Многопуансонная установка шарового типа для создания высоких давлений и температур

 

Изобретение относится к обработке материалов в области высоких давлений и температур, вызывающих химическую и физическую модификацию веществ. Сущность изобретения заключается в том, что многопуансонная установка шарового типа содержит основание, на котором установлен корпус с внутренней сферической полостью, состоящий из двух частей, расположенных одна над другой. В корпусе расположена сферическая оболочка, состоящая из двух частей, причем части оболочки закреплены на соответствующих частях корпуса, образуя камеру первичного давления с двумя изолированными полостями. Внутри частей оболочки расположены пуансоны, наружные части которых имеют форму усеченных пирамид со сферическим большим основанием, расположены с зазорами между боковыми поверхностями и образуют своими усеченными поверхностями полость, в которой установлены внутренние пуансоны, контактирующие с внутренними плоскостями наружных пуансонов через изолирующие прокладки. Между боковыми поверхностями внутренних пуансонов образованы зазоры, в которых размещены деформируемые прокладки, а внутренние поверхности внутренних пуансонов образуют камеру сжатия с размещенным в ней деформируемым контейнером из термо- и электроизоляционного материала с внутренней полостью для размещения обрабатываемого материала, камера сжатия имеет отношение высоты к ширине в пределах от 1,03 до 1,4. Внутри оболочки электрически изолировано от наружных пуансонов расположены средства для перекрытия зазоров между боковыми поверхностями наружных пуансонов. В многопуансонной установке предусмотрены также устройства, образующие цепь нагрева и измерительную цепь, устройства, обеспечивающие автоматизацию всего процесса, устройства для охлаждения наружных и внутренних пуансонов, а также средства для удобного извлечения и установки деформируемого контейнера с материалом из самой установки. 42 з.п. ф-лы, 27 ил.

Изобретение относится к области обработки материалов высокими и сверхвысокими давлениями и высокими температурами, вызывающими химическую и физическую модификацию веществ, а более точно к многопуансонной установке шарового типа для создания высоких давлений и температур.

Изобретение может быть использовано для синтеза сверхтвердых материалов, таких как алмазы и кубический нитрид бора, спрессовывания и спекания порошковых материалов и композиций, а также для научных исследований материалов, находящихся под воздействием высоких давлений и температур.

Научно-исследовательскими работами последнего времени установлено, что применение многопуансонных установок для обработки материалов высокими давлениями и температурами является целесообразным как с точки зрения повышения качества сверхтвердых материалов, так и получения новых материалов, например выращивания крупных монокристаллов алмаза на затравках.

Среди многопуансонных установок для создания высокого давления наилучшие показатели были достигнуты в конструкциях, использующих для создания давления в камере сжатия гидростатического давления в первичной камере давления. Общим для этого класса установок является наличие корпуса, в котором генерируется первичное давление, расположенная внутри корпуса сферическая оболочка, помещенные внутри сферической оболочки пуансоны, имеющие форму усеченной пирамиды со сферической поверхностью большего основания. В сборе все пуансоны при наличии зазора между ними имеют сферическую или близкую к ней поверхность, а внутри многогранную полость, которая может быть камерой сжатия или является пространством для размещения пуансонов следующих ступеней в форме пространственных многоугольников. В камеры сжатия первой или последующих ступеней пуансонов помещается деформируемый контейнер, во внутренней полости которого находится обрабатываемый матеpиал.

Перемещение пуансонов к центру шара осуществляется под действием гидростатического давления, воздействующего на наружную поверхность пуансонов через сферическую оболочку и обеспечивающего синхронизацию схождения пуансонов. Перемещением пуансонов к центру шара обеспечиваются уменьшение объема камеры сжатия и генерирование в деформируемом контейнере высокого давления в диапазоне 4-8 ГПа. Нагрев обрабатываемого продукта осуществляется только после достижения рабочей величины давления.

Указанные выше общие особенности могут быть реализованы различными путями. Например, камеры сжатия могут иметь формы правильных многогранников: куба, тетраэдра, октаэдра и так далее и от этого зависит число пуансонов.

Кроме этого, как указывалось выше, генерирование давления в камере сжатия может быть осуществлено многоступенчато за счет применения более двух групп пуансонов, установленных последовательно одна в другой. При этом форма внутренних пуансонов не будет соответствовать форме наружных, а силовой контакт внутренних пуансонов с наружными может осуществляться как по одной, так и по нескольким поверхностям. Во всех случаях для формирования цепей нагрева изолирующие прокладки по повеpхностям контакта обязательны. Во всех случаях для формирования цепей нагрева изолирующие прокладки по поверхностям контакта обязательны. Также обязательны зазоры между пуансонами и деформируемые прокладки между боковыми поверхностями внутренних пуансонов, рабочие поверхности которых образуют камеру сжатия.

В указанных выше конструктивных схемах установок для создания высоких давлений и температур одной из технических проблем, связанных с их эффективным применением, является проблема увеличения объема внутренней полости в деформируемом контейнере, предназначенной для размещения обрабатываемого продукта, и создание условий для увеличения длины внутренней полости в деформируемом контейнере без увеличения габаритов всей установки в целом.

Наиболее актуальна эта проблема при использовании установок при промышленном производстве крупных монокристаллов алмаза, которое требует соблюдения определенных термобарических условий по направлению роста алмаза и управления давлением, нагревом и охлаждением.

Так, известна одна из многопуансонных установок шарового типа для создания высоких давлений и температур [1] содержащая основание, на котором установлен корпус со сферической полостью, состоящий из двух частей, расположенных одна над другой и снабженных средством для уплотнения зазоров между частями корпуса, эластичную оболочку сферической формы, состоящую из двух частей, расположенных соответственно в верхней и нижней частях корпуса так, что между наружной поверхностью эластичной оболочки и внутренней сферической поверхностью корпуса имеется полость, служащая камерой первичного давления. Камера связана с источником рабочей среды. Внутри эластичной оболочки расположена группа пуансонов, состоящая из наружных по существу одинаковых пуансонов, которые имеют форму усеченной пирамиды со сферическим большим основанием, являются частью шара, расположены с зазором между боковыми поверхностями, и один из которых, расположенный в нижней части эластичной оболочки, связан с нижней частью корпуса, и внутренних пуансонов, также расположенных с зазором между боковыми поверхностями, установленных соосно с наружными пуансонами, контактирующих с ними по круговым поверхностям и образующих усеченными плоскостями, обращенными к центру шара, камеру сжатия с размещенным в ней деформируемым контейнером из термоэлектроизоляционного материала. В контейнере выполнена внутренняя полость для размещения обрабатываемого материала. Внутри оболочки расположены средства для перекрытия зазоров между боковыми поверхностями наружных пуансонов. В нижней части корпуса установлены силовой электроввод, контактирующий с внутренним пуансоном так, что образуется электрическая цепь нагрева через электроввод, внутренние противоположно установленные внутренние пуансоны и обрабатываемый продукт в деформируемом контейнере, наружные пуансоны, средства перекрытия зазоров и корпус установки. К силовому электровводу и корпусу присоединен источник нагрева. Части корпуса снабжены средством для их удержания при подаче рабочей среды под давлением в камеру первичного давления.

В указанной установке части эластичной оболочки герметично соединены между собой по окружностям их оснований, придавая камере первичного давления форму сферического корпуса.

При такой конструкции установки для извлечения обработанного продукта после воздействия на него высокого давления и слива рабочей среды из камеры первичного давления необходимо осуществить полную ее разборку, при которой после снятия верхней части корпуса разъединяют части эластичной оболочки и демонтируют все находящиеся в ней пуансоны и сдеформированный контейнер с обработанным продуктом.

Указанная конструкция установки не позволяет генерировать в ней давления свыше 6 ГПа, длительно нагревать обрабатываемый продукт из-за отсуствия охлаждения, осуществлять термоградиентные условия обработки продукта, увеличивать объем внутренней полости в деформируемом контейнере. Кроме этого, трудности обслуживания, связанные с контактом рабочей среды при разборке установки, увеличенное время подготовительных операций, отсутствие обратных связей по давлению и условия нагрева в системе управления не позволяют применять установку в промышленных условиях.

