RU2255070C2 - Material for high-pressure and high-temperature apparatus - Google Patents
Material for high-pressure and high-temperature apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2255070C2 RU2255070C2 RU2003122042/03A RU2003122042A RU2255070C2 RU 2255070 C2 RU2255070 C2 RU 2255070C2 RU 2003122042/03 A RU2003122042/03 A RU 2003122042/03A RU 2003122042 A RU2003122042 A RU 2003122042A RU 2255070 C2 RU2255070 C2 RU 2255070C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- oxide
- filler
- container
- mpa
- Prior art date
Links
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
- Pressure Vessels And Lids Thereof (AREA)
- Containers Having Bodies Formed In One Piece (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике высоких давлений и температур и может быть использовано в технологических условиях и процессах, имеющих целью получение моно- и поликристаллических сверхтвердых материалов различного назначения, а также при лабораторных физико-механических исследованиях веществ при высоких термодинамических параметрах.The invention relates to techniques for high pressures and temperatures and can be used in technological conditions and processes with the aim of obtaining mono- and polycrystalline superhard materials for various purposes, as well as in laboratory physical and mechanical studies of substances at high thermodynamic parameters.
Известен материал контейнера аппарата высокого давления и температуры (АВД) тальк (стеатит) 3MgO· 4SiO2· H2O (патент США №3080661, НКИ; 18-34, опубл. 24.04.62).The known material of the container of the high-pressure apparatus and temperature (AED) talc (steatite) 3MgO · 4SiO 2 · H 2 O (US patent No. 3080661, NCI; 18-34, publ. 24.04.62).
Контейнер, изготовленный из такой шихты, имеет высокие диэлектрические свойства благодаря содержанию большого количества диоксида кремния (27,2-36,2)% и карбоната магния (34,5-41,8)%, которые являются изоляторами. Однако при нагружении прессом такой контейнер вытекает между твердосплавными рабочими поверхностями из-за чрезмерной пластичности наполнителя, что обусловлено слишком малым пределом прочности при сжатии (0,0138-0,197) МПа, слоистой структурой наполнителя и невысоким коэффициентом внутреннего трения талька 0,23 (См. Барон Л.И. "Характеристики трения горных пород" Вид. "Наука", Москва, 1967). В процессе деформирования контейнера части кристаллов диоксида кремния и карбоната магния смещаются один относительно другого на субмикроскопическом уровне путем скольжения по границе зерен отдельных кристаллов, а поскольку структура слоистая и содержание диоксида кремния и карбоната магния значительное, возникает чрезмерная пластичность из-за большого количества систем скольжения. Это является значительным недостатком, поскольку нет возможности для создания надежной герметизации реакционной зоны АВД.A container made of such a mixture has high dielectric properties due to the content of a large amount of silicon dioxide (27.2-36.2)% and magnesium carbonate (34.5-41.8)%, which are insulators. However, when loading with a press, such a container flows between carbide working surfaces due to the excessive ductility of the filler, which is caused by a too low compressive strength (0.0138-0.197) MPa, a layered structure of the filler, and a low coefficient of internal friction of talc of 0.23 (see Baron LI "Characteristics of rock friction" View. "Science", Moscow, 1967). During the deformation of the container, parts of the crystals of silicon dioxide and magnesium carbonate are displaced relative to each other at a submicroscopic level by sliding along the grain boundary of individual crystals, and since the structure is layered and the content of silicon dioxide and magnesium carbonate is significant, excessive plasticity arises due to the large number of slip systems. This is a significant drawback, since there is no way to create reliable sealing of the reaction zone of the AED.
Известен также наиболее близкий по технической сути к изобретению материал контейнера АВД (см. Патент Украины за № 10255А, МПК5 С 04 В 35/00, опубл. 29.12.1999, Бюл. №8), содержащий, мас.%: наполнитель на основе природного минерала кальцита, включающий карбонат кальция, диоксид кремния и карбонат магния, 90-99 и связующее 1-10, при этом природный минерал - кальцит - имеет предел прочности при сжатии 30-60 МПа и водопоглощение 4-8%.Also known is the closest in technical essence to the invention material container AVD (see Patent of Ukraine No. 10255A, IPC 5 C 04 B 35/00, publ. 12/29/1999, Bull. No. 8), containing, wt.%: Filler on based on the natural mineral calcite, including calcium carbonate, silicon dioxide and magnesium carbonate, 90-99 and a binder 1-10, while the natural mineral calcite has a compressive strength of 30-60 MPa and water absorption of 4-8%.
