Способ изготовления контейнеров устройства высокого давления

(51)04 35/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТЕЙНЕРОВ УСТРОЙСТВА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ(71) Заявитель Республиканское алмазообрабатывающее унитарное предприятие Гомельское производственное объединение Кристалл(72) Авторы Старовойтов Александр Семенович Зайцев Валентин Алексеевич Гамеза Людмила Михайловна Русакевич Михаил Иванович Шершнев Евгений Борисович Горлач Александр Григорьевич Кузнецов Владимир Витальевич Потапенко Владимир Иванович Бутко Александр Дмитриевич Хомич Павел Михайлович Марченко Николай Алексеевич(73) Патентообладатель Республиканское алмазообрабатывающее унитарное предприятие Гомельское производственное объединение Кристалл(57) Способ изготовления контейнеров устройства высокого давления, включающий введение в вещество на основе карбоната кальция в качестве связующего поливинилового спирта и прессование контейнеров, отличающийся тем, что в качестве вещества на основе карбоната кальция используют карбонат кальция, известняк, мел, литографский камень или доломит, к которому добавляют 1-5 мас.порошка отходов мраморной крошки с размерами зерен 0,05-0,1 мм, смесь перемешивают, связующее вводят в виде 6 -ного водного раствора в количестве 8-10 мас. , из полученной шихты прессуют таблетки под давлением 0,15-0,2 ГПа, сушат их при комнатной температуре, дробят до размеров гранул 0,05-2,0 мм, вводят 4-10 мас.6 -ного водного раствора поливинилового спирта, прессуют контейнеры устройства высокого давления под давлением 0,15-0,2 ГПа и сушат их при комнатной температуре. Изобретение относится к области обработки материалов высоким давлением, в частности к синтезу алмаза и кубического нитрида бора. Известен способ изготовления контейнеров устройства высокого давления 1 путем введения в вещество на основе карбоната кальция связующего (гидроксид кальция), которое вводят путем смешивания вещества на основе карбоната кальция с негашеной известью,взятой в количестве 5-80 от массы смеси, или путем термообработки вещества на основе 7215 1 2005.09.30 карбоната кальция до образования негашеной извести в указанном количестве и последующего гашения извести, а после прессования контейнеры подвергают карбонизации. Получаемые по известному способу контейнеры весьма сложны в изготовлении, поскольку для их изготовления приходится применять много трудоемких операций, включая гашение извести и карбонизацию. Кроме того, получаемые контейнера не обладают достаточной прочностью для проведения синтеза при температурах свыше 1300 , а именно синтез порошков кубического нитрида бора в таких контейнерах либо не происходит вовсе из-за разгерметизации контейнера при температурах синтеза 1600-1800 , либо выход их весьма незначителен. Известен способ изготовления контейнеров высокого давления 2 путем введения в вещество на основе карбоната кальция (литографский камень и наполнитель - оксид железа) органического связующего (до 10 раствора поливинилового спирта в воде) и прессование из полученной шихты контейнеров с последующим отжигом. Получаемые по известному способу контейнеры обладают недостаточной прочностью и пластичностью, поэтому синтез порошков сверхтвердых материалов происходит не во всем пространстве реакционного объема контейнера, и выход синтезируемых порошков в связи с этим недостаточно высок. Известный способ изготовления контейнеров 2 является наиболее близким техническим решением к заявленному по технической сущности и достигаемому результату и выбран в качестве прототипа и базового объекта. Общим существенным признаком прототипа и заявленного изобретения является способ изготовления контейнеров устройства высокого давления путем введения в вещество на основе карбоната кальция связующего (раствор поливинилового спирта в воде) и прессование из полученной шихты контейнеров. Задачей настоящего изобретения является улучшение эксплуатационных свойств контейнеров устройства высокого давления, предусматривающее увеличение выхода синтезируемых порошков, а также применение более дешевых материалов на основе карбоната кальция природного происхождения месторождений Республики Беларусь. В заявленном способе изготовления контейнеров устройства высокого давления,включающем введение в вещество на основе карбоната кальция связующего и прессование из полученной шихты контейнеров, в отличие от известного, в шихту, содержащую в качестве вещества на основе карбоната кальция литографский камень, известняк, мел,карбонат кальция или доломит, добавляют 1-5 мас.