Известна также многопуансонная установка шарового типа для создания высоких давлений и температур [2] содержащая основание, на котором установлен корпус со сферической внутренней полостью, состоящий из двух частей, расположенных одна над другой и снабженных средством для уплотнения зазоров между частями корпуса и приводом разъема частей корпуса, эластичную оболочку сферической формы, состоящую из двух частей, расположенных соответственно в верхней и нижней частях корпуса, края эластичных оболочек по окружностям их оснований закреплены в каждой плоскости разъема частей корпуса и между наружной поверхностью каждой части эластичной оболочки и внутренней поверхностью полости каждой части корпуса имеются пространства, служащие камерами первичного давления, которые связаны с источником рабочей среды через соответствующие каналы в частях корпуса, расположенную внутри эластичной оболочки группу пуансонов, состоящую из восьми наружных одинаковых пуансонов, которые имеют форму трехгранной усеченной пирамиды со сферическими большими основаниями, являются частью шара, расположены с зазором между боковыми поверхностями и образуют своими усеченными поверхностями полость в форме октаэдра, в которой установлены внутренние пуансоны, контактирующие с усеченными поверхностями наружных пуансонов через изолирующие прокладки. Между боковыми поверхностями внутренних пуансонов образованы зазоры, в которых размещены деформируемые прокладки, а внутренние поверхности внутренних пуансонов образуют камеру сжатия кубической формы с размещенным в ней деформируемым контейнером из термоэлектроизолирующего материала с внутренней полостью для размещения обрабатываемого материала. Внутри оболочки и электрически изолированные от внешних пуансонов расположены средства перекрытия зазоров между боковыми поверхностями наружных пуансонов. Кроме того, в корпусе размещены силовые и измерительные электровводы, закрепленные в оболочке электрические контакты, соединенные с силовыми электровводами, электрические контакты в изолирующих прокладках между контактными поверхностями наружных и внутренних пуансонов, расположенных так, что образуют электрическую цепь нагрева через два вертикальных, противоположно расположенных внутренних пуансона, и обрабатываемый продукт в деформируемом контейнере, присоединенный к силовым электровводам источник нагрева, средство охлаждения наружных и внутренних пуансонов с каналами, выполненными в силовом электроподводе, связанное с частями корпуса средство для их удержания при подаче рабочей среды в камеру первичного давления.

При такой конструкции установки изменение конфигурации и объема камеры сжатия и связанных с ними других элементов конструкции не предусмотрено. В этой связи указанная конструкция не позволяет увеличивать производительность труда и уменьшить подготовительное время, связанное со сборкой-разборкой частей корпуса, средства удержания и пуансонов.

Действительно при простом геометрическом увеличении размеров камеры сжатия увеличиваются пропорционально и масса внутренних и наружных пуансонов, габариты средств удерживания. Из-за особенностей конструкции разборка пуансонов ведется вручную, поэтому увеличение массы пуансонов свыше 16 кг нежелательно по требованиям техники безопасности. Кроме этого, в указанной конструкции увеличивается нагрузка на средства удержания частей корпуса, которое в силу действия на контактных поверхностях высоких напряжений ограничено в свой несущей способности.

В известной конструкции не решены вопросы оптимального соотношения размеров полости для размещения обрабатываемого продукта и размеров деформируемого контейнера, выбора рационального материала для деформируемого контейнера и деформируемых прокладок между внутренними пуансонами, формы внутренних пуансонов, рациональной конструкции средств перекрытия зазоров между боковыми поверхностями сходящих наружных пуансонов, автоматического ориентирования средств перекрытия на наружных пуансонах при сборке, одновременной подачи рабочей среды в две изолированные друг от друга первичные камеры давления, рациональной подачи охлаждающей среды в зазоры между пуансонами, комплексного управления параметрами по давлению, нагреву и охлаждению, рационального конструктивного оформления средств для удержания частей корпуса при подаче среды в камеру первичного давления.

В основу изобретения положена задача разработать многопуансонную установку шарового типа для создания высоких давлений и температур с таким выполнением камеры сжатия и всех элементов установки, которое позволило бы, с одной стороны, увеличить объем камеры сжатия без увеличения габаритов частей корпуса, эластичной оболочки, а с другой стороны, обеспечить при большем увеличении объема камеры сжатия оптимальные режимы по прочности элементов установки, по давлению, нагреву, охлаждению, необходимые для получения в установке разнообразных продуктов, при этом обеспечивая повышение производительности, качества продукта и улучшение условий труда.

Поставленная задача решена тем, что в многопуансонной установке шарового типа для создания высоких давлений и температур, содержащей основание, на котором установлен корпус с внутренней сферической полостью, состоящий из двух частей, расположенных одна над другой и снабженных средством уплотнения зазоров между частями корпуса и приводом разъема частей корпуса, эластичную оболочку сферической формы, состоящую из двух частей, расположенных соответственно в верхней и нижней частях корпуса, а края эластичных оболочек закреплены в каждой плоскости разъема частей корпуса и между наружной поверхностью каждой части эластичной оболочки и внутренней поверхностью сферической полости каждой части корпуса имеются пространства, служащие камерами первичного давления, которые связаны с источником рабочей среды, расположенную внутри эластичной оболочки группу пуансонов, состоящую из наружных по существу одинаковых пуансонов, которые имеют форму усеченной пирамиды со сферическим большим основанием, являются частью шара, расположены с зазором между боковыми поверхностями и образуют своими усеченными поверхностями полость, в которой установлены внутренние пуансоны, контактирующие с внутренними плоскостями наружных пуансонов через изолирующие прокладки, при этом между боковыми поверхностями внутренних пуансонов образованы зазоры, в которых размещены деформируемые прокладки, а внутренние поверхности внутренних пуансонов образуют камеру сжатия с размещенным в ней деформируемым контейнером из термо- и электроизоляционного материала с внутренней полостью для размещения обрабатываемого материала, расположенных внутри оболочки и электрически изолированные от наружных пуансонов средства для перекрытия зазоров между боковыми поверхностями наружных пуансонов, размещенные в корпусе силовые и измерительные электровводы, закрепленные в частях оболочки по осям наружных пуансонов электрические контакты, соединенные с электровводами, электрические контакты в изолирующих прокладках между контактными плоскостями наружных и внутренних пуансонов, расположенные так, что образуют электрическую цепь нагрева через два противоположно расположенных внутренних пуансона и обрабатываемый продукт в деформируемом контейнере, присоединенный к силовым электровводам источник нагрева, средство охлаждения наружных и внутренних пуансонов с каналами, выполненными в силовых электровводах, связанное с частями корпуса средство для их удержания при подаче рабочей среды в камеру первичного давления и средства управления давлением в камере первичного давления и нагревом обрабатываемого материала, согласно изобретению камера сжатия, внутри которой расположен деформируемый контейнер, имеет отношение высоты к ширине в пределах от 1,03 до 1,4 с соответствующим выполнением форм и размеров внутренних и наружных пуансонов, изолирующих прокладок и электрических контактов между наружными и внутренними пуансонами, формированием цепей нагрева и измерения, конструктивным выполнением деформиpуемого контейнера, деформируемых прокладок между боковыми поверхностями внутренних пуансонов, средств перекрытия зазоров между боковыми поверхностями наружных пуансонов, конструктивным выполнением эластичной оболочки, средств охлаждения, источника первичного давления, средства для удержания частей корпуса при подаче рабочей среды в камеру первичного давления.

При таком выполнении установки обеспечивается повышение ее производительности за счет увеличения объема камеры сжатия и обеспечивается возможность управления качеством получаемого продукта.

При отношении высоты к ширине камеры сжатия более 1,03 внутренние поверхности внутренних пуансонов, контактирующие с основаниями деформируемого контейнера, расположены конгруэнтно по отношению к основанию деформируемого контейнера и имеют периметр меньший, чем периметр оснований деформируемого контейнера, боковые внутренние пуансоны, контактирующие с боковыми поверхностями деформируемого контейнера, имеют периметр меньший, чем периметр боковой поверхности деформируемого контейнера и имеют соотношение большего размера внутренней поверхности внутреннего пуансона к меньшему размеру внутренней поверхности внутренних пуансонов более 1,03, при этом внутренняя полость деформируемого контейнера для размещения обрабатываемого продукта обpазована вдоль продольной оси деформируемого контейнера, а деформируемые прокладки, расположенные между боковыми поверхностями внутренних пуансонов, выполнены составными по высоте и ширине и примыкают к деформируемому контейнеру.

Такое выполнение камеры сжатия, внутренних пуансонов и деформируемых контейнеров также повышает производительность, создает квазигидростатические условия обработки продукта, повышает стойкость внутренних пуансонов.

При количестве наружных пуансонов, равном восьми, и внутренних пуансонов, равном шести, поверхности двух противоположных пуансонов, обращенных в сторону деформируемого контейнера, имеют форму квадрата, а четыре остальных внутренних пуансона выполнены с внутренними поверхностями, обращенными в сторону деформируемого контейнера, в форме прямоугольника и образуют совместно с двумя другими внутренними пуансонами камеру сжатия в форме параллелепипеда, при этом плотно размещенный в камере сжатия деформируемый контейнер также имеет форму параллелепипеда, а ребра параллелепипеда имеют по всей высоте одинаковые скосы.

Это дает возможность создавать в деформируемом контейнере квазигидростатические условия и проводить выращивание монокристаллов на затравках.

