Пьезометр

(51)5 6 01 1 27/00, 7/1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ АВТОРСКО ц(71) Белорусский политехнический институт (72) А. И, Дудяк, Н, С, Траймак, В, Г. Тюшняков, Г, М. Жданович, 8, Д. Грицук и В. А, Пономаренко(56) Циклис Д, А, Техника физико-химических исследований при высоких давлениях, М Химия., 1961, с. 45.Рябинин Ю, Н, и др, Поршневой пьезометр с квазигидростатической поддержкой на давления до 100000 кг/см, Журнал технической физики, т, ХХ 1 Х, М 9, 1959, с, 1176, (54) ПЬЕЗОМЕТР(57) Изобретение относится к аппаратуре сверхвысоких давлений и может быть использовано для синтеза сверхтвердых материалов. Целью изобретения является обеспечение возможности регулированияЯ, 78 давления в реакционной камере, Пьезометр содержит цилиндр 1 с поршнями 2 и 3, реакционной камерой 4, в которой размещается исследуемая шихта. В кольцевой камере 7 размещается пластичное твердое вещество, которое при приложении к поршню 6 большого диаметра усилия сжимается как у шихты в камере 4, После достижения необходимого давления пропускают электрический ток через шихту, При достижении необходимых температуры и давления обеспечивают необходимый размер зазоров на выходе из канавок 8 путем поворота пластины 9 или радиального перемещения заслонок, При переходе вещества шихты в более плотную модификацию давление в камере 4 падает, Однако поршень 2 перемещается дополнительно за счет выдавливания пластичного вещества через канавки 8 и давление в камере 4 поддерживается прежним, 2 3, и. ф-лы, 5 ил, 173729525 30 35 маемости и объемов веществ, заполняю 50 55 Изобретение относится к аппаратуре сверхвысоких давлений и может быть использовано для синтеза сверхтвердых материалов и физико-химических исследований,Известно устройство для физико-химических исследований, содержащее корпус с глухим отверстием и пуансон, входящий в это отверстие 1.Данное устройство позволяет поддерживать давление в реакционной камере независимоо от изменения плотности вещества реагентов за счет перемещения пуансона, Однако с помощью указанного устройства не удается создавать сверхвысокие давления в реакционной камере, пригодные для синтеза сверхтвердых материалов, вследствие недостаточной прочности пуансона в условиях одностороннего сжатия.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является двухступенчатыи пьезометр, состоящий из цилиндра и поршней ступени сверхвысокого давления, в цилиндрической камере которой помещается исследуемый материал, а также цилиндр,поршень второй ступени, кольцевая камера которой заполняется пластичным твердым веществом, например хлористым серебром,Будучи сжатым, это вещество оказывает квазигидростатическое давление на поршень первой ступени. В результате прочность материала и устойчивость поршня значительно увеличиваются, что позволяет поршню в этих условиях выдержать без разрушения осевые нагрузки, превышающие предельные для него при атмосферном давлении 2, Отношение между давлениями в камерах первой и второй ступеней зависит от соотношения диаметров поршней, сжищих камеры. В отдельных случаях выгодно помещать в камеру второй ступени вещество, обладающее при высоком давлении полиморфным переходом, сопровождающимся большим скачком объема. Недостатком известного пьезометра является большая сложность контролирования процесса поведения сжимаемых материалов, находящихся в реакционной и кольцевой камерах, так как изменение объема шихты в процессе синтеза за счет аллотропических превращений может и не совпадать как по времени, так и по температуре с полиморфнымпереходом материала камеры второй ступени, В результате давление в реакционной камере резко падает, а зависание поршня второй ступени, обусловленное пределом сжимаемости пластичного вещества, не позволяет передавать усилие пресса на осевое сжатие 5 10 15 20 материала, расположенного в реакционной камере, и процесс синтеза останавливается или протекает хаотично, вследствие чего снижается качество и количество синтезируемого материала.