мелкозернистого порошка отходов мраморной крошки, шихту тщательно перемешивают, а в качестве связующего используют 6 -ый раствор поливинилового спирта в воде, вводимый в шихту в количестве 8-10 от массы шихты, затем из шихты прессуют таблетки под давлением 0,15-0,20 ГПа, которые после этого сушат при комнатной температуре, затем дробят до размеров гранул 0,052,0 мм, вводят 4-10 мас.6 -ного водного раствора поливинилового спирта, затем прессуют контейнеры устройства высокого давления под давлением 0,15-0,20 ГПа и сушат их при комнатной температуре. Такая последовательность операций позволяет придать материалу необходимую прочность и пластичность и получить материал, не уступающий по своим эксплуатационным свойствам природному известняку алгетского месторождения Грузии. Введение в вещество на основе карбоната кальция мелкозернистого порошка мрамора в количестве менее 1 мас.не оказывает должного эффекта, а введение его в количестве,превышающем 5 мас. , ведет к ухудшению прочностных свойств. Введение в вещество на основе карбоната кальция 6 -ного водного раствора поливинилового спирта в количестве менее 12 по массе не оказывает на материал контейнера упрочняющего эффекта, а введение более 20 по массе - опять приводит к снижению прочностных характеристик. Нами выбран именно 6 -ный водный раствор поливинилового спирта, поскольку раствор такой концентрации обладает достаточной густотой, хорошей текучестью и хо 2 7215 1 2005.09.30 рошими связующими свойствами, что позволяет равномерно распределяться жидкости в исходной шихте и хорошо смачивать ее. Прессование контейнеров при давлении ниже 0,15 ГПа не позволяет получить достаточную плотность прессуемого материала, в результате чего происходит значительная усадка контейнера при сжатии, и в аппарате высокого давления, и в реакционном объеме не достигается необходимое для синтеза давление. Прессование контейнеров при давлении свыше 0,20 ГПа приводит к расслоению материала контейнера и невозможности его использования. Дробление таблеток до размеров менее 0,05 мм весьма трудоемкая операция, не приводящая к значительному эффекту в плане уплотнения и упрочнения прессуемого контейнера. Более того, если присутствует мелкая фракция (0,05 мм), то происходит расслоение контейнеров. Если же размеры гранул превышают 2,0 мм, то плотность и прочность контейнеров снижается и наблюдается либо значительное уменьшение выхода синтезируемого продукта,либо вообще происходит разгерметизация контейнера при нагревании в процессе синтеза. Дополнительная операция обработки шихты прессованием в таблетки при давлении 0,15-0,20 ГПа, последующее их дробление, введение снова связующего и вторичное прессование уже в виде контейнера позволяет уплотнить и упрочнить используемый материал,в результате чего возрастает выход синтезируемого материала. Предлагаемый способ изготовления контейнеров технологичен, не требует больших затрат на механизацию, в то же время сокращаются операции активации порошка в воде с помощью металлических шаров, карбонизации и отжига контейнеров. Положительным моментом следует считать также то, что исчезает надобность ввозить из Грузии природный литографский камень, поскольку можно использовать с не меньшим успехом дешевый белорусский мел, известняк и доломит, которые обладают стабильными характеристиками, соответствующими ТУ РБ. Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. В качестве вещества на основе СаСО 3 используют мел Волковысского месторождения РБ (ТУ 1 БССР 296-89), а также мелкозернистый порошок отходов мраморной крошки(3,5 масс. ), которые тщательно смешивают друг с другом. После этого в шихту вводят 10 по массе раствора поливинилового спирта в воде (6 -ного), тщательно перемешивают, подсушивают на воздухе до слегка влажного состояния, затем из нее под давлением 0,15 ГПа прессуют таблетки диаметром 30 мм и высотой 15 мм. После сушки на воздухе в течение 4-12 ч таблетки дробят в дробилке до размеров гранул порядка 0,05-2,0 мм. Затем просеивают через сито с размерами ячеек 2 мм. В просеянный порошок добавляют еще 10 мас.