Целесообразно, чтобы при отношении высоты к ширине камеры сжатия более 1,03 внутренние поверхности внутренних пуансонов, контактирующие с основаниями деформируемого контейнера, были расположены конгруэнтно по отношению к основанию деформируемого контейнера и имели периметр меньший, чем периметр оснований деформируемого контейнера, а боковые внутренние пуансоны, контактирующие с боковыми поверхностями деформируемого контейнера, были расположены конгруэнтно с боковыми поверхностями деформируемого контейнера, имели периметр меньший, чем периметр поверхности деформируемого контейнера и имели отношение большого размера внутренней поверхности внутреннего пуансона к меньшему размеру внутренней поверхности внутренних пуансонов более 1,03, при этом внутренняя полость деформируемого контейнера для размещения обрабатываемого материала была образована вдоль продольной оси деформируемого контейнера, а деформируемые прокладки, расположенные между боковыми поверхностями внутренних пуансонов, были выполнены составными по высоте и ширине и примыкали к деформируемому контейнеру.

Желательно, чтобы при количестве наружных пуансонов, равном восьми, и внутренних пуансонов, равном шести, поверхности двух противоположных внутренних пуансонов, обращенные в сторону деформируемого контейнера, имели форму квадрата, а четыре остальных внутренних пуансона были выполнены с внутренними поверхностями, обращенными в сторону деформируемого контейнера в форме прямоугольника и образовывали камеру сжатия в форме параллелепипеда, при этом плотно размещенный в камере сжатия деформируемый контейнер также имел форму параллелепипеда, а ребра параллелепипеда имели по всей высоте одинаковые скосы.

Целесообразно, чтобы отношение поперечного размера внутренней полости деформируемого контейнера к наружному поперечному размеру деформируемого контейнера лежало в пределах от 0,4 до 0,8 и во внутренней полости деформируемого контейнера по его торцам были размещены теплоизолирующие и токопроводящие таблетки, между которыми были расположены нагреватель и обрабатываемый материал.

Такое решение позволяет увеличить камеру сжатия и повысить стойкость вертикальных пуансонов, уменьшив их нагрев во время работы.

Возможно в качестве нагревателя использовать обрабатываемый материал.

При использовании в качестве нагревателя обрабатываемого материала достигается простота обработки материала.

Целесообразно обрабатываемый материал электроизолировать от нагревателя и таблеток.

При таком исполнении возможна обработка неметаллических материалов и создаются условия равномерного нагрева, что существенно повышает качество.

Возможно деформируемый контейнер выполнять из природного известкового материала, например литографского камня, пирофиллита.

Возможно также деформируемый контейнер выполнять из материала, у которого отсутствуют фазовые и объемные изменения под воздействием высокого давления, или в качестве материала деформируемого контейнера использовать уплотненную смесь порошков огнеупорных окислов, взятых в количестве 90-94 вес. со связкой хлорида натрия (NaCl) в количестве 10-6 вес. с последующей термообработкой полученного деформируемого контейнера при температуре 800-850^oC.

Кроме того, в качестве материала деформируемого контейнера и таблеток, устанавливаемых по торцам деформируемого контейнера, можно использовать уплотненную смесь порошков диоксида циркония (ZrO₂) в количестве 92-97 вес. и окиси кальция (CaO) в количестве 8-3 вес. с последующей пропиткой полученного спеченного деформируемого контейнера хлоридом натрия (NaCl) при температуре 800-1000^oC до получения 92-100% плотности материала деформируемого контейнера, причем на наружной поверхности таблеток целесообразно нанести токопроводящий слой.

В качестве материала таблеток деформируемого контейнера возможно использовать уплотненную смесь порошков тугоплавких окислов в количестве 85-10 вес. порошка графита в количестве 10-84 вес. и связки хлорида натрия (NaCl) в количестве 5-6 вес. а нагреватель выполнять в виде обечайки, установленной по периметру внутренней полости деформируемого контейнера между таблетками, и выполнять из материала с высоким омическим сопротивлением, например графита.

Возможно нагреватель выполнят с изменяющейся толщиной по высоте стенки обечайки.

Возможно между нагревателем и торцевыми таблетками внутреннюю полость деформируемого контейнера заполнять изолирующим слоем, включающим уплотнительную смесь порошков окиси магния (MgO), взятого в количестве 60-90 вес. и окиси хрома (CrO₃, взятого в количестве 40-10 вес. пропитанную хлоридом натрия (NaCl) при температуре в интервале 800-850^oC до получения плотности изолирующего слоя 92-100% Указанное разнообразие выполнения деформируемого контейнера и его составных частей указывает на гибкость разработанной установки. При этих условиях возможно обрабатывать различные материалы с высоким качеством, большей производительностью и повторяемостью при повышении стойкости пуансонов и всей установки в целом.

Целесообразно внутреннюю полость деформируемого контейнера выполнять в виде нескольких полостей, симметрично расположенных относительно продольной оси деформируемого контейнера, и каждую из полостей деформируемого контейнера выполнять в соответствии с пп. 3-14.

Данное решение обеспечивает возможность выращивания нескольких монокристаллов при одном синтезе.

Целесообразно, чтобы составные деформируемые прокладки между боковыми поверхностями внутренних пуансонов включали металлические пластины, выполненные в виде трапеций, с двух сторон которых были размещены керамические пластины, при этом непосредственно к каждой боковой поверхности внутреннего пуансона должна примыкать керамическая пластина.

Возможно, чтобы деформируемые прокладки между боковыми поверхностями внутренних пуансонов включали выполненные в виде трапеций пластины, причем пластины, непосредственно примыкающие к боковым поверхностям, должны быть выполнены составными, одна часть которых, контактирующая с деформируемым контейнером, должна быть выполнена из металла с низкой степенью пластичности, другая часть пластины выполнена из металла с более высокой степенью пластичности и следующая часть пластины выполнена из эластомера, а между этими пластинами размещены пластины из изоляционного пластичного материала.

Необходимо, чтобы боковые поверхности внутренних пуансонов по крайней мере на части поверхности, к которой примыкают деформируемые прокладки, были выполнены профилированными, обеспечивая снижение контактного давления на боковые поверхности внутреннего пуансона от камеры сжатия к поверхности, соприкасающейся с наружной поверхностью наружного пуансона.

Необходимо профиль боковых поверхностей внутренних пуансонов вблизи деформируемого контейнера выполнять ступенчатым с уменьшением внутренней поверхности внутреннего пуансона в сторону камеры сжатия, а ребра, образующиеся пересечением внутренних боковых поверхностей внутренних пуансонов с внутренней поверхностью, выполнять скошенными под углом 15-30^o к боковой поверхности, обеспечивая изменение профиля боковой поверхности внутренних пуансонов.

Предложенные решения позволяют повысить производительность за счет увеличения объема камеры сжатия, стойкость внутренних пуансонов и улучшить их охлаждение.

Целесообразно на сферической поверхности наружных пуансонов в месте схождения более двух наружных пуансонов выполнять площадку, перпендикулярную ребру, образованному пересечением боковых поверхностей наружных пуансонов, при этом средство перекрытия зазора между двумя смежными боковыми поверхностями наружных пуансонов выполнять в виде пластины, плотно прилегающей к сферической поверхности наружных пуансонов и имеющей скосы по ее концам, а на каждой площадке размещать сегмент, по периферии размещенный на скосах полос и перекрывающий зазоры между боковыми поверхностями более двух наружных пуансонов.

Целесообразно также на сферической поверхности наружных пуансонов в местах пересечения боковой поверхности наружного пуансона и сферической поверхности наружного пуансона выполнять площадки, перпендикулярные боковой поверхности наружного пуансона, перекрываемые площадками, выполненными на сферической поверхности, перпендикулярной ребрам, образованным двумя боковыми поверхностями наружных пуансонов, при этом на упомянутых площадках располагать шаровые сегменты со скосами, перекрывающими зазор между двумя наружными пуансонами так, чтобы шаровой сегмент, перекрывающий зазор более двух наружных пуансонов, перекрывал эти скосы.

Необходимо на сферической поверхности наружных пуансонов в местах пересечения сферической и боковой поверхностей наружных пуансонов выполнять цилиндрические поверхности с осью вращения, перпендикулярной боковой поверхности наружного пуансона и совпадающей с центром сферической поверхности наружного пуансона, при этом средство перекрытия зазора между двумя смежными боковыми поверхностями наружных пуансонов выполнять в виде части кольца, плотно прилегающего к выполненным цилиндрическим поверхностям наружных пуансонов и имеющего скосы по ее концам, а в местах пересечения двух цилиндрических поверхностей выполнять площадки, перпендикулярные образованным от пересечения двух боковых поверхностей ребер, и на каждой площадке размещать пластину, имеющую в плане форму расходящихся полос из центра схождения более двух сходящихся наружных пуансонов, перекрывающую полосами зазоры между сходящимися пуансонами и перекрывающую концами полос скосы на концах средства перекрытия зазора между двумя наружными пуансонами, выполненными в виде части кольца.

