Способ создания гидростатического давления Советский патент 1980 года по МПК F17C5/00 

(54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ ШДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ

I

Изобретение относится к способам давления в замкнутых сосудах и может быть испопьзованО| например, для опре деления влияния давления на теплопроводность, скорость звука, теплоемкость, при исследовании структуры ифазовых переходов простых молекулярных кристаллов.

Известны способы создания гидростатического давления путем замораживания воды в условиях постоянного объема. Таким образом MOSKHO получить давление до 20ОО атм l.

Недостатками такого способа являются: ограниченный ряд получаемых давлений, т.к. для изменения давления Harip©вают лед с образцом до температуры плавления и затем снова охлаждают, невозможность получения давления выше 20ОО атм. и большая твердость льда, приводящая к нарушению гидростатичности давления.

Известен способ, включающий плавление твердых веществ (например, этилб1в6го спирта,) при котором происходит расширение вещества. Для этого замора- живакй- в сосуде этиловый спирт, сосуд герметизируют и нагревают. Спирт, плавясь в замкнутом рбьеме, создает давление. Например, при разогревании спирта до 20 с можно создать давление э 6ООО атм. 2.

Недостатком способа является применимость его только в области температур выше температуры плавления.

Прототипом выбран способ, включающий наполнение замкнутого объема газом, герметизацию к последующее его нагревание з..

Недостатком спосрба является необходимость значительного, .повышения температуры рабочего вещества из-за высокой сжимаемости газа, что исключает применение этого способа в области низких температур.

Целью изобретения является получение высоких давлений в области низких температур.

ПсиС Ш№ шая цельШс1й Ш1с& тем/

-.yi..--.--.-.. --.-.-.-;,- - --:--.- - -..,--- -.

то одновременно с подачей в сбсуД Таза осуд Охлаждают, при этом нижнюю чйстьСосуд охлаЯЩаЙУгниш затвердевания газа, а верчиюю часть собуйаохЯбнаГйют ao 1ei ne{5atypl 1g-aiueV чем температура затвердеЬайий газа на ОД-0,3 К и даЬление газау в ода в сосуд пЪддерйсивают на уровне, превышающем предел прочности отвердёЖшёгЪ газа на О,О1-1 юге/мм,«,.-.-.

Этими действиями создшот условия для плотного заполнения йолостА сосуда поликристаллом отвердевшего газа. Охлаждениетребуется для достижения температуры затвердевания газа. Создан гё градйёйта Необходимо для созда ния таких условий роста поликристалла, которых последний полностью заполнит полость сосуда прежде, чем блокирует Годное отверстие, через которое по меipe за-Гвёрдевания пбДаю йдее1ё тлбрцйй газа. Охлаждение существенио ниже температуры плавления требуется поеледук щёй причине. Фронт кристаллизации ожи женного газа находится при температуре плавления. Если область П йШ ШсТалла; удаленную от границы кристадшизации, отладить до более низкой температуры, то произойдет термическое сжатие этой части отвердевшего газа. Следовательно, между стенкой сос -дай Ъопик шй-ййлом возникнет зазор. Если этот зазор запол«йть отвердевшим газом, то в случае 1яагрёв а- поликристалла не сможет про - изойти его термическое расширение, поскольку он зажат стенками сосуда. Последнее произойдет потому, что коэ(| фийиёйттеплово расширения отверде&ших газов в сотни раз превышает этот параметр для металлов (при одинаковых , температурах). Поэтому в случае Нагрева этого поликристалла возникает высокое давление. Для з1п 5йиёнййбтвёрде&- шим газом вьш1ёупомянутого зазора, пор, раковин и трещин, отвердевший газ плотно спрессовывают. С .этой цепью давление газа во время заполнения сосуда поддерживают а уровне, превышающем предел прочности отвердевшего газа. После заполненЬйссгеуйа, eib герметизйруют и нагревают до температуры, не превышающей температуру плавледия. в замкнутом обьеме возникает Высокое давление.

Гидростатичность обусловлена большой йластичтгостью отвердеЪших . --:- .---:--.. -

,717481

ОтверпевШие тазы отличаются от других твердых тел самой низкой температу.рой затвердевания, высокой пластичнюстью низким пределом прочности и высоким

коэффициентом т ёплового расширёния, превышающим в бШйи раз коэффициент теплового рйсЖйрения металлов.

На чертеже приведен пример устройства, реализующего заявляемый способ.

Устройство содержит сосуд высокого давления 1, капилляр 2, вентиль 3, манометр 4, баллон 5 с газом, расположенные на сосуде 1 нагреватели 6 и криостат 7, Способ реализуется следующим образом. Объект, который требуется испытать в условиях вьгсокого гидростатического давления и низких температур, устанавливается в сосуде высокого давления 1. По капилляру 2с помощью вентиля 3

в сосуд подают газ, например, аргон из баллона 5 (баллоны с аргоном поставляются э одами под давлением 150 атм), и одновременно по длине сосуда с помощью нагревателей 6 и криостата 7

создают градиент температуры. Дно сосуда 1 охлаждают ниже температуры плавления твердого газа. Поэтому в сосуде 1 будет происходить конденсад1Я1я газа и у его дна начнет кристалл.

По мере роста кристалла дно продолжают охлаждать до бсхпее низких температур и кристалл продолжает расти из конденсирующейся в сосуде 1 жидкости.

Часть кристалла, охлаждённая Существенно ниже тектёратуры плавления, сжимается вследствие термической деформации. Зазор, образовавшийся между крис тйлло и стенками сосуда 1, усадочные раковины, образовавшиеся во время быстрого рЬстй Кристалла, заполняют твердым аргоном. Последнее происходит потому что под действием давления газа, поступающего из баллона, кристалл спрессовывается, т.к. предел прочности твердогО газа очень низок, например для аргона при минус 253 С он составляет BCeix) лишь 159 г/мм.

Ilocft заполнения сосуда 1 кристаллом, сосуд герметизируют и нагревают. Высокое давление в сосуде 1 возникает в

сйПу Огромного теплового расширения кристалла.

При температуре минус 258 С кристаллический аргон имеет мЬиекулярйый объем, равный 2 2,57 см VMointbt Но такой же молекулярный обьём будет иметь твердый аргон при минус 113, если к нему приложить даюление 3739 атм., поэтому если заполнить замкнутый объем