Такие свойства способствуют повышению выхода сверхтвердых материалов и несколько стабилизируют процесс синтеза, однако при создании и поддержании давления в аппарате не обеспечивается равномерное напряженное состояние из-за низкого предела прочности при сжатии (в особенности на нижней границе диапазона), а значит, иногда возникает чрезмерная пластичность и вследствие этого большое количество разгерметизаций реакционной зоны, а также достаточно высокий уровень тепловых нагрузок. Это значительно снижает технико-экономические показатели использования аппаратов высокого давления и эффективность использования сложного и дорогостоящего технологического оборудования.Such properties contribute to an increase in the yield of superhard materials and somewhat stabilize the synthesis process, however, when creating and maintaining the pressure in the apparatus, a uniform stress state is not ensured due to the low compressive strength (especially at the lower end of the range), which means that sometimes there is excessive ductility and as a result, a large number of depressurizations of the reaction zone, as well as a sufficiently high level of thermal loads. This significantly reduces the technical and economic indicators of the use of high-pressure apparatuses and the efficiency of using complex and expensive technological equipment.
В основу изобретения поставлена задача такого усовершенствования материала контейнера АВД, при котором за счет выбора материала наполнителя предлагаемого состава и свойств обеспечивается такая структура материала, благодаря которой реализуется схема наиболее равномерного напряженного состояния контейнера в процессе создания и поддержания давления в АВД, уменьшение неоднородности напряженного состояния контейнера и деталей АВД при нагревании, уменьшение уровня тепловых погрузок на детали АВД во время синтеза и, как результат, повышение эффективности создания давления, увеличение диапазона давлений, который достигается, а значит, и более надежной работы аппарата и срока его действия, снижение количества разгерметизаций полости высокого давления АВД как при создании, так и при поддержании давления и нагревании.The basis of the invention is the task of such an improvement in the material of the AVD container, in which due to the choice of filler material of the proposed composition and properties, such a material structure is ensured that the scheme of the most uniform stress state of the container in the process of creating and maintaining pressure in the pressure vessel, reducing the heterogeneity of the stress state of the container and parts of the AED during heating, reducing the level of heat loading on the parts of the AED during synthesis and, as a result, increase ix pressure generating efficiency, increased range of pressures that can be achieved, and hence more reliable operation of the apparatus and its validity, reducing the number of high pressure depressurization cavity AED how to create and while maintaining the pressure and heating.
Для решения этой задачи в материале контейнера АВД, содержащем, мас.%: наполнитель на основе природного минерала - кальцита, включающий карбонат кальция, диоксид кремния и карбонат магния, 90-99 и связующее 1-10, согласно изобретению наполнитель содержит оксид алюминия и оксид железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:To solve this problem, in an AVD container material containing, wt.%: Filler based on a natural mineral - calcite, including calcium carbonate, silicon dioxide and magnesium carbonate, 90-99 and a binder 1-10, according to the invention, the filler contains alumina and oxide iron in the following ratio of components, wt.%:
карбонат кальция 65,30-93,25calcium carbonate 65.30-93.25
диоксид кремния 4,40-11,30silica 4.40-11.30
карбонат магния 1,80-15,50magnesium carbonate 1.80-15.50
оксид алюминия 0,40-5,00alumina 0.40-5.00
оксид железа 0,05-2,90iron oxide 0.05-2.90
и имеет предел прочности при сжатии 77…277 МПа,and has a compressive strength of 77 ... 277 MPa,
при этом оптимальным является вариант, когда наполнитель дополнительно содержит оксид марганца и/или оксид фосфора в количестве, мас.%:while the optimal option is when the filler additionally contains manganese oxide and / or phosphorus oxide in an amount, wt.%:
оксид марганца 0,05-0,60manganese oxide 0.05-0.60
оксид фосфора 0,05-0,70phosphorus oxide 0.05-0.70
Научной основой предложения является выполненное нами моделирование и экспериментальные исследования при синтезе алмазов контейнеров, изготовленных из шихты, содержащей наполнитель различного состава. При этом установлено, что обеспечение надежной герметизации реакционной зоны при синтезе сверхтвердых материалов обусловлено как внешними механическими силами (усилием пресса), так и химическим составом, величиной зерна, пределом прочности при сжатии наполнителя и температурой нагрева реакционной зоны.The scientific basis of the proposal is our modeling and experimental studies in the synthesis of container diamonds made from a mixture containing a filler of various compositions. It was found that ensuring reliable sealing of the reaction zone during the synthesis of superhard materials is caused by both external mechanical forces (press force) and the chemical composition, grain size, tensile strength under compression of the filler, and the temperature of the reaction zone heating.