Необходимо, чтобы средства для перекрытия зазоров между боковыми поверхностями наружных пуансонов контактировали с соответствующими поверхностями наружных пуансонов через электроизолирующие прокладки, при этом наружные пуансоны должны быть электроизолированы один от другого.

Целесообразно средства для перекрытия зазоров выполнять из высокопрочного электроизоляционного материала, например композита типа кевлар.

Необходимо на внутренней поверхности эластичной оболочки в местах, соответствующих расположению средств перекрытия зазоров наружных пуансонов, выполнять углубления, соответствующие по форме средствам перекрытия зазоров, а часть средств для перекрытия зазоров между боковыми поверхностями наружных пуансонов закреплять в углублениях, выполненных на внутренней поверхности эластичной оболочки.

Таким образом, повышается синхронность схождения пуансонов к центру шара, что приводит к увеличению стойкости как пуансонов, так и средств перекрытия зазоров. Упрощается сбоpка установки.

Желательно в корпусе в месте разъема его частей на каждой из них выполнять цилиндрические расточки, соосные между собой и со сферической полостью, в которых размещать средство уплотнения зазоров между частями корпуса, состоящее из двух частей, каждая из которых представляет собой кольцо по существу треугольного сечения, при этом наружная цилиндрическая поверхность каждого кольца должна контактировать с цилиндрической поверхностью расточки, а торцевая поверхность каждого кольца лежать в плоскости разъема частей корпуса и контактировать с торцевой поверхностью другого кольца.

Данное предложение исключает нарушение целостности эластичной оболочки, так как блокирует зазор между частями корпуса.

Целесообразно на плоскостях разъема каждой части корпуса между сферической полостью корпуса и наpужной поверхностью корпуса перпендикулярно плоскости разъема и соосно между собой выполнять расточки, соединенные каналами с первичными камерами давления и в которых размещать обратные клапаны, которые при работе установки обеспечивают переток рабочей среды из одной полости первичного давления в другую, а при разъеме частей корпуса перекрывают канал сообщения между камерами первичного давления.

Такое решение обеспечивает лучшие условия заполнения рабочей средой камер первичного давления, а также повышает надежность магистралей высокого давления.

Возможно в частях эластичной оболочки в средстве перекрытия зазора между более двух наружных пуансонов и в частях корпуса по оси, перпендикулярной плоскости разъема, выполнять отверстия, в которых электроизолированно от корпуса размещать полые стержни с выступами в полостях первичного давления, закрепленные снаружи корпуса, и внутреннюю полость одного из стержней подсоединять к средству охлаждения для подачи охлаждающей среды через полость стержня в зазоры между наружными и внутренними пуансонами, а полость другого стержня служит для слива охлаждающей среды, при этом сами стержни должны являться электровводами, подсоединенными одним концом к источнику нагрева, а другим концом к контактам, выполненным в частях эластичной оболочки, образуя цепь нагрева через электровводы, контакты в частях эластичной оболочки, наружные пуансоны, контакты в изолирующих прокладках между наружными и внутренними пуансонами, внутренние пуансоны и нагреватель в деформируемом контейнере.

Возможно по крайней мере в одной из частей эластичной оболочки в средстве перекрытия более двух наружных пуансонов и в корпусе по оси, перпендикулярной плоскости разъема, выполнять отверстие, в котором концентрично устанавливать с зазором относительно друг друга два полых стержня, электроизолированных друг от друга и от корпуса, имеющих выступы в полости первичного давления и закрепленных на части корпуса, причем полость внутреннего стержня и сливная полость, образованная зазором между стержнями, сообщенные через эластичную оболочку с зазорами между наружными и внутренними пуансонами, подключать к средству охлаждающей среды, а сами стержни должны являться электровводами, подключенными с одной стороны к источнику нагрева, а с другой через контакты в эластичной оболочке должны образовывать цепь нагрева через электровводы, контакты в эластичной оболочке, наружные пуансоны, контакты между наружными и внутренними пуансонами, внутренними пуансонами и нагревателем в деформируемом контейнере.

Эти решения позволяют упростить средства нагрева, повысить их надежность.

Возможно установку снабжать источником сжатого газа, подключенным с помощью управляемых обратных клапанов к полости стержня, служащей для подачи охлаждающей среды, а на сливе из полости другого стержня устанавливать управляемый запорный клапан.

Этим обеспечивается снижение подготовительного времени, тем самым повышается производительность, а также улучшаются условия работы.

Необходимо в магистрали, соединяющей источник охлаждающей среды с полостью стержня для подачи охлаждающей среды, устанавливать приспособление для контроля наличия охлаждающей среды с электрическим выходом сигнала и учета ее расхода с электрическим выходом сигнала, пропорциональным расходу охлаждающей среды, а также термометром с электрическим выходом сигнала, пропорциональным температуре охлаждающей среды, а в магистрали, соединяющей полость стержня для слива, устанавливать термометр с электрическим выходом сигнала, пропорциональным температуре охлаждающей среды при ее сливе.

Желательно источник рабочей среды для создания давления в первичной камере выполнять регулируемым по производительности и снабжать датчиком давления с электрическим выходом сигнала, пропорциональным величине давления в первичной камере, и средством для понижения давления в камере первичного давления.

Наличие средств контроля и обратной связи как по нагреву и давлению, так и охлаждению позволяет вести процесс по программе, добиваться улучшения качества обрабатываемого продукта, снизить затраты живого труда.

Возможно в качестве средства для понижения давления в камере первичного давления использовать сам источник первичного давления, выполненный в виде реверсивного насоса.

Таким способом упрощается управление и повышается надежность работы установки.

Возможно источник рабочей среды выполнять в виде одно- или многоходового мультипликатора, при этом в случае выполнения источника рабочей среды в виде одноходового мультипликатора средство для понижения давления необходимо устанавливать на магистрали, соединяющей мультипликатор с источником рабочей среды с низким давлением, а при многоходовом мультипликаторе его необходимо устанавливать в магистрали, соединяющей мультипликатоp с камерой первичного давления.

Это позволяет повысить давление в первичных камерах более 200 МПа, чего нельзя добиться обычными насосами, тем самым повышается давление обработки или же увеличивается камера сжатия.

Возможно источник нагрева, присоединенный к силовым электровводам, снабжать средствами измерения напряжения, силы тока и мощности, обеспечивая регулирование температуры нагрева обрабатываемого материала в деформируемом контейнере.

Желательно источник нагрева снабжать средством регулирования частоты тока.

Целесообразно установку снабжать системой управления, содержащей электрически связанные между собой блок управления величиной давления в первичной камере давления, соединенный с датчиком давления источника рабочей среды и с самим источником рабочей среды, блоком управления нагревом, соединенным с источником нагрева и со средствами измерения напряжения, силы тока и мощности в цепи нагрева, а при наличии термопар в деформируемом контейнере выводы упомянутых термопар через измерительные электровводы также подключать к блоку управления нагревом, блоку управления средством охлаждения внутренних и наружных пуансонов, соединенных с электрическими выводами расходомеров, термометров и самим средством охлаждения, при этом блоки управления нагревом и охлаждения связывать между собой обратной связью, обеспечивая автоматическое и программное управление установкой в процессе обработки материала.

Данный подход к комплектованию системы управления дает возможность вести процессы обработки с высокой точностью, что повышает качество обработанного материала.

Целесообразно средство для удержания частей корпуса при подаче рабочей среды в камеру первичного давления выполнять в виде кольца с сечением в форме скобы, причем в верхней части корпуса в месте его разъема выполнять кольцевой выступ, а в нижней части корпуса выполнять впадины, расположенные симметрично по кольцевой поверхности нижней части корпуса, соответствующие выступам, выполненным на внутренней поверхности кольца, обеспечивающие при повороте кольца байонетное соединение, при этом целесообразно средство снабжать приспособлением для поворота кольца вокруг своей центральной оси, подъема и перемещения кольца совместно с верхней частью корпуса.

Возможно средство для удержания частей корпуса при подаче рабочей среды в камеpу первичного давления выполнять в виде двух одинаковых полуколец, каждое из которых имеет в сечении форму скобы, а в верхней и нижней частях корпуса в месте его разъема выполнять кольцевые выступы, которые охвачены полукольцами, при этом целесообразно иметь привод, соединенный с обеими полукольцами, обеспечивающими их разъединение с частями корпуса либо путем их возвратно-поступательного перемещения, либо возвратно-поворотного перемещения относительно оси (осей) корпуса, проходящей по периферии полуколец.

Желательно каждую из частей корпуса выполнять в виде полуцилиндра, цилиндрические поверхности которых с обоих торцов охвачены двумя кольцами, являющимися средством для удержания частей корпуса при подаче рабочей среды в камеру первичного давления, при этом кольца необходимо снабжать приводом их возвратно-поступательного перемещения относительно вертикальной оси корпуса.

Необходимо часть наружной поверхности корпуса и внутреннюю поверхность каждого кольца выполнять коническими с одинаковым углом конусности, обеспечивающим при соединении плотный контакт по коническим поверхностям и по плоскости разъема частей корпуса.

