Практическое занятие 1.4
Устройство и принципы работы аппаратов высокого давления для синтеза и спекания порошков алмаза и кубического нитрида бора
Аннотация:
Многопуансонная установка с кубической ячейкой.
Камеры высокого давления с профилированными наковальнями.
Способы калибровки камер высокого давления.
Свойства материалов, использующихся при изготовлении камер.
Специализированные шестипуансонные аппараты получили распространение для синтеза сверхтвердых порошков и композитов в Китае. В них между шестью пуансонами из твердого сплава сжимается контейнер кубической формы.
В России традиционно используются аппараты высокого давления с профилированными наковальнями.
Схемы многопуансонных аппаратов
Схема аппарата с профилированными наковальнями (типа «чечевица»)
1 – твердосплавная матрица, 2 – контейнер, 3 – реакционная смесь, 4 – кольцо из упруго-пластичного материала, 5 – стальные кольца, 6 – опорные плиты, 7 - станина
а |
б |
Камера высокого давления типа тороид
а – блок-матрица и контейнеры, б – схема камеры тороид
После обсуждения особенностей конструкции многопуансонных аппаратов и камер с профилированными наковальнями проводится сравнительный анализ реализации принципа массивной поддержки в данных конструкциях, количества подвижных пуансонов, простоты сборки-разборки камер, долговечности нагруженных узлов, величины рабочего объема и градиентов по давлению и температуре.
Перед началом эксплуатации проводится калибровка камер по давлению и температуре. Для калибровки по давлению в рабочий объем контейнера помещается реперный материал. Основные реперные материалы, использующиеся для диапазона давлений 1-10 ГПа приведены в таблице.
|
в |
Модели реакционных ячеек для калибровки по давлению
а – при использовании висмута и олова, б – при использовании бария и цезия
( 1 – реперный металл, 2 – графит, 3 – бумага, 4 – контейнер, 5 – хлористое серебро, 6 – металлический контакт;
в – пример тарировочной кривой для камеры тороид-35
Для градуировки ячейки по температуре в ее объем вводятся хромель-алюмелевые или вольфрам-рениевые термопары.
Модель реакционной ячейки для градуировки по температуре
1 – вкладыш из графита, 2 – контейнер из литографского камня, 3 – токоподводы из молибденовой ленты, 4 –теплоотражатели из прессованного пирофиллита, 5 – токоподводы из стали, 6 – нитрид бора, 7 – нагреватель из графита, 8 – стальной капилляр,
9 – трубка из оксида алюминия, 10 – спай термопары
При проведении эксперимента строится градуировочная кривая зависимости температуры в рабочем объеме от подаваемой на разогрев электрической мощности.
Тарировочная и градуировочная кривые используются для задания желаемый термобарических параметров в объеме реакционной ячейки по прикладываемому услилию гидравлической установки и подаваемой электрической мощности.
Основными материалами, использующимися для изготовления камер высокого давления являются твердые сплавы и легированные стали. Центральная вставка изготавливается либо из твердого сплава ВК6, либо из инструментальных сталей Р6М5, содержащих в качестве легирующих элементов вольфрам и молибден.
Некоторые характеристики материалов для аппаратов типа наковальня с лункой приведены в таблице.
