DE2120000C3 - Vorrichtung zur Erzeugung von ultrahohem Druck und hoher Temperatur für die Synthese sehr harter Werkstoffe - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus VDl-Zeitschrift, Bd. 105, Nr. 15, S. 619, Bild 43, bekannten Art.

Zur Synthese einer möglichst großei: Menge an sehr harten Werkstoffen je Arbeitsvorgang muß das Volumen der Aushöhlungen möglichst groß sein. Bei der bekannten Vorrichtung haben die Aushöhlungen die Form einer Kugelkalotte, deren Volumen naturgemäß verhältnismäßig gering ist. Eine Erhöhung des Volumens der Aushöhlungen wäre zwar möglich, wenn die Aushöhlungen halbkugelförmig gestaltet werden. Dabei beträgt jedoch der Randwinkel der Aushöhlungen gegenüber der Stirnflächen der Matrizen 90°, so daß am Rand sehr hohe Spannungsspitzen auftreten, die zum Bruch der Matrizen führen können.

Aus der US-PS 29 41 244 ist eine ähnliche Vorrichtung bekannt, bei der die Aushöhlungen die Form eines Kegelstumpfes haben. Hierbei kann zwar gegenüber einer Kugelkalotte mit gleichem Randwinkel des Volumen der Aushöhlung erhöht werden; es treten jedoch am Übergang zwischen der Mantelfläche des Kegelstumpfes und der kleineren Stirnfläche zusätzliche Spannungsspitzen auf, so daß ebenfalls entweder mit einer geringeren Lebensdauer zu rechnen ist oder verhältnismäßig niedrige Drücke in Kauf genommen werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von ultrahohem Druck und hoher Temperatur für die Synthese sehr harter Werkstoffe zu schaffen, die bei hohem Volumen der Aushöhlungen eine möglichst hohe Lebensdauer bei möglichst hohen Drücken gewährleistet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch die vom Patentanspruch 1 erfaßten Maßnahmen gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Oberfläche der Aushöhlungen selbst glatt, so daß dort keine Spannungsspitzen entstehen können. Dabei ist bei hohem Volumen der Ausnehmungen der Winkel zwischen der Stirnfläche der Matrizen und der Ausnehmung verhältnismäßig gering. Es kann daher bei hohem Volumen und hohen Drücken mit einer langen Lebensdauer gerechnet werden.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung, die unter stabiler Beibehaltung hoher Drücke in den Aushöhlungen nach längerer Betriebszeit einer schnellen Abnutzung und einem vorzeitigen Ausfall derselben vorbeugen, sind Gegenstand der Unteranspriiche 2 bis 4.

An Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Schnitt einer Vorrichtung zur Erzeugung von ultrahohem Druck und hoher Temperatur vor dem Zusammenpressen der Matrizen, und

F i g. 2 die Vorrichtung der F i g. 1 nach dem Zusammenpressen der Matrizen.

Die Vorrichtung enthält zwei Matrizen 1 mit Aushöhlungen gleichmäßiger Form mit einer glatten, gekrümmten Oberfläche, wobei der Krümmungsradius der Mantellinie jeder Aushöhlung von der Matrizen-Stirnfläche zur Achse hin abnimmt. Die Aushöhlungen in den Matrizen 1 sind in Form eines Rotationskörpers mit einer Symmetrieachse ausgeführt, die mit der der Matrize und der Annäherungsrichtung der Matrizen zusammenfällt. Der Rotationskörper kann ein Rotationshyperboloid sein. Auch kann die Aushöhlung in jeder Matrize 1 in Form eines Kegelstumpfes mit dem Kegelwinkel (F i g. 2) mit angesetzter Kugelkalotte mit dem Radius R sein, wobei der Kegelmantel stetig in die Kugelkalotte übergeht.

Bei der Annäherung der Matrizen 1 bilden die Aushöhlungen eine Hochdruckkammer, in der ein aus einerii Mineral hergestellter und mit einem Reaktionsgemisch 3 gefüllter Behälter 2 untergebracht ist. Zur Verfestigung sind die Matrizen 1 an ihrem Umfang durch Stahlringe 4 gehalten. Bei dieser Ausführung der Aushöhlung in der Matrize kann die Stabilität der Druckerzeugung in der von den Aushöhlungen gebildeten Reaktionskammer erhöht, und die durch die Einwirkung des Druckes entstehenden Spannungen können gleichmäßig über die Matrizen verteilt werden.

Der optimale Inhalt der Aushöhlung in jeder Matrize 1 ist wie folgt festgelegt: Er darf den Inhalt eines Zylinders mit einem Durchmesser, der gleich dem maximalen Durchmesser d der Aushöhlung ist, und mit einer Höhe von weniger als 14 bis 15% des Durchmessers d nicht übersteigen. In der so erhaltenen Reaktionskammer können mit Sicherheit die für die Synthese von Diamanten und kubischem Bornitrid ausreichenden Drücke erzeugt werden.

Zur Erhitzung des Reaktionsgemisches 3 kann der elektrische Strom unmittelbar über die Matrizen 1 zugeführt werden, wozu wenigstens eine von ihnen gegen die anderen Baugruppen der Presse elektrisch isoliert sein muß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung von ultrahohem Druck und hoher Temperatur für die Synthese sehr harter Werkstoffe, mit zwei an ihrem Umfang gehaltenen gleichen Matrizen mit Aushöhlungen in den einander zugewandten Stirnflächen, wobei die Aushöhlungen jeweils von einer Rotationsfläche um eine mit der gemeinsamen Symmetrieachse der Matrizen zusammenfallende Rotationsachse gebildet sind, eine glatte gekrümmte Oberfläche aufweisen und bei gegenseitiger Annäherung der Matrizen eine Hochdruckkammer zur Aufnahme eines Behälters aus einem elektrisch und gegen Wärme isolierenden Material bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R) der Mantelünie jeder Aushöhlung von der Matrizen-Stirnfläche zur Achse hin abnimmt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Aushöhlung die Form eines Kegelstumpfes mit angesetzter Kugelkalotte hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Aushöhlung die Form eines Rotationshyperboloids hat.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt der Aushöhlung den eines Zylinders nicht überschreitet, dessen Durchmesser gleich dem maximalen Durchmesser (d)der Aushöhlung ist, und dessen Höhe unterhalb von 14 bis 15% des maximalen Durchmessers der Aushöhlung beträgt.