Данное разнообразие технических решений средств для удержания частей корпуса дает возможность создавать установки различной мощности с рациональными габаритами, что сказывается на уменьшении их стоимости и удобстве обслуживания.

В дальнейшем изобретение поясняется на примерах выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 схематически изображает общий вид многопуансонной установки шарового типа для создания высоких давлений и высоких температур до подачи рабочей среды в камеры первичного давления (продольный разрез между наружным пуансонами); фиг. 2 схематически изображает сечение на фиг. 1 по осям наружных пуансонов; фиг. 3 общий вид собранных внутренних пуансонов деформируемым контейнером (передний боковой пуансон снят); фиг. 4 общий вид вертикального внутреннего пуансона; фиг. 5 общий вид бокового внутреннего пуансона; фиг. 6 деформируемый контейнер (изометрия); фиг. 7 камеру сжатия в увеличенном масштабе (продольный разрез); фиг. 8 другой вариант камеры сжатия (продольный разрез); фиг. 9 - общий вид внутреннего пуансона с профилем боковой поверхности; фиг. 10 вид на средство перекрытия зазоров; фиг. 11 поперечный разрез по фиг. 1 по наружным и внутренним пуансонам и средствам перекрытия зазоров; фиг. 12 - другой вариант оформления средств перекрытия зазоров; фиг. 13 продольный разрез части эластичной оболочки; фиг. 14 сечение частей корпуса в месте установки обратных клапанов (продольное сечение); фиг. 15 вариант исполнения двух силовых электровводов (продольный разрез); фиг. 16 схему вариантов выполнения источника рабочей среды; фиг. 17 еще один вариант схемы выполнения источника рабочей среды; фиг. 18 вид спереди на установку в сборе; фиг. 19 вид спереди при разъеме частей корпуса на установку по фиг. 18; фиг. 20 вид спереди при разъеме частей корпуса еще на один вариант установки по фиг. 1; фиг. 21 вид сверху на возможный вариант выполнения установки; фиг. 22 то же, что на фиг. 21 (вид сбоку); фиг. 23 вид спереди на еще один вариант установки в сборе; фиг. 24 то же, что на фиг. 23 (вид сбоку); фиг. 25 вид спереди при разъеме частей корпуса по фиг. 23; фиг. 26 фиг. 25, вид сбоку; фиг. 27 фрагмент сечения по кольцу, изображенном на фиг. 23 (вариант выполнения).

Многопуансонная установка шарового типа для создания высоких давлений и температур содержит основание 1 (фиг. 1), на котором установлен корпус 2 с внутренней сферической полостью. Корпус 2 состоит из двух частей, расположенных одна над другой, нижней части 3 и верхней части 4, каждая из которых имеет внутренние полусферические полости. В корпусе 2 расположена эластичная оболочка сферической формы, состоящая из двух полусферических частей, нижняя 5 из которых расположена в нижней части 3 корпуса 2, а верхняя 6 в верхней части 4 корпуса 2. Нижняя и верхняя части 5 и 6 эластичной оболочки закреплены по окружностям их оснований соответственно в нижней части 3 и верхней части 4 корпуса 2, образуя две по существу одинаковые камеры 7 и 8 первичного давления между наружной поверхностью каждой части 5 и 6 эластичной оболочки и внутренней поверхностью каждой части 3 и 4 корпуса 2. Закрепление нижней и верхней частей 5 и 6 эластичной оболочки в каждой плоскости разъема частей 3 и 4 корпуса 2 осуществляется следующим образом. Края 9 и 10 частей 5 и 6 оболочки выполняются отогнутыми по окружности оснований и заходят в цилиндрические проточки, выполненные у оснований полусферических внутренних полостей нижней и верхней частей 3 и 4 корпуса 2. Предпочтительным материалом эластичной оболочки служит маслобензостойкая резина или полиуретан.

Камеры 7 и 8 первичного давления сообщены с источником 11 рабочей среды, включающим насос 12 высокого давления, подающим рабочую среду под давлением в магистраль 13, которые через каналы 14 и 15, выполненные в частях 3 и 4 корпуса 2, сообщены с камерами 7 и 8 первичного давления.

Внутри эластичной оболочки расположена группа пуансонов, минимальное количество которых равно четырем, и может составлять шесть, восемь и так далее. Группа пуансонов может быть разделена так, что может образовывать одну, две и более ступеней сжатия. В описываемом варианте количество пуансонов равно четырнадцати. В наружную группу входят по существу восемь одинаковых наружных пуансонов 16, которые имеют форму трехгранной усеченной пирамиды со сферическим большим основанием. В сочлененном положении всех восьми наружных пуансонов 16 наружная поверхность представляет собой сферу, а каждый наружный пуансон 16 является частью шара. Наружные пуансоны 16 выполняются преимущественно из высокопрочных сталей. Наружные пуансоны 16 в исходном состоянии расположены с зазорами 17 между боковыми поверхностями. Все восемь наружных пуансонов 16 образуют своими усеченными поверхностями 18 (фиг. 2) полость в форме правильного октаэдра, в которой установлены внутренние вертикальные пуансоны 19 (фиг. 1, 2) и внутренние боковые пуансоны 20. Внутренние пуансоны 19 и 20 выполняются преимущественно из твердых сплавов. В исходном положении между внутренними пуансонами 19 и 20 имеются по существу одинаковые зазоры 21 (фиг. 1), в которых установлены деформируемые прокладки 22, а между поверхностями 18 (фиг. 2) наружных пуансонов 16 и контактными поверхностями 23 и 24 внутренних пуансонов 19 и 20 размещены изолирующие прокладки 25. Внутренние пуансоны 19 и 20 представляют собой в сборе октаэдр, в котором внутренние поверхности 26 и 27 внутренних пуансонов 19 и 20 образуют камеры 28 сжатия высокого давления, при этом деформируемые прокладки 22 (фиг. 1) монтируются непосредственно у камеры 28 сжатия и обеспечивают при сжатии заданное положение внутренних пуансонов 19 и 20 относительно друг друга, а также определенные контактные давления на боковых поверхностях 29 пуансонов 19 и 20, тем самым препятствуя разрушению наиболее нагруженных при сжатии участков внутренних пуансонов 19 и 20. В камере 28 сжатия плотно помещен деформируемый контейнер 30 с внутренней полостью 31 для размещения обрабатываемого материала 32. Деформируемый контейнер 30 выполняется из термоизоляционного материала. Высота A (рис. 9) к ширине B камеры сжатия, ограниченной поверхностями 26 двух вертикальных внутренних пуансонов 19 и поверхностями 27 четырех боковых пуансонов 20, соотносятся друг к другу в диапазоне, лежащем в пределах 1,03-1,4.

Для того, чтобы выдержать указанные размеры камеры 28 сжатия, необходимо, чтобы габаритные размеры внутренних пуансонов 19 и 20 не превышали в сборе сумму размеров D и E, равную размеру C усеченной поверхности 18 (фиг. 2) наружных пуансонов 16, и не нарушали силового равновесия системы в целом, так как усеченная поверхность наружных пуансонов 16 контактирует одновременно с двумя поверхностями 24 (фиг. 2, 3) боковых внутренних пуансонов 20 и одной поверхностью 23 (фиг. 2, 3, 4) вертикальных пуансонов 19, то существует определенное соотношение размеров граней E бокового внутреннего пуансона 20 (фиг. 2, 3) и размера D (граней) вертикального внутреннего пуансона 19, а также смещение t зазора 21 от оси симметрии, не нарушающее силового воздействия на усеченную поверхность 18 наружного пуансона 16. К тому же на него оказывает влияние величина Δ начального зазора 21 между боковыми поверхностями 29 внутренних пуансонов 19 и 20. Соотношение размеров E и D определяется соотношением размеров A и B камеры 28 сжатия, которые не должны превышать диапазона 1,03-1,4. Только при этих условиях не нарушается силовое взаимодействие наружных пуансонов 16 и внутренних пуансонов 19 и 20, но увеличивается объем камеры 28 сжатия.

В таком же диапазоне отношений размеров (то есть A/B 1,03-1,4) находится отношение a/b размеров внутренней поверхности 27 бокового пуансона 20 (фиг. 5) и деформируемого контейнера 30 (фиг. 6), в то время как у вертикального внутреннего пуансона 19 (фиг. 4) внутренняя поверхность 26 остается квадратной со стороной b.

