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Hochdruckform
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckform, insbesondere zur Herstellung künstlicher Diamanten, mit einer ringförmigen Matrize, die eine durch die konischen Enden zweier Stempel abschliessbare Druck- kammer für die zu pressende und elektrisch erhitzbare Charge bildet.
Zweck der Erfindung ist es, eine Hochdruckform zu schaffen, mit welcher auf das in ihrer Druckkami mer eingeschlossene Material Drücke von etwa 50000 at und darüber ausgeübt werden können. Obwohl es nicht ausgeschlossen ist, dass die Matrize nach der Erfindung auch zum Verarbeiten des Materials im kal- ten Zustand verwendet wird, besteht der wesentliche Verwendungszweck der Matrize darin, das zu ver- arbeitende Material unter Druck zu setzen und es gleichzeitig elektrisch zu erhitzen.
Die Herstellung von Hochdruckformen, mit denen auf das in ihrer Druckkammer angeordnete Ma- terial Drücke von 50000 at und darüber ausgeübt werden können, bietet keine besonderen technischen
Schwierigkeiten. Es wurden sogar schon mit Hilfe von Laboreinrichtungen Drücke bis zu 80000 at erzeugt.
Es ist ferner auch keine besondere Schwierigkeit damit verbunden, das zu verarbeitende Material zu er- hitzen, beispielsweise bis zu 1800 C, was auch durchgeführt werden kann, wenn das Material einem mä- ssigen Druck ausgesetzt ist. Es entstehen aber erhebliche Schwierigkeiten, wenn das Material auf Tem- peraturen dieser Grössenordnung erhitzt und gleichzeitig einem Druck von etwa 80000 at ausgesetzt wer- den soll.
Diese Schwierigkeiten können jedoch überwunden werden, wenn gemäss der Erfindung in die Zwi- schenräume zwischen der Matrize bzw. den sie umgebenden Verstärkungselementen und den Stempeln bzw. den diese umgebenden Verstärkungselementen Kuhimitteizu-und-abfuhrieitungen munden. Durch die erfindungsgemässe Massnahme ist es möglich, die Temperatur der Hochdruckform innerhalb solcher
Grenzen zu halten, innerhalb welcher noch keine merkliche Festigkeitseinbusse des Materials auftritt, so dass der gewünschteDruck auf die erhitzte Charge ausgeübt werden kann, ohne dass die Form hiebei bricht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Matrize von zylindrischen Gürteln und die Stempel von zylindrischen Reifen umgeben, wobei die Gürtel und/oder die Reifen vorzugsweise mit
Kühlmittelkanälen versehen sind. Hiebei liegen die Gürtel und die Reifen auf in radialem Abstand von- einander angeordneten Dichtungen auf, wobei die Kühlmittelzu-und-abfuhrleitungen in die von den
Gürteln, Reifen und Dichtungen begrenzten Ringräume münden. Durch die Anordnung von Gürteln bzw.
Reifen wird die Starrheit der Hochdruckform weiter erhöht. Durch die Kühlung dieser Reifen bzw.
Ringe wird eine annähernd einheitliche Temperatur der Form erreicht, wodurch unterschiedliche Dehnungen der einzelnen die Form bildenden Elemente vermieden werden, insbesondere dann, wenn eines der ge- nannten Elemente aus gesintertem Wolframcarbid und das andere aus Stahl besteht.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Vorrichtung nach der Erfindung werden nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen mitHilfe von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen : Fig. l einen Vertikalschnitt durch die Vorrichtung nach der Erfindung ; Fig. 2 - 7 Vertikalschnitte durch die Druckkammern von ver- schiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung im vergrösserten Massstab.
In den Zeichnungen ist der Kern der Form als Ring 10 dargestellt, der zylindrisch ausgebildet ist und an beiden Stirnflächen schüsselähnliche Vertiefungen aufweist. Die ambossähnlichen Stempel 12, 14 sind ebenfalls zylindrisch und weisen gegeneinander gerichtete kegelstumpf- oder kegelförmige Enden 16, 18
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auf, welche in die Vertiefungen des Ringes 10 eingepasst sind, der die Stempel voneinander trennt, so dass der im Ring angeordnete Hohlraum durch die abgeflachten Enden der Stempel abgeschlossen ist und dadurch eine Druckkammer 20 entsteht.
Die Kanten des Ringes, welche gegen die Kanten 22 der Stempel gerichtet sind, sind abgerundet, während die Kanten 22 der Stempel scharfkantig ausgebildet sind.
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.chen miteinander einschliessen, welche die schüsselförmige Vertiefung bilden, so dass die gegenüberlie- genden Flächen 24, 26 und 28, 30 des Ringes und der Stempel nach aussen unter einem Winkel von etwa 20 divergieren. Die einander gegenüberliegenden Flächen können aber auch parallel verlaufen.
