Поршневой пьезометр сверхвысокого давления Советский патент 1979 года по МПК G01L7/16 

.(54) ПОРШНЕВОЙ ПЬЕЗОМЕТР СВЕРХВЫСОКОГО

ДАВЛЕНИЯ ;не возникают напряжения, несколько пре вышающие таковые в камере, а по абсолютной величине они превосходят предел пр6чиостима1 ериала поршня, Радйальйай поддержка поршня при это позволяет увеличить его срок службы, однако после ее осуществления требуе ся двусторонний пресс. Кроме того, радиальная поддержка эффективна лишь при нагрузках на поршень, незначительЙо прёвьгшающИх тфедёл прочностиНй сжатие материала (400-500 кг/мм для твердого сплава и 1 50-200 кг/мм для твердозакаленных сталей). Для синтеза и выращивания кристаллов алмаза и других сверхтвердых материалов, как известно,- требуются давления 50-70 кр создание которых с помощью поршневых пьезометров до настоящего времени не представлялось возможным (если не счи тать отдельных лабораторных опйтов по синтезу алмазов с использованием крат ковременного нагрева), хотя среди всех Изёебтных ycTjioflcTB для созданий сверх высоких давлений они являются сравни тельно простыми в изготовлении и, что особенно важйо, позволяют создавать давление в камере о- большой высотой реакционного объема. Последнее, в свою очередь, позволяет создавать заданные температурные условия по высоте образца, что может.иметь большое значение для .разработки, методов выращивания крупных кристаллов алмазов и кубического нитрида бора. Целью изобретения является увеличение срока службы поршневого пьезометр сверхвысокого давления. Это достигается тем, что в предлагдемый поршневой пьезометр сверхвысокого давления, содержащий рабочие поршень и цилиндр и поршень и цилиндр поддерживающий ступени, контейнер из теплоизоляционного материала с полость для размещения обрабатываемого образца и опорную плиту, дополнительно введен установленный в осевом отверстии контейшра сердечник, выступающая част которого размещенав отверстии опорной плиты, а полость для размещения обрабатываемого образца вьшолнена кольцеобразной. Такое вьшолнение поршневого пьезометра сверхвысокого давлення позволяет уменьшить напряжения в рабочей Йоршнё при удалении от его рабочей поверхности к опорной, что позволит расширить диапазон достижимых давлений устройств 7 8,4 и увеличить срок его службы в обычном диапазоне давлений. На чертеже изображен осевой разрез предложенного поршневого пьезометра сверхвысокого давления, Пьезометр содержит соосно установленные рабочий цилиндр 1 и цилиндр 2 поддерживающей ступени, скрепленные стальными кольцами 3, а также рабочий поршень 4 и поршень 5 поддерживающей ступени, который также скреплен с торца стальным кольцом 6, Поршень 4, fco3дающий сверхвысокое давление, хорощо подогнан к рабочему цилиндру 1, в котором помешен кольцеобразный контейнер 7 с обрабатываемым образцом. В осевом отверстии контейнера, выполненного из теплоэлектроизоляционного материала, вставляется сердечник 8, выступающая из контейнера часть которого входит в отверстие опорной плиты 9, рабочим цилиндром 1 и опорной плитой 9 установлена электроизо- ляционнйя п|э6кладка 10, В кольцевой полости цилиндра 2 поддерживающей ступени помешены слоями материалы 11с разл1гчными пределами текучести. На внутренней поверхности цилиндра 2 или на наружной- поверхности поршня 5 имеются продольные канайки Для выдавливания этих материалов из кольцевой полости, В исходном положении рабочий поршень 4 частично входит в рабочий цилиндр 1, поршень 5 подерживающей ступени- в цилиндр 3 поддерживающей ступени, а сердечник 8 - в отверстие опорнойплиты. При этом шорные торцы сердечника 3 скреплены стальным кольцом 12 либо сердечник вьтолнен монолитным Т-образной формы, В кольцевой полости 13 контейнера 7 из пнрофилита, талька, окйс;иалюминия и т.