При указанных отношениях очень важным является сохранение равномерной и одинаковой нагрузки на боковые поверхности 29 внутренних пуансонов 19 и 20. Поэтому необходимо соблюдать конгруэнтное положение граней деформируемого контейнера 30 и каждой поверхности 26 и 27 внутренних вертикальных 19 и боковых 20 пуансонов. Периметр боковой грани деформируемого контейнера 30, равный 2(A+B), всегда должен быть больше периметра поверхности 27 бокового внутреннего пуансона 20, а периметр основания деформируемого контейнера 30, равный 4B, должен быть больше периметра поверхности 26 вертикального внутреннего пуансона 19 на величину, определяемую размером D зазора 21 между боковыми поверхностями 29 внутренних пуансонов 19 и 20 (фиг. 3). Величина D зазора 21 определяется экспериментальным путем и зависит в основном от величины камеры 28 сжатия, давления в ней материала деформируемых прокладок 21 и необходимой стойкости внутренних пуансонов 19 и 20. Так, при величине размеров b 16 мм, а 21 мм (фиг. 3, 4, 5) величина зазора 21 равна D 5,8 мм.

Деформируемый контейнер 30 (фиг. 6) имеет скосы 33 на каждом из своих ребер, выполненные под углом 45^o к наружным поверхностям и основаниям. Величина скосов по существу равна величине D зазора 21 между боковыми поверхностями 29 внутренних пуансонов 19 и 20. Принципиально важно то, что внутренняя полость 31 деформируемого контейнера 30 (фиг. 1, 3, 7) для размещения обрабатываемого материала 32 была образована вдоль продольной оси деформируемого контейнера 30. Это дает основное преимущество при синтезе сверхтвердых материалов или спрессовывания под высоким давлением порошковых материалов, так как дает возможность не только повысить производительность за счет простого увеличения объема, но создает необходимые термобарические условия при выращивании кристаллов.

Причем в зависимости от материала и выбранных размеров деформируемого контейнера 30 можно значительно увеличить и поперечные размеры d (фиг. 3) полости 31 деформируемого контейнера 30. Можно добиться, чтобы отношение d к D лежало в пределах от 0,4 до 0,8. Более высокие значения получают при выполнении деформируемых прокладок 22 между боковыми поверхностями 29 внутренних пуансонов 19 и 20 составными как по высоте, то есть величине D зазора 21, так и по ширине, то есть по направлению от камеры 28 сжатия к поверхностям 18 пуансонов. В любом случае один торец составных деформируемых прокладок 22 при сборке соприкасается с фасками 33 (фиг. 4) деформируемого контейнера 30.

Внутренняя полость 31 (фиг. 3) деформируемого контейнера 30 может быть выполнена в виде нескольких полостей 34 (фиг.6), симметрично расположенных относительно продольной оси деформируемого контейнера 30. В зависимости от технологии обработки материала 32, помещенного в полости 34 деформируемого контейнера 30, выполнение полостей может быть различным. Они могут быть выполнены круглыми, квадратными и тому подобное по сечению, заполнены обрабатываемым материалом 32 полностью, как это показано на фиг. 1 и 2, или частично (фиг. 3), или иметь более сложное выполнение (фиг. 7). В первом случае (фиг. 1, 2) обрабатываемый материал 32 сам является нагревателем. Во втором случае (фиг. 3) нагревателем являются теплоизолирующие и токопроводящие таблетки 35, устанавливаемые по торцам деформируемого контейнера 30, и обрабатываемый материал 32. При наличии на вертикальных внутренних пуансонах 19 напряжения нагрева на границе контакта таблеток 35, обладающих проводящими свойствами, с обрабатываемым материалом 32, также обладающим проводящими свойствами, возникает большое омическое сопротивление, приводящее к разогреву материала 32. Эффект достигается, если таблетки 35 будут выполнены из уплотненной смеси порошков тугоплавких окислов, взятых в количестве 85-10 вес. и порошка графита в количестве 10-84 вес. при связке 5-6 вес. хлорида натрия. Большое количество графита и меньшее количество окислов используются при коротких режимах обработки материала 32. Большое количество графита используется при коротких режимах, а меньшее 10% при длительных выдержках свыше 100 часов.

В других случаях, например при обработке непроводящих ток материалов 32 или материалов 32, не допускающих контакта с нагревателем, используется выполнение внутренней полости 31 деформируемого контейнера 30, показанное на фиг. 7. При таком выполнении внутри полости 31 плотно устанавливается нагреватель 36, выполненный в виде тонкостенной обечайки, располагающийся между изолирующими таблетками 37, на наружной поверхности которых имеется проводящий слой 38. Между торцом таблетки 37 и торцом нагревателя 36 может быть помещена шайба 39 из того же материала, из которого выполняется нагреватель 36, преимущественно графита. Для изоляции обрабатываемого материала 32 от нагревателя 36, таблеток 37 или шайб 39 применяется изолирующий слой, конструктивно выполненный в виде тонкостенной обечайки 40 (фиг. 8) и шайбы 41. Обечайка 40 плотно расположена по внутреннему периметру нагревателя 36. Все наполнение деформируемого контейнера 30 выполнено таким образом, что все составляющие части наполнения установлены в контейнере 30 беззазорно.

Указанная на фиг. 7 конструкция деформируемого контейнера в основном применяется для выращивания кристаллов синтетического алмаза. В этом случае затравочный кристалл помещают на одном из торцов шайбы 41 или вблизи нее, а в качестве обрабатываемого материала используют смеси уплотненных порошков углесодержащих материалов и металлов-катализаторов.

В зависимости от применяемой технологии обработки материала 32 подбираются и материалы, из которых изготавливают деформируемый контейнер 30, деформируемые прокладки 22, таблетки 37, изолирующую обечайку 36 и шайбу 41.

Деформируемый контейнер 30 может быть изготовлен из монолитов природных минералов, например литографского камня или пирофиллита. Изготовление производится механообработкой. Можно изготавливать контейнеры 30 спрессовыванием из порошков указанных материалов со связкой. В силу того, что эти материалы являются многокомпонентными системами, часть входящих в них окислов испытывают под воздействием высокого давления фазовые и объемные изменения. Это приводит к скачкообразному изменению давления при обработке, что негативно сказывается на процессе кристаллизации.

Наилучшие показатели при обработке материалов высокими давлениями и температурами дает применение для деформируемых контейнеров 30, таблеток 37, обечайки 40 и шайбы 41 материалов, у которых не происходят фазовые и объемные изменения при высоких давлениях.

Можно применять уплотненную смесь порошков огнеупорных окислов, взятых в количестве 90-94 вес. со связкой хлорида натрия 10-6 вес. с последующей термообработкой при температуре 800-850^oC.

Деформируемый контейнер 30 получают по следующей технологии: подбирают определенный стехиометрический состав порошка, смешивают с водным раствором хлорида натрия, прессуют контейнер при давлении не менее 200 МПа, высушивают для удаления влаги и затем термообрабатывают.

Наилучшие результаты, особенно при выращивании монокристаллов, дает применение для деформируемого контейнера 30 уплотненной смеси порошков диоксида циркония (ZrO₂) в количестве 92-97 вес. и в качестве связки окиси кальция (CaO) в количестве 8-3 вес.

Технология получения деформируемого контейнера 30 из такого материала включает в себя предварительное уплотнение порошка ZrO₂, высушивание, размол, смешивание полученного порошка с порошком CaO, спрессовывание заготовки контейнера 30 в пресс-форме и последующую пропитку заготовки контейнера 30 в соляной ванне при температуре 800-1000^oС до получения 92-100% плотности материала контейнера 30.

Таким же образом можно получить таблетки 37, обечайки 40 и шайбы 41.

Однако для обечайки 40 изолирующего слоя и шайбы 41 в качестве лучшего материала можно рекомендовать уплотненную смесь порошков окиси магния (MgO), взятого в количестве 60-90 вес. и окиси хрома (CrO₃, взятого в количестве 40-10 вес. пропитанного до получения 92-100% плотности хлоридом натрия (NaCl). Технология получения описана выше.

Указанные выше конкретные материалы позволяют вести технологические процессы с точностью до 1% по давлению и температуре нагрева обрабатываемого материала 32.

При проведении технологических процессов, требующих изменения температуры по высоте обрабатываемого материала 32, применяется нагреватель 42, выполненный с изменяющейся толщиной по высоте стенки обечайки нагревателя (фиг. 2). Для этого внутреннюю полость 31 деформируемого контейнера 30 выполняют конической. Из-за разницы омических сопротивлений по высоте происходит перепад температур по высоте полости 31 деформируемого контейнера 30.

