DE1767370C3 - Vorrichtung zum Durchführen von Versuchen bei hohen Drücken und hohen Temperaturen und zum Herstellen von synthetischen Diamanten - Google Patents

Description

In der BE-PS 6 34 278 ist eine Vorrichturg zum Herstellen von synthetischen Diamanten und zum Durchführen von Versuchen bei hohen Drücken und hohen Temperaturen beschrieben, die aus einem Gesenk mit beidseitig offener zylindrischer Bohrung und zwei Preßstempeln mit kegelstumpfförmigem Ende sowie aus einer in der zylindrischen Bohrung angeordneten Zylinderbüchse aus einem Material mit einem verhältnismäßig niedrigen Verdichtungskoeffizienten (siehe: International Critical Tables of Numerical Data, Band 111, Mc Graw-Hill Book Company, New York 1928, S. 49 ff) besteht, wobei zwischen den Kegelflächen der Preßstempel und den Stirnflächen der Zylinderbuchse Dichtungen angeordnet sind und wobei die Druckkammer elektrisch beheizbar ist. Die erwähnte Zylinderbüchse hat den Sinn, die Druck- und Temperaturübertragung auf das Gesenk zu verringern. Die Dichtungen pressen beim Betrieb gegen die Stirnflächen der Zylinderbuchse, wodurch verhindert wird, daß die Zylinderbüchse unter der Beanspruchung bricht.

Bei der bekannten Vorrichtung verlaufen die Stirnflächen der Zylinderbüchse im rechten Winkel zur Zylinderachse.

Es hat sich nun gezeigt, daß beim Betrieb dieser Vorrichtung eine Tendenz besteht, daß die innere Schulter der Zylinderbüchse und auch die Schulter der Stirnfläche der Preßstempel abbricht. Daraus ergibt sich der Nachteil, daß die Bewegung der Preßstempel nicht gleichmäßig erfolgt und daß der erzeugte Druck nicht stabil bleibt. Diese Nachteile können wegen der hohen Drücke durch Dichtungen alleine nicht beseitigt werden.

Der vorliegenden Erfindung lag nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art in der Weise auszubilden, daß sie die oben <>o erwähnten Nachteile nicht aufweist.

Ks wurde nun gefunden, daß die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst werden kann, wenn man die eingangs bezeichnete Vorrichtung derart ausbildet, daß die an die Dichtungen (20, 20') angrenzenden Stirnflächen (S. S) '\5 der Zylinderbuchse (a) konisch ausgebildet sind, derail, daß die Außenwand der Zylinderbüchse höher ist als die Innenwand.

Bei einer Vorrichtung der beschriebenen Art bildet die Zylinderbüchse nicht selbst die Druckkammer. Üblicherweise ist in die Zylinderbüchse noch ein zylindrischer Ring aus einem elektrisch nicht-leitenden Material, wie z, B. aus gesintertem Bildstein, eingesetzt. Dieser zylindrische Ring kann oben und unten mit einer Stahlplatte versehen sein, die wiederum mit einer Scheibe aus einem elektrisch nicht-leitenden Material hinterlegt ist. Durch diese Stahlplatten kann die für die Aufheizung des Reaktionsgutes erforderliche elektrische Energie zugeführt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß Brüche der Zylinderbüchse bzw. der Preßstempel weitgehend vermieden werden, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung wesentlich öfter verwendet werden kann, ehe entsprechende Teile ausgewechselt werden müssen. Außerdem besitzt sie den Vorteil, daß der Druckaufbau sehr gleichmäßig erfolgt, wobei der Druck in der Überdruckkammer stabil bleibt.

Es sind Ausführungsformen derartiger Vorrichtungen bekannt (BE-PS 6 35 965 und F-"R-PS 13 67 128), bei denen die Zylinderbüchse konische Abschnitte besitzt, die an den entsprechend ausgebildeten kegelstumpfförmigen Enden der Preßstempel anliegen, wobei diese konischen Abschnitte in senkrecht zur Achse der Preßstempel liegende Flächen übergehen. Diese konischen Stirnflächen bzw. Stirnflächenabschnitte der Zylinderbüchse dienen zur Führung des Preßgesenks gegenüber den beiden Preßstcmpeln.

Demgegenüber sind bei der Erfindung die gesamten an die Dichtung angrenzenden Stirnflächen der Zylinderbüchse konisch ausgebildet, wobei diese Stirnflächen nicht mit den Prellstempeln in Berührung kommen bzw. dort zur Anlage kommen. D'ie Stirnflächen dienen demnach nicht der Führung, sondern es wird dadurch eine völlig andere Wirkung erzielt, nämlich eine optimale Krafteinleitung in die Zylinderbüchse bzw. das Preßgesenk, so daß die angegebene Bruchgefahr weitestgehend beseitigt wird.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt die Figur einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung.