Целью изобретения является обеспечение возможности регулирования давления в реакционной камере, Это позволит увеличить процент выхода годного продукта, повысить его качество,Цель достигается тем, что пьезометр, содержащий корпус, запрессованный в нем двухступенчатый цилиндр, в котором размещен двухступенчатый поршень, при этом ступень цилиндра меньшего диаметра выполнена с днищем, реакционную и кольцевую камеры, причем последняя заполнена пластинчатым твердым веществом, дополнительно снабжен закрепленной на корпусе пластиной с отверстием, равным отверстию ступени цилиндра большего диаметра, и коаксиально размещенной на ее торце, и расположенными симметрично и параллельно оси цилиндра выводными каналами с устройством регулирования их выходных сечений. Выводные каналы в пьезометре могут быть выполнены в виде канавок на внутренней цилиндрической поверхности ступени цилиндра большего диаметра, а устройство регулирования выходных сечений выполнено в виде продольных пазов на внутренней поверхности отверстия пластины, размещенных напротив торцов канавок и имеющих поперечное сечение большее, чем сечение канавок, а пластина закреплена на корпусе с возможностью фиксированного поворота вокруг оси поршня, Выводные каналы в пьезометре могут быть также выполнены в виде канавок на цилиндрической поверхности ступени поршня большего диаметра, а устройство регулирования выполнено в виде заслонок, размещенных в пластине напротив торцов канавок и выполненных с возможностью радиального перемещения,Достижение цели обьясняется тем, что выводные каналы с устройством регулирования их выходных сечений дают возможность регулирования давления в реакционной камере за счет изменяемости объема пластичного вещества, расположенного в кольцевой камере и постепенно вытекающего через зазор устройства регулирования сечения, образованный между стенками каналов и продольных пазов пластины, Фиксированный поворот пластины вокруг оси поршня большего диаметра создает необходимое (с точки зрения оптимального сочетания температурно-силовых параметров процесса синтеза) изменение10 канавок (полусферическая, прямоугольная,треугольная и пр.) не имеет решающего зна 40 45 50 55 величины зазора, размеры которого обеспечивают в итоге распределение общего усилия пресса на осевое сжатие материала, расположенного в реакционной камере, и радиальное обжатие поршня меньшего диаметра в кольцевой камере, Наличие данного эффекта позволяет управлять температурно-силовыми параметрами процесса синтеза. В результате обеспечивается повышение качества и количества синтезируе мого материала.Для обеспечения вытекания пластичного вещества из кольцевой камеры форма чения и связана в первую очередь с технологическими возможностями их получения, Выполнение только одной канавки на внутренней цилиндрической поверхности ступени цилиндра большего диаметра может привести к перекосу и заклиниванию поршня большего диаметра, Симметричное же расположение двух и более канавок практически исключает эту возможность. Однако с увеличением числа канавок на цилиндрической поверхности общая площадь их поперечного сечения должна быть постоянной величиной, связанной с размерами зазора и температурно-силовыми параметрами процесса синтеза,Размеры продольных. пазов на внутренней поверхности отверстия пластины должны превышать размера сечения канавок, так как в противном случае возможно полное перекрытие сечения этих канавок, запирание пластичного вещества в кольцевой камере и зависание поршня второй ступени, т, е, произойдет разбалансирование соотношения давлений внутри кольцевой иреакционной камер и нарушение режимовсинтеза. Выполнение канавок произвольной формы на цилиндрической поверхности ступени поршня большего диаметра обеспечивает эффект, аналогичный описанному выше. Однако в этом случае пазы в пластине должны быть заменены заслонками, перекрывающими сечение канавок, Радиальное перемещение заслонок в конических пазах пластины обеспечивает необходимую величину зазора и исключает проникновение пластичного вщества в стык между торцовыми поверхностями цилиндра большегодиаметра и пластины, так как не требуетсяповорота последней вокруг оси поршня,На фиг. 1 представлен предлагаемый пьезометр, общий вид; на фиг, 2 - то же, вид сверху для случая пластины с пазами; на фиг, 3 - место на фиг. 2; на фиг. 4 - то же,20 25 30 35 с заслонками; на фиг, 5 - разрез А - А на фиг,4,Пьезометр содержит цилиндр 1 (фиг. 1), поршни 2 и 3 ступени сверхвысокого давления, в реакционной камере 4 которой помещается исследуемая шихта, цилиндр 5 и поршень 6 большего диаметра ступени, кольцевая камера 7 которой заполняется пластичным твердым веществом, На внутренней цилиндрической поверхности ступени цилиндра большего диаметра выполнены две и более канавки 