Большую роль в создании высокого давления в камере сжатия 28 и в увеличении объема полости 31 играют конструкция и материал деформируемых прокладок 22 (фиг. 1 и 2), помещенных в зазор 21 между боковыми поверхностями 29 внутренних пуансонов 19 и 20. Прокладки 22 могут быть выполнены из монолитного материала, например такого же, как и деформируемый контейнер 30. При этом для того, чтобы получить в камере 28 сжатия давление порядка 5 ГПа, необходимо создать в первичных камерах 7 и 8 давление (фиг. 1 и 2) от источника 11 рабочей среды такой величины, чтобы оно компенсировало затраты усилия от наружного пуансона 16, которое затрачивается на более пластическое деформирование прокладки 22. В этих случаях конечная толщина прокладки 22 может достигать при сжатии величины порядка 0,3-1 мм. Если увеличить конечную величину прокладки 22, например, до 2-2,5 мм, то можно получить прирост объема камеры 28 сжатия и, следовательно, полости 31, в которой размещен обрабатываемый материал 32, до 70% В некоторых случаях можно использовать составную конструкцию прокладок 22, изображенную на фиг. 3. Она включает металлические пластины 43, выполненные в виде трапеций, с двух сторон которых размещены керамические пластины 44, при этом к каждой боковой поверхности 29 внутренних пуансонов 19 и 20 примыкает керамическая пластина 44, также выполненная в виде трапеции. При сборке пуансонов 19 и 20 прокладки 22 приклеиваются к их боковой поверхности 29.

Наилучшие результаты дает применение конструкции деформируемых прокладок 22, изображенных на фиг. 1. Эти прокладки 22 выполнены в виде пластин в форме трапеций и составными по длине. Каждая из прокладок 22b примыкает к боковым поверхностям 29 пуансонов 19 и 20. Часть 45 каждой пластины 22b, контактирующей с деформируемым контейнером 30, выполнена из металла с более высокой степенью пластичности, например алюминия или меди. Средняя часть 47 пластины 22 выполняется из эластомера. Между пластинами 22, примыкающими к боковым поверхностям 29 внутренних пуансонов 19 и 20, размещена изоляционная пластина 48, например, из пластика.

Для предотвращения деформирования прокладок 22b боковые поверхности 29 внутренних пуансонов 19 и 20 по крайней мере на части их поверхности, к которой примыкают деформируемые прокладки 22, 22a, 22b, выполнены профилированными, обеспечивая к тому же снижение контактного давления на боковые поверхности 29 внутренних пуансонов 19 и 20.

Вариант профиля боковой поверхности 29 внутренних пуансонов 19 и 20 показан на фиг. 8. Профиль выполнен ступенчатым и распложен вблизи деформируемого контейнера 30. Ступенька 49 профиля расположена на расстоянии, не превышающем половины боковой поверхности 29. При сжатии деформируемой прокладки 22 она пластически деформируется, заполняя пространство между боковыми поверхностями 29 пуансонов 19 и 20. Ступенька 49 профиля ограничивает площадь деформирования прокладки 22. Это приводит, с одной стороны, к уменьшению усилия на создание давления в камере 28 сжатия, а с другой - позволяет сохранять одинаковый зазор 21 между пуансонами 19 и 20.

Если выполнить ребра (фиг. 9), образующиеся пересечением боковых поверхностей 29 внутренних пуансонов 19, 20 с внутренними рабочими поверхностями 26 и 27 внутренних пуансонов 19 и 20, со скосом 50 под углом a, равным 15-30^o к боковым поверхностям, то можно получить профиль, обеспечивающий начальное уплотнение деформируемого контейнера 30.

Внутри эластичной оболочки (фиг. 1, 2, 10) в местах сочленения наружных пуансонов 16 расположены пластины 51 со скосами на концах и шаровые сегменты 52, перекрывающие зазоры 17 между боковыми поверхностями наружных пуансонов 16 и служащие средствами 53 (фиг. 1) перекрытия зазоров 17 между боковыми поверхностями наружных пуансонов 16. Пластины 51 (фиг. 1) и сегменты 52 изолированы прокладками 54, 55 от наружных пуансонов 16. Для размещения шаровых сегментов 52 (фиг. 10, 11) на сферической поверхности наружных пуансонов 16 в месте схождения четырех наружных пуансонов 16 выполнена площадка 56, перпендикулярная ребру (фиг. 10) наружного пуансона 16. При этом скосы конусов пластин 51 перекрываются периферийными участками шарового сегмента 52. Наружные пуансоны 16 снабжены средствами 57 (фиг. 1) восстановления зазоров, которые размещаются в зазорах 17 на боковых поверхностях пуансонов 16 и восстанавливают зазоры 17 после отвода рабочей среды из камер 7 и 8 первичного давления. Конструктивно средства 57 восстановления зазоров могут быть выполнены из любого упругого элемента, обладающего электроизоляционными свойствами, например резины.

Средства 53 перекрытия зазоров 17 между пуансонами 16 могут быть выполнены другим способом (фиг. 11). Для этого на сферической поверхности наружных пуансонов 16 в местах ее пересечения с боковой поверхностью наружного пуансона 16 выполнены площадки 58, перпендикулярные боковой поверхности наружного пуансона 16 и расположенные по оси симметрии боковой поверхности наружного пуансона 16. При этом площадки 58 перекрываются площадками 56, выполненными на сферической поверхности, перпендикулярной ребрам, образованным двумя боковыми поверхностями наружных пуансонов 16. На упомянутых площадках 58 располагаются шаровые сегменты 59 со скосами 60, перекрывающими зазор 17 между двумя наружными пуансонами 16 так, чтобы шаровой сегмент 52, перекрывающий зазор 17 в месте схождения четырех наpужных пуансонов 16, перекрывал и эти скосы 60.

Предпочтительным выполнением средств 53 перекрытия является конструкция, показанная на фиг. 12. На сферической повеpхности наружных пуансонов 16 в местах пересечения сферической и боковой поверхностей наружных пуансонов 16 выполнены участки 61 (фиг. 2 и 12) цилиндрической поверхности с осью вращения, перпендикулярной боковой поверхности наружного пуансона 16 и совпадающей с центром сферической поверхности наружного пуансона 16. Часть средства перекрытия зазоров 17 между двумя смежными боковыми поверхностями наружных пуансонов 16 выполнена в виде части 62 кольца (фиг. 12), плотно прилегающей к части 61 цилиндрической поверхности. Часть 62 кольца имеет скосы 63 по ее концам. В местах пересечения двух цилиндрических поверхностей 61 выполнены площадки 64, перпендикулярные ребрам наружных пуансонов 16. На каждой площадке 64 размещена пластина-крестовина 65, имеющая в плане форму расходящихся полос из центра схождения четырех наружных пуансонов 16. Крестовина 65 перекрывает полосами зазоры 17 между сходящимися наружными пуансонами 16 и перекрывающими концами полос скосы 63 на концах части 62 конца перекрытия.

Для возможности нагрева обрабатываемого материала 32 (фиг. 1) и измерения параметров нагрева и давления в камере 28 сжатия наружные пуансоны 16 и средства перекрытия 53 изолированы друг от друга с помощью прокладок 54 и 55, которые прикрепляются или к пуансонам 16, или же к средствам перекрытия 53.

Наилучшим средством перекрытия 53 можно считать такое его выполнение, когда все части перекрытия во всех вариантах выполнены из высокопрочного электроизоляционного материала, например композита на основе борных волокон. В этом случае гарантирована изоляция всех пуансонов 16 друг от друга в течение длительного срока эксплуатации.

При применении в качестве средств перекрытия 53 пластин 51, части 62 колец перекрытия и пластин-крестовин 65 возвышаются над сферической поверхностью собранных наружных пуансонов 16 (фиг. 2, 10, 12) и деформируют эластичную оболочку. Для предотвращения износа частей 5 и 6 эластичной оболочки целесообразно выполнять на внутренней поверхности частей 5 и 6 оболочки в местах, соответствующих расположению средств 53 перекрытия зазоров 17 между наружными пуансонами 16, углубления 66 (фиг. 13), соответствующие по форме средствам 53 перекрытия зазоров.

В этом случае для обеспечения сборки-разборки целесообразно часть средств 53 перекрытия зазоров 17 (фиг. 1) между боковыми поверхностями наружных пуансонов 16 закреплять в углублениях 66 (фиг. 13), выполненных на внутренней поверхности частей 5 и 6 (фиг. 1, 2) эластичной оболочки. В общем случае в верхней части 6 оболочки закрепляются или шаровые сегменты 52 (фиг. 10), или пластины-крестовины 65 (фиг. 12), а в нижней части 5 оболочки закрепляются или шаровые сегменты 52 (фиг. 10), или пластины-крестовины 65 (фиг. 12) и четыре пластины 51 (фиг. 10), или части 62 кольца (фиг. 12).

Для предотвращения выдавливания частей 5 и 6 оболочки (фиг. 1 и 2) в зазор между частями 3 и 4 корпуса 2, возникающий при подаче рабочей среды в камеры 7 и 8 первичного давления, в корпусе 2 в месте разъема его частей 3 и 4 на каждой поверхности разъема выполнены цилиндрические расточки 67, соосные между собой и со сферической полостью. В расточках 67 размещено средство уплотнения зазоров между частями 3 и 4 корпуса 2. Средство состоит из двух одинаковых частей 68, каждая из которых представляет собой кольцо треугольного сечения. Наружная цилиндрическая поверхность каждого кольца средства 68 контактирует с цилиндрическими расточками 67. Торцевые поверхности колец средства 68 лежат в плоскости разъема частей 3 и 4 корпуса 2 и контактируют друг с другом.