Die Figur zeigt zwei Preßstempel Π, 1Γ, die durch aufgezogene Ringe 12,12' verstärkt sind. Die Enden der Preßstempel 11,11' sind kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei die Neigung des Mantels 45 bis 20" und vorzugsweise 40 bis 25° beträgt. Die Preßstempel 11,11' bestehen üblicherweise aus einer WC-Co-Legieriing oder aus einem legierten Stahl entsprechender Festigkeit.

Zwischen den Preßstempeln befindet sich ein Gesenk, das einen inneren Ring 13 aufweist, dessen obere und untere Stirnflächen von ν nach y bzw. x' nach y\ d. h. also nach außen hin, ansteigen. Der Ring 13 ist durch einen Verstärkungsring 14 umgeben, der aufgeschrumpft ist. Die Höhe der Innenfläche x — x' des Ringes 13 ist gewöhnlich kleiner als der Innendurchmesser des Ringes 13. Wenn dies nicht der Fall ist, dann wird die Druckfestigkeit der Vorrichtung verringert, weil nämlich die Zylinderbüchse .; dann nicht in der Lage ist. einen entsprechend großen Anteil des nach außen gerichteten Drucks aufzunehmen.

Die Zylinderbüchse ,7 hat, wie bereits erwähnt, die Aufgabe, die Temperatur- und Druckbeanspruchung des Gesenks zu verringern und einen Bruch desselben zu verhindern. Die äußere Ringfläche der Zylinderbuchse ,7 ist geschliffen und sitzt satt im Ring 13. Die

Zylinderbüchse kann beispielsweise aus einem bei 1500⁰C gesinterten Aluminiumoxid bestehen. Bei einem solchen Material kommt das scheinbare spe/.ifische Gewicht dem tatsächlichen spezifischen Gewicht sehr nahe. Die Zylinderbüchse a kann aber auch aus S Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid, Thoriumoxid, Berryliumoxid, Titanoxid oder anderen Oxiden bestehen, die starr sind und einen verhältnismäßig niedrigen Verdichtungskoeffizienten aufweisen.

Zwischen den Stirnflächen S, S'der Zylinderbüchse u und den Kegelflächen der Preßstempel II, II' sind Dichtungen 20, 20' angeordnet. Die Dichtungen 20, 20' bestehen aus einem hit/.ebeständigen Material, wie z. B. Bildstein, das eine relativ hohe Porosität (etwa 10 bis 30%) besitzt und vorzugsweise leicht gesintert ist. Die Dichtungen 20,20' werden im allgemeinen mit einer gut gehärteten Kupfer- oder Eisenfolie ummantelt. Als Material für diese Dichtungen können auch ähnliche hitzebeständige Materialien, wie z. B. N&iurpagodenstein, Steaiit und dgl, verwendet werden. Auch kommen Kunststoffe, wie z. B. Polypropylen, in Frage.

Obwohl der Ring 13 des Gesenks durch die Zylinderbuchse a von den in der Überdruckkammer 19 herrschenden hohen Temperaluren getrennt und davon elektrisch isoliert ist, ist in die Zylinderbuchse 11 ein weiierer zylindrischer King !5 aus gesintertem Bildstein eingesetzt, in dem sich die Druckkammer 19 befindet. Auf den Stirnflächen des Ringes 15 sind in einem Stahlmantel 17, 18 bzw. 17', 18' eingefaßte Scheiben 16, 16' aus gesintertem BildsU'in od. dgl. angeordnet. Der Stahlmantel 17, 18 bzw. 17', 18' stell! eine elektrische Verbindung zwischen den Preßstempeln 11,11' und dem in der Druckkammer 19 befindlichen Material her.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird durch Zusammendrücken der Preßstempel in der Druckkammer ein Überdruck von ungefähr 50 000 at erzeugt, wobei die Druckkammer 19 auf elektrischem Wege auf Temperaturen von 1200 bis 1600⁰C aufgeheizt wird. In die Druckkammer kann beispielsweise ein Gemisch aus Nickel, Chromcarbid und Graphit eingeführt werden. Die erfindungsgemäüe Vorrichtung eignet sich /uv Herstellung von künstlichen Diamanten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Durchführen von Versuchen bei hohen Drücken und hohen Temperaturen und zum Herstellen von synthetischen Diamanten, bestehend aus einem Gesenk mit beidseitig offener zylindrischer Bohrung und zwei Preßstempeln mit kegelstumpfförmigem Ende sowie aus einer in der zylindrischen Bohrung angeordneten Zylinderbüchse aus einem Material mit einem verhältnismäßig niedrigen Verdiehtungskoeffizienten, wobei zwischen den Kegelflächen der Preßstempel und den Stirnflächen der Zylinderbüchse Dichtungen angeordnet sind und wobei die Druckkammer elektrisch beheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, daü die an die Dichtungen (20, 20') angrenzenden Stirnflächen (S, S') der Zylinderbüchse (a) konisch ausgebildet sind, derart, daß die Außenwand der Zylinderbüchse höher ist als die Innenwand.