Исследуя поведение контейнеров, изготовленных из наполнителя, имеющего скрытокристаллическую структуру и различный предел прочности при сжатии, нами было установлено, что для контейнеров, выполненных из материала, в котором наполнитель имеет предел прочности при сжатии меньший, чем 77 МПа, не удавалось достичь необходимый для синтеза уровень давления из-за недостаточной прочности и чрезмерной пластичности, которые сопровождались разгерметизацией реакционной зоны.Studying the behavior of containers made of a filler having a cryptocrystalline structure and various compressive strengths, we found that for containers made of a material in which the filler has a compressive strength less than 77 MPa, it was not possible to achieve the required synthesis pressure level due to insufficient strength and excessive ductility, which were accompanied by depressurization of the reaction zone.
При сжатии контейнеров из наполнителя, имеющего предел прочности при сжатии больше, чем 277 МПа, также не обеспечивалась достаточная герметизация из-за чрезмерной прочности и недостаточной пластичности, что сопровождалось разгерметизацией реакционной зоны.When compressing containers made of filler having a compressive strength greater than 277 MPa, sufficient sealing was also not provided due to excessive strength and insufficient ductility, which was accompanied by depressurization of the reaction zone.
При исследовании контейнеров, выполненных из материала, в котором наполнитель имеет скрытокристаллическую структуру (равномернозернистую) и предел прочности при сжатии (77-277) МПа отмечались необходимые твердость и пластичность контейнера, которые обеспечивали надежную герметизацию реакционной зоны.In the study of containers made of a material in which the filler has a cryptocrystalline structure (uniform-grained) and compressive strength (77-277) MPa, the necessary hardness and ductility of the container were noted, which ensured reliable sealing of the reaction zone.
При деформировании контейнера и создании герметизации реакционной зоны происходит увеличение пластической деформации при одновременном уменьшении упругой деформации. В процессе пластического деформирования контейнера части кристаллов карбоната кальция, диоксида кремния, карбоната магния, оксида алюминия, оксида железа, оксида марганца и/или оксида фосфора смещаются один относительно другого на субмикроскопическом уровне путем скольжения по границе зерен отдельных кристаллов, вследствие чего обеспечиваются достаточные твердость и пластичность как при наборе давления, так и при синтезе сверхтвердых материалов. Таким образом, объединение высокой начальной прочности наполнителя и высокой пластичности при высоких давлениях и температурах за счет изготовления наполнителя с предлагаемым составом компонентов в конечном счете обеспечивают достаточный диапазон создаваемых давлений, наиболее равномерно-напряженное состояние контейнера и деталей АВД, самую малую тепловую нагрузку на контейнер и детали АВД, а значит, и более надежную работу аппарата и срока его службы, снижение количества разгерметизаций полости высокого давления АВД как при создании, так и при поддержании давления и нагревании.When the container is deformed and the reaction zone is sealed, plastic deformation increases, while elastic deformation decreases. During plastic deformation of the container, parts of the crystals of calcium carbonate, silicon dioxide, magnesium carbonate, aluminum oxide, iron oxide, manganese oxide and / or phosphorus oxide are displaced relative to each other at the submicroscopic level by sliding along the grain boundary of individual crystals, as a result of which sufficient hardness and plasticity both in the set of pressure and in the synthesis of superhard materials. Thus, the combination of high initial strength of the filler and high ductility at high pressures and temperatures due to the manufacture of the filler with the proposed composition of the components ultimately provide a sufficient range of pressures, the most uniformly-stressed state of the container and parts of the pressure vessel, the smallest thermal load on the container and AED parts, and therefore, more reliable operation of the apparatus and its service life, reduction in the number of depressurization of the AED high-pressure cavity as created AI, and while maintaining pressure and heating.
Оптимизация эффекта достигается за счет введения в состав наполнителя оксида марганца и оксида фосфора, которые также обеспечивают достаточную пластичность именно при высоких давлениях и температурах.The effect is optimized by introducing manganese oxide and phosphorus oxide into the filler, which also provide sufficient ductility at high pressures and temperatures.
