Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Глава 15
АППАРАТУРА ДЛЯ СИНТЕЗА АЛМАЗА Прессовые установки
Главными частями аппаратуры для синтеза алмаза являются гидравлические прессы и камеры высокого давления. В настоящее время для исследовательских целей и производственных задач, связанных с дальнейшим изучением и промышленным изготовлением алмазов и других сверхтвердых минералов, используются прессы специального назначения, разработанные Всесоюзным ордена Ленина научно-исследовательским и проектно-конструктор-ским институтом металлургического машиностроения (ВНИИ-МЕТМАШ).
Характерными особенностями прессов, предназначенных для синтеза алмаза, являются повышенная жесткость станины и малый рабочий ход гидравлического поршня, способного плавно развивать предельные усилия, передаваемые на устройство или камеру высокого давления. Описываемые прессы содержат один гидроцилиндр, расположенный в нижней части станины.
Одним из первых прессов серийного выпуска, предназначенных для синтеза алмаза, был пресс модели Д0.І37А, развивающий усилие 5МН (станина пресса литая). Прессы моделей'ДО.043 усилием 20МН и Д0.052 усилием 160МН содержат оригинальное техническое решение.
Станина пресса модели Д0.043 состоит из нескольких раздельно изготавливаемых элементов. Две стойки прямоугольного сечения располагаются между верхней и нижней поперечинами, наружные поверхности которых выполнены в виде полуокружностей. На стойки и поперечины свободно одеваются два бандажа О-образиой формы корытообразного сечения, в полостях которых расположена многослойная обмотка, выполненная с заданным натяжением из высокопрочной стальной леиты. После установки
317 Таблица 21
Основные технические данные процессов
Характеристика Д0.137А ДО.043 Д0.052
Усилие, MH 5 20 160
Ход подвижной траверсы, IO-3M 25 75 400
Размеры стола, м 0,4X0,6 0,5X0,8 2,0X3,1
Открытая высота, м 0,4 0,6 3
Давление жидкости в приводе 320 1200 800
пресса, IO5 Па
Масса, IO3 кг 4,55 10,6 499
бандажей создают давление в гидроцилиндре и через монтажную вставку производят распор поперечин. Усилие, развиваемое гидроцилиндром, несколько превышает номинальное. В образовавшийся зазор между верхней поперечиной и верхними торцами стоек вставляют две мерные проставки, фиксирующие все элементы станины в напряженном состоянии. Поскольку рабочее усилие гидросистемы несколько ниже монтажного, в процессе эксплуатации пресса постоянно обеспечивается стабильная жесткость системы: станина пресса — камера высокого давления. Подобное исполнение придает повышенную жесткость несущим элементам пресса и позволяет использовать гидросиловую аппаратуру на высоких режимах работы.
Устройство станины пресса модели Д0.052 подобно устройству станины пресса модели Д0.043. Если пресс модели Д0.043 позволяет размещать в своем рабочем пространстве камеры высокого давления массой 100—200 кг, то в рабочем пространстве пресса модели Д0.052 возможно использование камер высокого давления массой в несколько тонн.
Пресс модели Д0.052 можно считать уникальным по максимальному рабочему усилию, равному 160 MH, по размерам выдвижного стола, равного 3X3,7 м, и по высоте рабочего пространства — 3 м. Кроме того, гидропривод пресса, электрическая и электронная системы позволяют проводить весь цикл синтеза в автоматическом режиме, осуществляя в широких пределах заданную скорость подъема, выдержки и сброса давления. Уменьшенные габариты описанных прессов, незначительный вес на единицу развиваемого усилия, простота монтажа и демонтажа весьма выгодно отличают их от других конструктивных решений (табл. 21).
Аппаратура для нагрева реакционного объема, размещенного в камере высокого давления, состоит из силовой части, в которую входят понижающий трансформатор и токоввод. Кроме того, аппаратура оборудована приборами контроля электрической мощности, напряжения и тока, а также имеет систему терморегулирования теплового режима в процессе синтеза (рис. 104). Электрическая мощность силовой части определяется рабочими температу-318 Рис. 104. Схема нагрева и управления тепловым режимом синтеза с использованием системы высокочастотного регулятора температур (а) и терморегуляторов «Сигнал-1» (б) и ТС-3 (в): PO — реакционный объем; TC — силовой трансформатор; TT — трансформатор тока
рами синтеза алмаза, объемом зоны, в которой создается высокая температура, и способом нагрева реакционной зоны. В зависимости от сочетания этих факторов мощность нагрева оснастки указанных прессов может изменяться от сотен ватт до десятков киловатт.
Интенсивный теплообмен реакционного объема с материалом контейнера и деталями камеры и изменение его тепло- и электрофизических характеристик в процессе кристаллизации алмаза определяют тепловой режим синтеза. Поэтому важнейшими функциями системы терморегулирования являются эффективный контроль за температурным режимом в труднодоступной рабочей зоне и регулирование выбранного электрического параметра с высокой точностью посредством программного управления. Малая инерционность внутреннего электронагревателя камеры синтеза требует применения быстродействующих устройств, не содержащих ПОДВИЖНЫХ и релейных элементов. Указанным требованиям отвечают как системы, использующиеся в качестве терморегулятора многоцелевого назначения, например, высокоточный регулятор температуры (ВРТ), так и специализированные устройства для управления режимом синтеза сверхтвердых материалов. При этом чаще всего в качестве регулируемого параметра выбирается электрическая мощность, однако в ряде случаев терморегулирование ведут по величинам тока или напряжения, подаваемого к нагревателю камеры синтеза.