д, помещен обрабатываемый образец- например щихта для синтеза алмазов. Расположен™ ные диаметрально противоположные две пробки 14 из графита или другого электропроводящего материала осуществляют подвод тока от опорной плиты 9 к образцу 13, Сердечник 8 и скрепляющее его кольцо 12 при этом электроизолирЬваны от поршня 4 прокладкой 15 из катлинпта, асбеста или слюды от порщ- ня 4, Под действием пресса, усилие которого передается на поршни 5 и 4, происходит сжатие контейнера, с oбpaбiaтывaeмым образцом 13 и мвтериалов 11 в коль- девой полости цилиндра 2 поддерживающей ступечи. При этом напряжения а опорной части поршня 4 будут меньше, чем в нижней рабочей части, благодаря разности площадей рабочей площади сердечника 8. Это дает возможность расширить диапазон достижимых давлений пьезометра либо увеличить срок службы его при работе в обычном диапазоне давлений. Этому же способствуют и нал- жения радиальной поддержки, благодаря сжатию пластичных материалов с различ ными величинами предела текучести в кольцеобразной полости цилиндра 2 поддерживающей ступени ч. каналов для вы- давлквания этих материалов при уменьшении объема этой полости. В первоначальный момент сжатия из полости выдавливается- верхний слой материала с наименьшим пределом аекучести. Затем начинает выдавливаться с;лой мат риала с большим пределом текучести и т.д. Если же необходимо генерировать в рабочей полости 13 давление, способное разрушить сердечник 8, то под его нижним торцом помещают пластичный материал 16, который, как и вкольцевой полости цилиндра поддерживающей ступени 2 при выдавливании через отверстие в упоре 17, будет осуществлять осевую поддерж су сердечника 8 и предо вратит его разрушение. В качестве плас тических материалов jvforyT быть исполь зованы фторпласт, свинец, олово, медьи т Для осуществления нагрева электропроводящего образца 13 ток к нему подводят через две диаметрально установленные электроконтактные пробки, одна из который 14 находится в контак те с опорной плитой 9, а вторая - с рабочим цилиндром 1 или поршнем 4, с дечник 8 от которого электроизолирован прокладкой 15. Для предотвращения выдавливания контейнера в зазор опорной ллитой и рабочим цилиндром в начале сжат в исходной позиции может быть зазор между рабочим поршнем 4 и контейнером 7. Тогда в начале рабочего цикла удет происходить обжатие пластичного атериала в кольцевой полости цилиндра поддерживающей ступени, и, .таким образом, рабочий цилиндр 1 окажется достаточно прижатым к опорной плите 9. Благодаря значительному уменьшеш1Ю напряжения в опорной части рабочего поршня указаннЬ1й пьезометр можно ислользо)зать при синтезе сверхтвердых материалов, выращивании крупных кристаллов и других физико-химических исследованиях, требующих создания сверхвысоких давлений. Например, использование предлагаегюго порщневого пьезо(метра для синтеза алмазов вместо применяемого в настоящее время устройст ва типа наковадшня с лунками на прессовой установке усилием 20ОО позволит в 5-6 раз увеличить реакционный объем камеры, а вместе с тем и вьгход г елевого продукта (до 20 карат вместо 3,5). Формула изобретения Поршневой пьезометр сверх высоко -о давления, содержащий рабочие порщень и цилиндр и поршень и цилиндр поддср-живающей ступени, контейнер из теплоизоляционного материала с полостью для размещения обрабатываемого образца и опорную плиту, отличающийс я тем, что, с целью,увелш1ения срока службы пьезометра, в него дополнительно введен установленный в осевом отверстии контейнера сердечник, выступающая часть которого размещеч в о-пверстии опорной плиты, а полость для размещения обрабатьшаемого образца выполнена кольцеобразной. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Под ред. Е. Г. Понятовского. Современная техника сверхвысоких давлений. М., Мир, 1964, с. 238-248. 2.Циклис Д. С, Техника физикехими еских исследований при высоких и сверхвысоких давлениях. М., Химия 1965, с. 77 (прототип).