Во всех приведенных ниже примерах для изготовления контейнеров использовали материалы, создаваемые химическим путем, а также природные известняки различных месторождений. При этом природные минералы измельчали до частичек меньше 1 мм. В случае использования природных минералов для достижения нужного содержимого добавляли еще и материалы, создаваемые химическим путем.In all the examples below, materials created by chemical means, as well as natural limestones of various deposits were used for the manufacture of containers. At the same time, natural minerals were crushed to particles less than 1 mm. In the case of using natural minerals, materials created chemically were also added to achieve the desired content.
Поскольку нашими исследованиями установлено, что результаты адекватны как при использовании только материалов, создаваемых химическим путем, так и в случае добавления необходимых материалов к природному материалу, во всех приведенных ниже примерах приводится только химический состав материала без указания на происхождение составляющих. Компоненты наполнителя, взятые в нужном соотношении, смешивали со связующим и сушили при комнатной температуре. Из изготовленной шихты прессовали контейнеры, термообрабатывали при температуре 1400о С на протяжении одного часа.Since our studies have established that the results are adequate both when using only materials created chemically, and in the case of adding the necessary materials to a natural material, in all the examples below, only the chemical composition of the material is given without indicating the origin of the components. The components of the filler, taken in the right ratio, were mixed with a binder and dried at room temperature. Of the manufactured batch containers pressed, heat treated at 1400 C for one hour.
При синтезе алмазов марок АС4-АС6 оценивали эффективность создания давления в аппарате по степени превращения графита в алмаз при фиксированном усилии прессового оборудования, а также надежность работы аппарата по проценту количества разгерметизаций полости высокого давления АВД при наборе давления и в процессе нагрева и сроку службы АВД к его разрушению (последняя величина приводится в относительных единицах по отношению к прототипу, для которого она принята равной 1.In the synthesis of AS4-AS6 diamonds, the efficiency of creating pressure in the apparatus was estimated by the degree of conversion of graphite to diamond at a fixed pressure of the press equipment, as well as the reliability of the apparatus by the percentage of the number of depressurizations of the high-pressure cavity for pressure relief during pressure and during heating and the service life of the pressure switch to its destruction (the last value is given in relative units relative to the prototype, for which it is taken equal to 1.
Пример 1. Состав шихты для изготовления контейнеров:Example 1. The composition of the mixture for the manufacture of containers:
наполнитель 92% с пределом прочности при сжатии 200 МПа;filler 92% with a compressive strength of 200 MPa;
связующее (бакелитовый лак)- 8%,binder (bakelite varnish) - 8%,
При этом использовали наполнитель такого состава:In this case, a filler of the following composition was used:
карбонат кальция 84,7calcium carbonate 84.7
диоксид кремния 6silica 6
карбонат магния 7magnesium carbonate 7
оксид алюминия 1,5alumina 1.5
оксид железа 0,5iron oxide 0.5
оксид марганца 0,15manganese oxide 0.15
оксид фосфора 0,15phosphorus oxide 0.15
Средняя степень преобразования графита в алмаз 41,0%, количество разгерметизаций камеры высокого давления при создании давления 2,4%, при нагреве 3,7%.The average degree of conversion of graphite to diamond is 41.0%, the number of depressurizations of the high-pressure chamber when creating pressure 2.4%, with heating 3.7%.
Срок службы аппарата 1,36 (относительных единиц).The service life of the apparatus is 1.36 (relative units).
Были изготовленны также контейнеры АВД при одних и тех же условиях при предельных и при выходе за предельные значения содержания компонентов контейнера и наполнителя (прим. 2-8), а также по прототипу (п.9).AVD containers were also manufactured under the same conditions under the limit and when exceeding the limit values of the content of the container and filler components (approx. 2-8), as well as according to the prototype (p. 9).
Данные сведены в таблицу.The data are tabulated.
Из таблицы видно, что использование предлагаемого наполнителя шихты контейнера аппарата высокого давления и температур с пределом прочности при сжатии, предлагаемого нами, позволяет значительно повысить эффективность создания давления в аппарате при фиксированном усилии пресса, что обеспечивает повышение производительности процесса синтеза до 30% при одинаковых затратах.The table shows that the use of the proposed filler of the charge of the container of the high-pressure apparatus and temperatures with a compressive strength proposed by us can significantly increase the efficiency of creating pressure in the apparatus with a fixed press force, which ensures an increase in the productivity of the synthesis process up to 30% at the same cost.