8, выходящие на торцовую поверхность цилиндра 5 большего диаметра, следующего одновременно и кольцевой камерой-поддержкой для цилиндра 1 меньшего диаметра. Со стороны торцовой поверхности цилиндра 5 расположено устройство регулирования сечения канавок 8, выполненное в виде пластины 9 с продольными пазами 10 (фиг, 3), расположенными соосно (в исходном положении) каждой канавке 8, и закрепленное посредством центрального отверстия 11 и болтов 12, Снаружи цилиндра 5 большего диаметра расположено кольцо 13 внешней поддержки, обеспечивающее посредством сборочного натяга радиальные напряжения сжатия в цилиндрах 1 и 5, Поворот пластины вокруг оси цилиндра 5 обеспечивается посредством фигурных прорезей 14, а ее фиксация - посредством болтов 12. Необходимый зазор 15 создается при повороте пластины 9 между стенками канавок 8 и пазов 10,Канавки 16 (фиг. 4) могут быть выполнены на цилиндрической поверхности поршня 6 большего диаметра. При этом зазор 17 образуется в стыке между стенками канавок 16 и заслонок 18, установленными на пластине 9 вместо продольных пазов 10 соосно каждой канавке с возможностью радиального перемещения посредством конического паза 19 (фиг. 5) подвижного 20, закрепленного на заслонке 18, и неподвижного 21, закрепленного на пластине 9, кронштейнов и болта 22.Работает пьезометр следующим образом. В реакционной камере 4 размещается шихта для синтеза. В кольцевой камере 7 размещается пластичное твердое вещество (например, нитрид бора), которое при приложении к поршню 6 большего диаметра усилия пресса сжимается за счет уплотнения так же, как и шихта, В начальный момент времени зазора 15 или 17 полностью перекрыты элементами пластины 9, а пластичное вещество, сжимаясь, заполняет лишь объемы канавок 8 или 16, не вытекая из кольцевой камеры 7. По мере возрастания давления в реакционной камере 4 идостижения ею заданной величины пропускают электрический ток через шихту. Придостижении необходимых температуры идавления для протекания аллотропическихпереходов вещества шихты обеспечивают 5необходимый размер зазоров 15 или 17 путем поворота пластины 9 или радиальногоперемещения заслонок 18. В процессе перехода вещества шихты в более плотнуюмодификацию уменьшается ее объем, 10вследствие чего начинает падать давлениев реакционной камере 4 и нарушается равновесное соотношение между давлениями вкамерах первой и второй ступеней, Затемпод действием усилия пресса поршни б и 2 15начинают перемещаться, а излишки объемапластичного вещества, препятствующие ихперемещению, вытекают через зазоры 15или 17. В результате давление в реакционной камере 4 удается поддерживать (регулировать) на заданном уровне,Формула изобретения1, Пьезометр, содержащий корпус,запрессованный в нем двухступенчатыйцилиндр, в котором размещен двухступенчатый поршень, при этом ступень цилиндраменьшего диаметра выполнена с днищем,реакционную и кольцевую камеры, причемпоследняя заполнена пластичным твердым веществом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, 30что, с целью обеспечения возможности регулирования давления в реакционной камере, он снабжен закрепленной на корпусе пластиной с отверстием, равным отверстию ступени цилиндра большего диаметра, и коаксиально размещенной на ее торце, и расположенными симметрично и параллельно оси цилиндра выводными каналами с устройством регулирования их выходных сечений,2, Пьезометр по и. 1, отл и ч а ю щи йс я тем, что в нем выводные каналы выполнены в виде канавок на внутренней цилиндрической поверхности ступени цилиндра большего диаметра, а устройство регулирования выходных сечений выполнено в виде продольных пазов на внутренней поверхности отверстия пластины, размещенных напротив торцов канавок и имеющих поперечное сечение большее, чем сечение канавок, а пластина закреплена на корпусе с воэможностью фиксированного поворота вокруг оси поршня,3, Пьезометр по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что в нем выводные каналы выполнены в виде канавок на цилиндрической поверхности ступени поршня большего диаметра, а устройство регулирования выполнено в виде заслонок, размещенных на пластине напротив торцов канавок и выполненных с возможностью радиального перемещения.1737295 Составитель Н,Траймошкарева Техред М.Моргентал Корректор С.Шевку акт СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 аказ 1885 ВНИИПИ Го Тираж рственного комите 113 О 35, Москва