Файл: Шиняев А.Я. Фазовые превращения и свойства сплавов при высоком давлении.pdf

Рис. 15. Ьлюдцеобразные

наковальни

Банди

[17]

/ — образец,

2 — графит,

3

и 4 — окись

алюминия,

5 — пирофиллит,

б — к а р б и д

вольфра­

ма,

/ — начальная толщина

зазора

Р и с .

16. Блюдцеобразные

наковальни

Холла

[19)

/ — образец,

2 — г р а ф и т ,

3

и 4 — окись

алюминия,

5 — пирофиллит,

6 — карбид

вольфра­

ма,

а — металлическая прокладка для

упрочнения запорного слоя

п а р а м е т р ов установки

лучше применять

малоцементированныи

к а р б и д с достаточной

внешней

поддержкой.

Большое

значение

д л я повышения параметров установки имеет холодная

обработка

рабочих поверхностей

установки

с учетом

изменения

их дефор ­

мации при нагружении.

*

Распределение напряжения

в

рабочей

части

наковален

Б р и д ж м е н а исследовалось в работе

[16]. Д л я

пластически дефор ­

решения

уравнения:

daz

2/ст7

7 Г = - ^ Г '

< 1 Л >

где

az = Ce-2ir'h.

Константа

С

определялась

из

граничных

условий. П р и r = a

crz =сто и

ffr=0,

тогда

С =

< у е - 2 ^ / л .

(1.2)

Отсюда

следует,

что

аг (max) =

<у0е-аИ'1.

(1.3)

К а к

видно из

этого

уравнения,

максимальное

значение зави­

сит от отношения a/h, т. е. когда

радиус наковальни во

много

раз больше длины цилиндра .

Барьерный эффект цилиндра заключается в

предупреждении

растекания

материала

цилиндра вблизи

его средней

длины,

т а к

к а к

более

удаленный

от поверхности и

наковальни

конец

ци­

л и н д р а

имеет мощную

поддержку

более

массивного

цилиндра.

рабочий объем установки

привела

Б р и д ж м е н а

к созданию

уста­

новки

с выдолбленными

наковальнями

(рис. 14), однако в

этом

случае

значительно уменьшается

максимальное

давление.

Б а н ­

ди [17] модифицировал

этот тип установки Б р и д ж м е н а и

разра ­

ботал

блюдцеобразную

установку

(по Б а н д и — sauser),

схема

которой

представлена на

рис. 15. Термическая

изоляция обеспе­

чивается

окисью алюминия,

сформованной

горячим

прессова­

нием. Используя графитовый нагрев,

Банди

получил

рабочую

температуру 2500°С при давлении 35 кбар. Аналогичного

типа

камера разработана в С С С Р . Максимальное давление

в ней до­

стигает

100 кбар при температуре

1000°К [18] .

Применив двойные уплотнители, Холл [19] показал, что уплот­

нители

из

пирофиллита,

разделенные

слоем

стали

толщиной

0,25 мм, являются более

эффективным

запорным

слоем, чем пи­

рофиллит.

Применение

комбинированных

уплотнителей

д а л о

возможность Холлу повысить давление в установке (рис. 16).

Многопуансонные системы.

Д а л ь н е й ш е е

развитие

установки

типа наковален получили

в работах Холла [19, 20], в

результате

чего была создана тетраэдрическая

установка, или, как ее назвал

Холл,

трехкоординатные

наковальни

(рис. 17).

Конструктивно

тетраэдрическая установка оформляется по схеме,

представлен­

ной на рис. 18, а; камера

этой

установки приведена

на рис. 19.

Д л я особо точных, экспериментов Холл

применяет

н а п р а в л я ю щ и е

цилиндры д л я поршней. Н а рис. 18, б видно, что пуансоны

имеют

ф о р м у

усеченной пирамиды. В этом случае т а к ж е

действует

мас­

сивная

поддержка рабочей

части

пуансонов,

однако

возможно ­

сти ее уменьшаются, так как необходимо уменьшить угол

пира­

мидального окончания пуансонов, когда число последних

возра­

стает. В тетраэдрпческой установке объем тетраэдра

полностью

запирается

пуансонами

с углом

109,47°, тогда

как в

наковальнях

Б р и д ж м е н а

этот угол близок к 180°. Однако эта потеря

поддерж­

зволяет получить

давления до 100 кбар. Отличительной чертой

установок

этого

типа является их малый вес.

Так, например,

установка

усилием 10 тыс. т имеет общий вес 3500 кг. Макси ­

мальный диаметр

образцов д л я исследования на такой установке

при давлении 30, 70 и 85 кбар составляет

6,0; 3,0

и 0,3 см.

В настоящее

время известно много

работ,

выполненных с

ансоны установки выполняются из цементированного

карбида

вольфрама, впрессованного в стальную оправу. Рабочей

камерой

является сборный пирофиллитовый тетраэдр, внутри

которого

располагаются образец

и нагреватель .

Р а з м е р ы образца

и на­

гревателя выбираются

таким образом,

чтобы обеспечить

нуж -

друга, поэтому они используются

ка к токоподводы.

Дополни­

тельные вводы д л я термопары и электрических

измерений

монти­

руются в пирофиллите.

Тетраэдрическая камера

в

собранном

виде показана на рис. 19. О б р а з е ц и нагреватель

выполняются в

виде цилиндров. В качестве токоподводов используется

молиб­

деновая лента. Форма деталей и их размещение

подбираются

таким образом, чтобы

максимально

упростить

изготовление их

Установка для получения статических давлений до

800кбар.

Повышение давления в рабочей камере любой установки

можно

ления выше 0,8 Мбар. Схема установки приводится на

рис. 22.

К а м е р а с

образцом помещается в оболочку карбида

вольфра ­

ма, а затем в сферический стальной

контейнер. Последний по­

крывается

резиновыми полусферами

(рис. 23) и помещается в

масляную

бомбу с давлением около

4 кбар. Вследствие большо­

следней развивается давление 0,8 Мбар

и выше. Н а

рис. 23 по­

казаны электрические вводы. К а к указано в работе

[21] , рабо­

т а я температура

в этой к а м е р е может

развиваться

до 2000—

2500° С. Расположение

образца,

нагревателя и термопары

пока­

зано на рис. 24.

Хотя в работе

[21]

не приводятся

результаты

эксперимен­

тальных исследований при давлениях до 0,8 Мбар, однако

идея

создания установки на столь высоких стационарных

давлениях

представляет исключительный

интерес.

Освоение установки на

обоснованные экстраполяции

данных

из

одной

области в дру­

гую.

_ Калибровка установок по давлению и температуре

Измерение

давления

и температуры

в твердой

фазе

устано­

вок высокого давления представляет сложную задачу .

Большое

внутреннее

трение

и

м а л а я

теплопроводность

материалов, ис­

пользуемых

дл я изготовления внутренних

частей

к а м е р ы высо­

кого давления,

позволяют

значительно

увеличить

рабочее