водного раствора (6 -ного) поливинилового спирта, тщательно перемешивают,подсушивают до слегка влажного состояния и затем прессуют контейнера в пресс-форме под давлением 0,20 ГПа, после чего контейнера сушат на воздухе в течение нескольких часов (как правило, время сушки не превышает 2 суток), а затем уже используют их для синтеза сверхтвердых материалов, в частности для синтеза порошков кубического нитрида бора в аппарате высокого давления. Так, при давлении 4,3 ГПа и температуре 1870 К за 60 с выход порошка кубического нитрида бора составил 70 . Пример 2. В качестве вещества на основе СаСО 3 берут смесь доломитового порошка Витебского месторождения (г.п. Руба, ТУ 21 БССР 216-88) с мелкозернистым порошком отходов мраморной крошки (5 по массе), смешивают с 10 по массе 6 -ного раствора поливинилового спирта в воде, шихту слегка подсушивают, затем прессуют ее в таблетки под давлением 0,15 ГПа, которые подсушивают на воздухе в течение 4-12 ч. Затем таблетки дробят до размеров гранул 0,05-2,0 мм, просеивают их сквозь сито с размерами ячеек до 2 мм,добавляют в шихту еще 10 по массе раствора поливинилового спирта в воде (6 -ного),тщательно перемешивают, подсушивают на воздухе до слегка влажного состояния, затем 3 7215 1 2005.09.30 прессуют контейнера под давлением 0,2 ГПа и сушат их в течение 2 суток на воздухе, после этого контейнера готовы к синтезу. Выход порошка кубического нитрида бора при давлении 4,3 ГПа, температуре 1870 К за 60 с составил 85 . Ниже в таблице приведены другие примеры практического осуществления изготовления контейнеров для устройств высокого давления по известному и заявленному способам. В таблице указаны состав смеси, условия приготовления шихты, давление прессования таблеток и контейнеров, размеры гранул материала шихты и процент выхода порошка кубического нитрида бора (параметры синтеза порошка кубического нитрида бора во всех приведенных примерах были одинаковыми давление - 4,3 ГПа, температура - 1870 К,время - 60 с). Выход порошков кубического Размеры Давление нитрида бора Давление гранул маВид свя- прессова(либо невозИсходное вещество прессоватериала зующего и ния шихможность синкарбоната кальция,ния кон- шихты для его количе- ты в табтеза из-за размас.тейнеров, прессования ство, мас.летки,герметизации ГПа контейнеГПа или расслоения ров, мм контейнера),мас.Известные способы 85 3 10 ПВС 0,07 0,05-2,0 25 523 70 3 300,07 0,07 0,05-2,0 разгерметизация Заявляемый способ 77 СаСО 3, 3 мрамор 10 ПВС 0,15 0,05-2,0 ной крошки 10 П 0,20 55 87,5 Л, 0,5 мра 10 ПВС 0,15 0,05-2,0 морной крошки 2 ПВС 0,20 35 76,5 мел, 3,5 мра 10 ПВС 0,15 0,05-2,0 морной крошки 10 ПВС 0,20 70 75 доломит, 5,0 мра 10 ПВС 0,15 0,05-2,0 морной крошки 10 ПВС 0,20 85 87 доломит, 2 мра 10 ПВС 0,10 0,05-2,0 морной крошки 1 ПВС 0,20 разгерметизация 76 доломит, 3 мра 10 ПВС 0,20 0,05-2,0 морной крошки 11 ПВС 0,075 0 82 доломит, 1 мра 10 ПВС 0,15 морной крошки 7 ПВС 0,20 0,05-2,0 45 78 доломит, 5 мра 10 ПВС 0,15 морной крошки 7 ПВС 0,20 0,05-2,0 68 86 доломит, 5 мра 8 ПВС 0,25 морной крошки 1 ПВС 0,20 0,05-2,0 разгерметизация 69 мел, 1 мраморной 15 ПВС 0,15 крошки 15 ПВС 0,20 0,05-2,0 10 84 СаСО 3, 6 мрамор 7 ПВС 0,25 ной крошки 3 ПВС 0,20 0,05-2,0 разгерметизация 79 мел, 4 мраморной 10 ПВС 0,15 крошки 11 ПВС 0,20 0,05-2,0 25 4 Давление Вид свя- прессоваИсходное вещество зующего и ния шихкарбоната кальция,его количе- ты в табмас.ство, мас.летки,ГПа Выход порошков кубического Размеры нитрида бора Давление гранул ма(либо невозпрессоватериала можность синния кон- шихты для теза из-за разтейнеров, прессования герметизации ГПа контейнеили расслоения ров, мм контейнера),мас. 77,5 известняка, 3,5 10 ПВС 0,15 мраморной крошки 10 ПВС ЛК - литографский камень ПВС - водный раствор поливинилового спирта. Как следует из данных таблицы, использование контейнеров на основе карбоната кальция (карбонат кальция, известняк, мел, доломит, литографский камень) в смеси с мелкозернистым порошком мраморной крошки, полученных согласно заявленному способу(примеры 3-6, 10, 19), существенно увеличивает выход порошков кубического нитрида бора по сравнению с контейнерами, изготовленными согласно известным способам (примеры 1-2). При запредельных соотношениях ингредиентов исходной шихты (примеры 78,11-13, 15-18) либо уменьшается выход порошков, либо происходит расслоение контейнеров при прессовании, либо разгерметизация их при синтезе. Наилучшие результаты наблюдаются при соблюдении условий, соответствующих примерам 3, 5, 6, 10, 19, когда при таком способе обработки и изготовления контейнеров сочетаются в наилучшей степени прочностные и пластические свойства. Источники информации 1. А.с. СССР 642271, 1979. 2. Патент РБ 1262 1, 1996. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5