Der Ring und dieStempci sind aus widerstandsfähigem Material, beispielsweise aus gesintertem Hart- metall, hergestellt. Für die Stempel findet dabei ein Hartmetall höchster Druckfestigkeit Verwendung, während der Werkstoff für den Ring nicht nur eine gute Druckfestigkeit, sondern auch eine hohe Zugfe- stigkeit aufweisen muss. Für die Stempel kann ein Wolframcarbid von feiner bis mittlerer Körnung mit einem geringen Gehalt an Kobalt verwendet werden. Für den Ring ist es zweckmässig, Wolframcarbid mittlerer bis grober Körnung zu nehmen und Kobalt mittlerer Körnung hinzuzufügen.
Der Ring 10 ist gegen Aufplatzen durch einen weiteren Ring oder mehrere Ringe aus hoch zugfestem
Stahl verstärkt. In den Zeichnungen sind drei Ringe 32, 34 und 36 dargestellt. Sie sind auf den Ring 10 aufgeschrumpft oder aufgepresst. Die Stempel sind durch einen Ring 38 oder 40 aus hoch zugfestem Stahl verstärkt, die auf die Stempel ebenfalls aufgeschrumpft oder aufgepresst sind.
Wenn es erforderlich ist, die Matrize mittels Flüssigkeit zu kühlen, können weitere Ringe 42, 44 und 46 um die Stempel bzw. den Ring 10 herum angeordnet werden. Zwischen dem Ring 10 und den Stem- peln sind zwei Gummi- oder gummiähnliche Ringe 48, 50, 52, 54 angeordnet, derart, dass zwischen ihnen
Ringräume 56 bzw. 58 entstehen. Jedes dieser Ringpaare 48,50 bzw. 52,54 kann an einer dünnen ringförmigen Platte 60, 62 befestigt sein, um ihre Einbringung in die Vorrichtung zu erleichtern.
In die Ringräume 56, 58 wird durch die abgewinkelten Kanäle 64, 66 in den Ringen 42,44 Flüssigkeit eingeleitet und durch ähnliche Kanäle 68, 70, die den Kanälen 64,66 diametral gegenüber angeordnet sind, wieder abgeleitet.
Die Vorrichtung wird unter der Einwirkung des Gewichtes mit dem Ring 10 und den ihn umgebenden Verstärkungsringen durch die Ringe 48, 50, 52, 54 in einem bestimmten Abstand von den Stempeln und ihren Verstärkungsringen sowie durch die gegenüberliegenden flachen, querverlaufenden Flächen 42, 44 bzw. 46, 48 parallel dazu gehalten.
Bei einer andernAusführungsform des Kernes (Fig.7) wird der mittlere Teil durch ein Einsatzstück 72 aus besonders widerstandsfähigem Material gebildet, das sich durch eine hohe Druckfestigkeit auszeichnet. Wesentlich ist weiters, dass das Material dehnungsfähig ist. Ein solches Material ist z. B. ein Sinterwerkstoff, der 95-99go Aluminiumoxyd und als Rest andere Oxyde, wie Chromoxyd, enthält. Der Vorteil dieser Bauweise besteht darin. dass der Einsatz nach dem Gebrauch, wobei seine Beschädigung unvermeidlich ist, entfernt und durch einen neuen Einsatz ersetzt werden kann. Der äussere Teil des Kerns ist weniger schwerwiegenden Beschädigungen ausgesetzt und braucht daher erst nach mehrmaligem Gebrauch ausgetauscht zu werden.
Die Verwendung des Einsatzes setzt also die Betriebskosten herab.
Wenn die Matrize in Betrieb ist, wird die Druckkammer 20 mit einem weichen, kompressiblen, porösen, thermisch und elektrisch isolierenden Körper 74 gefüllt, der eine geringe Druckfestigkeit und einen hohen Reibwert aufweist und in seinem Inneren bei 76 ausgehöhlt ist zu dem Zweck, die zu verarbeitende Charge 77 (Fig. 2) aufnehmen zu können. Ein hiezu geeignetes Material ist beispielsweise Pyrophyllit. Die Menge dieses Materials muss genau bemessen sein, da bereits geringe Abweichungen bei gleicher Belastung der Stempel 12 und 14 in der Kammer 20 erhebliche Druckdifferenzen verursachen können. Die
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nur gering ist. Zur Anpassung an andere Umstände sind andere Formen des Körpers möglich oder erforder- lich. Ein Zylinder mit eingeschnürte Umfang 78 hat sich als völlig zweckmässig erwiesen.
Bei der Benutzung der Vorrichtung wird sie mit der zu verarbeitenden Charge in die Druckkammer 20 zwischen die Platten einer Presse eingesetzt und mittels der Stempel 12, 14 auf die Charge in der Kammer 20 Druck ausgeübt. Dabei ist natürlich Voraussetzung, dass der Stempel und der Ring 10 mit seinen Verstärkungsringen genau miteinander fluchten. Das Fluchten hinsichtlich des Umfanges kann mittels einer geraden Kante erreicht werden oder durch eine Klammer oder einen biegsamen Riemen, der die ganze Vorrichtung umfasst. Das Parallelhalten der Teile in horizontaler Richtung wird durch die Ringe 48,50, 52 und 54 gewährleistet.
Wird die Einrichtung unter Druck gesetzt, so wird der Körper 74 zusammengepresst (Fig. 2). Während der Druck steigt, fliesst das Material in die Spalten 80,82 zw ische. n den Stempeln ynd dem Matrizenring 10.
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