Кроме того, уменьшение количества разгерметизаций полости высокого давления АВД не менее чем на 10% при создании давления и не менее чем на 10-15% при нагреве способствует повышению культуры производства, значительной экономии дефицитных материалов и, главное, ведет как минимум до 10% росту срока службы аппаратов высокого давления.In addition, a decrease in the number of depressurizations of the high-pressure cavity by high pressure by at least 10% when creating pressure and not less than 10-15% when heated helps to increase the production culture, significant savings in scarce materials and, most importantly, leads to at least 10% growth service life of high-pressure apparatuses.
Следовательно, данные изобретения значительно расширяют объем производства синтетических сверхтвердых материалов, которые используют для изготовления различных видов инструмента.Therefore, these inventions significantly expand the production of synthetic superhard materials that are used for the manufacture of various types of tools.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2002076031A UA55213C2 (en) | 2002-07-19 | 2002-07-19 | The material of the high pressure and temperature apparatus and charge filling material for manufacturing the high pressure and temperature apparatus |
| UA2002076031 | 2002-07-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003122042A RU2003122042A (en) | 2005-01-10 |
| RU2255070C2 true RU2255070C2 (en) | 2005-06-27 |
Family
ID=34884594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003122042/03A RU2255070C2 (en) | 2002-07-19 | 2003-07-18 | Material for high-pressure and high-temperature apparatus |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2255070C2 (en) |
| UA (1) | UA55213C2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115947612B (en) * | 2022-12-09 | 2023-09-12 | 秦皇岛琨煜晶材科技有限公司 | Pressure transmission medium for high temperature and high pressure |
-
2002
- 2002-07-19 UA UA2002076031A patent/UA55213C2/en unknown
-
2003
- 2003-07-18 RU RU2003122042/03A patent/RU2255070C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| UA55213C2 (en) | 2005-10-17 |
| RU2003122042A (en) | 2005-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2705667C2 (en) | Method of producing carbonated bonded press-moulded article | |
| CN1957643B (en) | Fracture resistant electrodes for a carbothermic reduction furnace | |
| CN108367993B (en) | Sintered refractory zircon composite material, method for the production thereof and use thereof | |
| Mahato et al. | Fabrication and properties of MgO–C refractories improved with expanded graphite | |
| US3758318A (en) | Production of mullite refractory | |
| KR102360147B1 (en) | Magnesium oxide-containing spinel powder and manufacturing method thereof | |
| KR20180030136A (en) | Composite materials, parts containing them and their use | |
| CA2000193C (en) | Low cement refractory | |
| CN112266235A (en) | Method for preparing dolomite brick from calcium-magnesium phosphate ore tailings and composite magnesium raw materials | |
| RU2255070C2 (en) | Material for high-pressure and high-temperature apparatus | |
| JP2007238382A (en) | Method of manufacturing silicon carbide sintered compact and silicon carbide sintered compact | |
| DE112017001697T5 (en) | Refractory aggregate, process for its manufacture and refractory material therewith | |
| CN112209624A (en) | Foamed ceramic with high thermal stability and fire resistance and preparation method thereof | |
| US4061600A (en) | Graphite electrode and method of making | |
| AU2016392200A1 (en) | Electrolyzer cathode lining method for producing primary aluminum | |
| RU2344105C2 (en) | Carbon-bearing fire-resistant material and method of production thereof | |
| RU2107051C1 (en) | Filler for mixture for manufacturing containers of high pressure and high temperature devices | |
| RU2257341C1 (en) | Fine-grain graphite preparation process | |
| CN107602141A (en) | A kind of tundish slag wall, impact brick and preparation method thereof | |
| RU2568443C2 (en) | Composition for producing refractory concrete | |
| RU2160704C2 (en) | High-strength graphitized material | |
| JP2617853B2 (en) | Cementitious arc resistant material and its manufacturing method | |
| RU2353991C2 (en) | Method of making current-conducting panels, raw mixture for making current conducting panels and current conducting filler them, based on crushed glass | |
| RU2251619C1 (en) | Method for non-explosive destructive means obtaining | |
| GB1586312A (en) | Graphite electrode and method of making same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050719 |