рабочих частях пуансонов, позволяет обеспечить необходимую всестороннюю поддержку пуансонов при нагружении, предотвратить вытекание материала контейнера из рабочего объема при увеличении давления и темсамым увеличить срок службы устройства,Наличие кольцевых выемок на втулках обеспецивает центровку устройства и облегчает его сборку,Съемная рабочая часть пуансонапозволяет обеспецить автоюстировкуустроиства при нагружении, Опорнаячасть пуансона благодаря подвижнойрабочей части практически не изнашивается. Электроизолирующая прокладкавыполнена тонкой (отношение толщиныпрокладки к внешнему диаметру кольце-вого элемента 1:50-1:100), так кактонкая прокладка мало изменяет своютолщину при задавливании и не находится в состоянии пластического течения, поэтому прохорящие через нееэлектровводы обеспечивают надежныйконтакт. с датчиками внутри рабочегообьема,Совокупность всех этих признаковповышает надежность устройства,На фиг.1 изображено предлагаемоеустройство для создания сверхвысокого давления в разрезе; на фиг,2 и 3 варианты выполнения рабочих частейпуансона; на фиг,4 - выполнение торцевых поверхностей кольцевых элементов матрицы с размещенной между ними электроизолирующей прокладкой.Устройство содержит соосно установленные опорные 1 части пуансонов,скрепленные поррерживающими кольцами 2, 3, 4, и рабочие 5 части пуансонов, пластичные металлические кольцевые втулки 6, составную матрицу,выполненную из кольцевых элементов 7и поддерживающих колец 8, 9 и 10,разреленных тонкой изолирующей прокладкой 11 с электровводами 12, Восевом отверстии кольцевого элемента7 матрицы размещен контейнер 13 собразцом 14,не разрушаются. 5 1Для увеличения поддержки рабочих1 частей пуансонов при нагружениикольцевые втулки 6 могут быть выполнены составными из деталей 15 и 16,у которых твердость материалов уве"личивается в направлении к опорнымчастям пуансонов.Юля уменьшения усилия пресса ивеличины эффективных напряжений врабочих 5 частях пуансонов они могут быть выполнены составными из цилиндрических 17, 18 и/или усеченныхконических 19 элементов,ля уменьшения величины контактного напряжения поверхности 19 и 20рабочих 5 частей пуансонов, обра -щенные к опорной 1 части пуансонови к образцу 14, выполнены выпуклымии вогнутыми соответственно,Увеличение запирающего давленияв прокладке 11 достигается при наличии кольцевых выступов 21 на обращенных одна к другой торцевых по"верхностях 22 кольцевых элементов 7матрицы.Для облегчения сборки устройствакольцевые втулки 6 или детали 16 вы"полнены с кольцевыми выемками 23,Сборка устройства производитсяследующим образом.На нижнюю опорную плиту прессаустанавливается опорная 1 часть пу"ансона с .поддерживающими кольцами2, 3 и 4, На опорную часть пуансонаставится рабочая 5 часть пуансона свтулкой б и с нижней частью контейнера 13. Нижний кольцевой элемент 7матрицы с поддерживающими кольцами8, 9 и 10 ставится на втулку б таким образом, цтобы кольцевой элемент 7 матрицы вошел в кольцевуювыемку 23.На плоскую верхнюю поверхность 22матрицы устанавливается прокладка 11с электровводами 12, а образец 14размещается внутри контейнера 13.На прокларку ставится верхний кольцевой элемент 7 матрицы с поддерживающими кольцами 8, 9 и 10, а в егоосевое отверстие закладывается верхняя половина контейнера 13, Установка рабочей части пуансона 5, кольцевой втулки б и опорной 1 части пуансона с поддерживающими кольцами 2, 3и 4 аналогична сборке устройства вего нижней части.Устройство работает следующимобразом. 027877 6 и Усилие от пресса передается черезопорные 1 части пуансонов рабочей 5части пуансонов и пластичные втулки6, которые деформируются, оказываяэФФективную поддержку рабочим 5 час"тям пуансонов, сжимающих контейнер13 с образцом 14. Благодаря поддержке рабочие 5 части пуансонов не разрушаются, а, двигаясь внутрь осевогоотверстия матрицы вызывают увеличе-.ние давления. Находясь в состояниипластического течения, втулки 6 передают усилие на кольцевые элементы15 7 матрицы, повышая их прочностныесвойства и генерируя давление в прокларке 11 между кольцевыми элементами 7, благодаря чему вытекания контейнера 13 через прокладку 11 матрицы не происходит. В прототипе нерос"таточная соосность устройства приво"дит к появлению закручивающего момента, который может вызвать поломку пуансонов. В предлагаемом устройстве 25 этот неростаток устраняется за счетсвободно перемещающихся по поверхностям опорных 1 частей пуансонов ихрабочих 5 частей, Вследствие этогообеспечивается автоюстировка устрой- ЗО ства, Стальные втулки 6 надежно запи"рают рабочий объем при любой высотерабочих 5 частей пуансонов, Этот фак"тор опререляет величину объема, вкотором можно достигнуть заданногодавления при определенной сжимаемос- ти материала контейнера и образца,т,е, эффективность работы устройства.Тонкая прокладка 11, обладающая низ-кой пластичностью и малой толщиной 40 по сравнению с внешним диаметром кольцевых элементов 7 матрицы, не под"вержена течению при нагружении и мало изменяет свою толщину, поэтомуэлектровводы 12 работают надежно и Сочетание съемных рабочих 5 частей пуансонов с металлическими пластичными втулками б позволяет полу" чить давление 60 кбар в объеме более 200.смз без применения дефицитных тверросплавных материалов и урешевить устройство по сравнению с прототипом, где указанное давление приизготовлении всех деталей из сталине достигается, Благодаря юстировкедопуски на изготовление деталей од-.норазового пользования в преддагае"мом устройстве достигают 100 мкм, 1027877в то же время юстировку и изготовление прокладок в известном устройстве необходимо осуществлять с точностью порядка 1 мкм,Предлагаемое устройство было подвергнуто испытанию при давлении 60 кбар и 1500 С (реакционный объем 200 смз, втулки 6 из ст. 3 или аустенитовой стали, прокладка 11 - из асбестовой ткани) и выдержало при выполнении пуансонов из стали более 200 циклов нагружения, в то время как в известном устройстве (при выполнении пуансонов из стали) указанное давление не достигалось.При выполнении пуансонов в предлагаемом устройстве из твердого сплава ВК устройство проработало 1 год (более 200 нагружений, 600 ч), причем трещин и вмятин не наблюдалось, что свидетельствует о достиже нии поставленной цели - повышениесрока службы и надежности предложенного устройства (в то время как в известном устройстве рабочая часть пуансонов при этих условиях разру шается).102787 иг Р едактор Т,Варганова Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревскаяее еее ае ееаваеваввава в е а ри ГКНТ СССРааааа изводственно-издательский комбинат "Патент"., г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 Заказ 1088 Тираж ВНИИПИ Государственного коми 113035, Моспо изоЖПодписное тениям и открытиям шская наб д. 4/5