Способ получения высокоплотных структур вещества при высоких давлениях

 

Использование: в области подготовки образцов для исследования или анализа материала путем определения их химических и физических свойств, а также для изготовления промышленных изделий различного назначения. Существо предложения: способ реализуется посредством двух поверхностей, в центре у одной из которых выполнена лунка, и включает последовательно многократно выполняемые операции, заключающиеся в подаче порошкообразного вещества в лунку и над лункой горкой, обжатие его сближением поверхностей до заранее заданного зазора между ними, отвод обжимающих поверхностей в первоначальное положение. Эта последовательность действий многократно повторяется до начала вытеснения вещества из зазора по краям поверхностей. Варианты осуществления способа включают различные виды обжимающих поверхностей и характер их движения во время обжатия вещества. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к подготовке образцов для исследования или анализа материалов путем определения их химических и физических свойств.

Известен способ получения высокоплотных структур вещества при высоких давлениях путем воздействия поршнем на вещество, помещенное в цилиндрический сосуд (Бриджмен П. В. Новейшие работы в области высоких давлений". М. Госиздат иностранной литературы, 1948, с. 12, фиг. 1).

Однако такой способ получения высокоплотных структур вещества при высоких давлениях имеет ограничения по получаемому давлению от прочности сосуда и поршня, малый объем исследуемого вещества, закрытость, замкнутость процесса, ограниченность перемещения частиц вещества относительно друг друга, потери давления на упругое последствие и деформацию стенок камеры.

Известен также способ получения высокоплотных структур вещества при более высоких давлениях путем приложения давления к тонкому диску исследуемого вещества, помещенному между выступом и плитой.

Однако при этом способе получения высокоплотных структур вещества при высоких давлениях имеет место утонение диска вещества с ростом давления, из-за выдавливания вещества в стороны, что затрудняет исследование полученного вещества из-за очень малого объема вещества, получаемого при высоких давлениях.

Самый главный недостаток известных способов получения высокоплотных структур при достижении высоких давлений заключается в том, что все эти способы "искусственные" и не соответствуют природным процессам получения высокоплотных структур вещества. В обоих этих способах высокоплотные структуры вещества получают в закрытых равновесных процессах, изолированных от внешней среды за счет подвода к веществу только энергии (давления).

В природе же получение и высокоплотных структур веществ, и соответствующих им высоких давлений осуществляется, в основном, в открытых процессах, при которых структура вещества получается и поддерживается за счет обмена с окружающей средой веществом и энергией.

Такой способ, имитирующий природный процесс образования плотной структуры, имеет место в настоящем изобретении.

В основу изобретения положена задача получения высокоплотной структуры вещества при высоких давлениях в заранее заданном ограниченном объеме при подготовке образцов для дальнейшего исследования их химических и физических свойств, а так же получение в промышленности изделий заданных размеров при высоких давлениях.

Поставленная задача решается следующим образом. Вещество в порошкообразном состоянии насыпают горкой в лунку, выполненную в нижней поверхности, и уплотняют его, обжимая верхней поверхностью, сближаемой с нижней до заранее обусловленного зазора. После этого разводят поверхности до первоначального положения, снова подсыпают вещество горкой сначала в лунку, а после ее заполнения горку вещества насыпают над лункой и вновь сближают поверхности до обусловленного зазора и так повторяют эту последовательность действий до тех пор, пока не начнется вытеснение материала из зазора по краям поверхностей.

Повторными внедрениями верхней поверхности в лунку порошкообразного материала переводят находящийся в лунке порошкообразный материал из состояния равновесия в активное неравновесное состояние, при котором верхний слой вещества (уровень) в лунке при каждом обжатии насыщается дополнительным количеством частиц вещества, в результате чего этот слой уплотняется, а плотный слой, образовавшийся при предыдущем сближении поверхностей, опускается на более низкий уровень. Происходит инверсия насыщения слоев (уровней), то есть перемещение более насыщенных верхних слоев (уровней) в нижние слои.

Ввиду этого общая плотность вещества в лунке возрастает и в зависимости от вида сыпучего тела, размера лунки, размеров сжимающих поверхностей, величины минимального зазора между поверхностями к концу процесса достигает постоянной максимальной для данных условий величины, не меняющейся в ходе дальнейшего процесса нагнетания.

При одних и тех же параметрах сжимающих поверхностей и размерах лунки давление, развиваемое в лунке тем больше чем меньше выдерживается зазор между поверхностями при их сближении, чем больше размеры в плане сжимающих поверхностей.

Предлагается вариант выполнения способа, при котором обжимающие поверхности выполнены в виде плоских плит, которыми обжимают вещество путем поступательного перемещения одной плиты, относительно другой по вертикали.

Предлагается вариант выполнения способа, при котором обжимающие поверхности выполнены в виде плоских плит, которыми обжимают вещество путем поступательного перемещения одной плиты относительно другой по вертикали и одновременно во время каждого сложения плит одну из плит поворачивают относительно другой вокруг вертикальной оси.

Предлагается вариант выполнения способа, при котором обжимающие поверхности выполнены в виде плоских плит, которыми обжимают вещество, путем поступательного перемещения одной плиты, относительно другой по вертикали и одновременно во время каждого сближения плит одну из плит перемещают поступательно относительно другой поперек направлению сжатия.

Предлагается вариант выполнения способа, при котором сближающие поверхности выполнены в виде плоских плит, которыми обжимают вещество, путем поступательного перемещения одной плиты относительно другой по вертикали и одновременно во время каждого сближения плит одну из плит перемещают возвратно-поступательно относительно другой поперек направления сжатия.

Предлагается вариант выполнения способа, при котором обжимающие поверхности выполнены в виде криволинейных плит с равной кривизной, которыми обжимают вещество путем поступательного перемещения одной плиты относительно другой по вертикали.

Предлагается вариант выполнения способа, при котором обжимающие поверхности выполнены в виде сфер равной кривизны, которыми обжимают вещество путем поступательного перемещения одной сферы относительно другой по вертикали.

Предлагается вариант выполнения способа, при котором обжимающие поверхности выполнены в виде сфер равной постоянной кривизны, которыми обжимают вещество путем поступательного перемещения одной сферы относительно другой по вертикали и одновременно во время каждого сближения одну из сфер поворачивают вокруг ее центра.

На фиг. 1 изображена схема последовательности осуществления способа; на фиг. 2 схема вариантов выполнения способов; на фиг. 3 схема вариантов выполнения способов.

Для осуществления способа используют плиту пресса 1, имеющую по центру лунку 2, в которую насыпают вещество 3 в порошкообразном виде, и плиту 4 пуансона.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

На поверхность, например, в виде плоской плиты пресса 1 в луну 2 и над ней насыпают горку вещества 3 в порошкообразном виде и сжимают его путем опускания плиты 4 (пуансона пресса) до заранее обусловленного зазора Δh, как показано на фиг. 1а и 1б. Затем поднимают плиту 4 в исходное положение, снова над лункой насыпают горку вещества (фиг. 1в) и снова опускают сжимающую плиту 4 до зазора (фиг. 1г). Так продолжают до тех пор, пока при очередном сжатии не начнется выдавливание вещества из зазора Δh между плитами (фиг. 1е). Это показывает достижение в лунке максимально возможной плотности для данного вещества при размерах плит b и зазоре между плитами Δh. При этом достигается максимально возможное давление для данных условий.

Если мощность пресса при этом используется не полностью возможно повышение давления за счет уменьшения при очередном сжатии зазора до Δh₁< Δh.

Получив таким образом высокоплотную структуру вещества, дальнейшее осуществление способа прекращают, поверхности плит отводят друг от друга, а из лунки извлекают образец вещества с высокоплотной структурой, высота которого соответствует сумме глубины лунки и зазора Δh.

Осуществление предлагаемого способа позволяет получать образцы из различных порошкообразных веществ и материалов с высокоплотной структурой для исследования их физических и химических свойств, а также изделия различного назначения.

Способ позволяет проводить исследования поведения веществ в процессе образования их высокоплотных структур при высоком давлении. Например, изучать такие явления как фазовые переходы вещества, реакции полимеризации, изменение скорости химических реакций и т.п.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПЛОТНЫХ СТРУКТУР ВЕЩЕСТВА ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ путем сжатия вещества между двумя поверхностями, отличающийся тем, что вещество в порошкообразном состоянии насыпают в виде горки в выполненную в центральной части нижней поверхности лунку, обжимают вещество сближением поверхности до заранее заданного зазора, отводят поверхности одну от другой и снова подсыпают вещество горкой над лункой, сближают поверхности до этого же зазора, затем повторяют это до тех пор, пока не начнется вытеснение материала из зазора, образованного по краям поверхностей.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поверхности выполняют в виде плоских плит, которые сближают путем поступательного перемещения одной плиты относительно другой по вертикали.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что во время каждого сжатия одну из плит перемещают поступательно относительно другой поперек направления сжатия.

4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что во время каждого сжатия одну из плит поворачивают относительно другой вокруг вертикали.

5. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что во время каждого сжатия одну из плит перемещают возвратно-поступательно относительно другой поперек направления сжатия.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поверхности выполняют в виде криволинейных плит с равной кривизной, которые сближают путем поступательного перемещения одной плиты относительно другой по вертикали.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поверхности выполняют сферическими и сближают путем поступательного перемещения одной плиты относительно другой по вертикали, причем одна плита выполнена выпуклой, а другая вогнутой.

8. Способ по пп.1 и 7, отличающийся тем, что во время каждого сжатия одну из сферических плит поворачивают вокруг вертикали.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3