Кольца выполняются из упругого прочного материала, например высокопрочной стали. В связи со значительными изменениями в конструкции камеры сжатия возникала необходимость в соответствующих изменениях отдельных частей установки.

Наиболее рациональным соединением камер 7 и 8 первичного давления между собой (фиг. 14), исключающим деформацию магистралей 13 (фиг. 1) при разборке части 4 корпуса 2, можно считать конструкцию, в которой использованы два обратных клапана (фиг. 14). Для этого на плоскостях разъема каждой части 3 и 4 корпуса 2 между сферической полостью корпуса 2 и наружной поверхностью корпуса 2 перпендикулярную плоскости разъема и соосно между собой выполнены расточки 69. Расточки 69 соединены каналами 70 с первичными камерами 7 и 8 давления. В каждой расточке 69 помещено седло 71 клапана, имеющего уплотнение 72 и закрепленного в частях 3 и 4 корпуса 2 с помощью упругого кольца 73. На торцевой поверхности нижнего седла 71 помещено торцевое уплотнение 74. Клапаны 75 прижимаются к друг другу с помощью пружины 76. При собранных частях 3 и 4 корпуса 2 между клапанами 75 и седлами 71 имеется зазор h, через который рабочая среда может перетекать из полости 7 в полость 8 и обратно. При разъеме частей 3 и 4 корпуса 2 клапаны 75 под действием пружины 76 прижимаются к седлам 71, герметизируя камеры 7 и 8 первичного давления по оси, перпендикулярной плоскости разъема.

В каждой части 3 и 4 корпуса 2 выполнены отверстия, в которых расположены нижний 77 и верхний 78 силовые электровводы, а на самом корпусе размещены измерительные электровводы 79 (фиг. 1 и 2). Все электровводы 77, 78 электрически изолированы от корпуса 2 с помощью втулок 80 и 81.

Каждый силовой электроввод 77 и 78 (фиг. 2) представляет собой полый стержень, на одном конце которого выполнен бурт 82, над которым расположена оставшаяся часть 83 стержня с наружным диаметром меньшим, чем основной наружный диаметр стержня. С помощью гайки 84 электровводы 77 и 78 закрепляются в нижней 3 и верхней 4 частях корпуса 2. Часть 83 каждого стержня расположена с натягом в отверстии, выполненном в эластичной оболочке, и входит на всю глубину отверстия в верхнем и нижнем шаровом сегменте 52 или пластине-крестовине 65. Клапаны 85 (фиг. 1) в электровводах 77, 78 служат для подвода и отвода охлаждающей жидкости в зазоры 17 и 21 между наружными 16 и внутренними 19, 20 пуансонами. Силовые электровводы 77 и 78 изготавливаются из высокопрочной бронзы.

Измерительные электровводы 77, 78 представляют собой стержень с буртом 86, расположенным на одном конце стержня 79. Электровводы закреплены с наружной поверхностью корпуса 2 с помощью гаек 87.

В частях 5 и 6 эластичной оболочки по осям наружных пуансонов 16 выполнены отверстия, в которых смонтированы два силовых электрических контакта 88 (фиг. 2) и измерительные контакты 89. Каждый силовой контакт 88 представляет собой диск, наружная сторона которого соединена с буртом 82 силовых электровводов 77 и 78 с помощью гибкой шины 90, изолированной от корпуса 2. Каждый измерительный контакт 89 соединен с измерительным электровводом 79 гибким проводом 91, изолированным от корпуса 2. Материалом для контактов может служить медь, бронза, латунь. В изолирующих прокладках 25 (фиг. 2), расположенных между наружными пуансонами 16 и внутренними пуансонами 19 и 20, размещены электрические контакты 92, например, из медной фольги. Контакты 92 расположены так, что образуют с одной стороны электрическую цепь нагрева, проходящую через электроввод 77, гибкую шину 90, силовой контакт 88, нижний наружный пуансон 16, контакт 92, нижний вертикальный внутренний пуансон 19, обрабатываемый материал 32 или нагреватель, расположенные в деформируемом контейнере 30 верхний вертикальный внутренний пуансон 19, контакт 92, наружный верхний пуансон 16, контакт 88, шину 90, электроввод 78. Электровводы 77 и 78 присоединены к источнику нагрева 93 (фиг. 1) с помощью гибких шин 94. Источник нагрева 93 расположен под корпусом 2 в основании 1. Верхний электроввод 78 может быть установлен в части 4 корпуса 2 без изолирующих втулок 80. Тогда одна из гибких шин 94 присоединяется стационарно к части 3 корпуса 2.

Канал 85 в силовом электровводе 77 присоединен к источнику 95 охлаждающей жидкости с помощью магистрали 96, а силовой электроввод 78 к магистрали 97 слива охлаждающей жидкости из установки.

При большем соотношении размеров A и B деформируемого контейнера 30 (более 1,3) целесообразно применять силовой электроввод другой конструкции (фиг. 15). Для этого в нижней части 3 корпуса 2 выполнено отверстие 98, перпендикулярное плоскости разъема частей 3 и 4 корпуса 2. В отверстии 98 концентрично и с зазором относительно друг друга, электрически изолированного относительно друг друга и от корпуса 2 с помощью втулок 80, установлены два полых стержня наружный 99 и внутренний 100. Полость 101 внутреннего стержня 100 подключена к напорной магистрали 97 источника 95 охлаждающей жидкости (фиг. 1), а полость 102 (фиг. 15), образованная зазором между стержнями 90 и 100, к сливной магистрали 97. Стержни 99 и 100 имеют бурты 103 и 104, к которым крепятся гибкие шины 90. В нижней части 5 оболочки в шаровом сегменте 52 выполнены отверстия, сообщающие полости 101 и 102 с зазорами 17, 21 между наружными 16 и внутренними пуансонами 19, 20. Поток охлаждающей жидкости между пуансонами регулируется с помощью эластичных прокладок (не обозначены). Каждый электроввод изолирован.

Такая установка электровводов способствует снижению мощности нагрева за счет исключения индукционных потерь.

Источник охлаждающей жидкости 95 (фиг. 1) может быть задействован как от цеховой магистрали, так и от оборотного снабжения. В любом случае на входе напорной магистрали устанавливаются вентиль 105, термометр 106 с электрическим выходом сигнала в систему управления 107 установкой, приспособление 108 наличия охлаждающей жидкости и величины ее расхода с электрическим выходом сигнала в систему управления 107. При этом электрические сигналы пропорциональны температуре охлаждающей жидкости и ее расходу. На сливной магистрали 97 также установлен термометр с электрическим выходом сигнала, пропорционального температуре охлаждающей среды.

Для удобства обслуживания и ускорения слива рабочей среды из полостей 7 и 8 первичного давления источник 95 охлаждающей жидкости может быть снабжен (фиг. 1) источником 109 сжатого газа, подключенным через вентиль 110 и управляемый обратный клапан 111 с приводом 112 к магистрали 96 подачи охлаждающей жидкости в канал 85 электроввода 77. Источник 95 охлаждающей жидкости на участке магистрали 96 подвода охлаждающей жидкости электровводом 77 и приспособлением 108 также снабжен управляемым обратным клапаном 111 с приводом 112. Все приводы подключены к системе управления 107. На сливной магистрали при этом устанавливается управляемый вентиль 113 с электроприводом 114, который соединен с системой управления 107.

Источник рабочей среды 11 (фиг. 1) в оптимальном случае может содержать регулируемый по производительности насос, соединенный через обратный клапан 115 с магистралью 13. Насос 12 вращается электродвигателем 116. К магистрали 13 подключены манометр 117, датчик 118 давления с электрическим выходом сигнала, пропорционального давлению в первичных камерах 7 и 8 первичного давления, в систему 107 управления и средство 119 плавного понижения давления в камерах 7 и 8 первичного давления с электрическим приводом 120, подключенным к системе управления 107. Насос 12, электродвигатель 116, манометр 117, датчик давления 118, клапан 115 и средство 119 понижения давления установлены на гидробаке 121.

В зависимости от величины давления в камерах 7 и 8 первичного давления возможно применение в качестве средства 119 понижения давления насоса 12. Тогда насос 12 и электродвигатель 116 должны быть выполнены реверсивными.

В качестве источника рабочей среды можно использовать многоходовой мультипликатор (фиг. 16).

В этом случае мультипликатор 122 соединяется через обратные клапаны 123 с магистралью 13, а через обратные клапаны 124 с насосным агрегатом 125 низкого давления. Для работы мультипликатора используется двухпозиционный гидрораспределитель 126 с электрическим управлением от системы управления 107.

При применении одноходового мультипликатора 127 (фиг. 17) средство 119 понижения давления устанавливается в полости низкого давления мультипликатора между ним и гидрораспределителем 128. Мультипликатор 127 снабжен обратным клапаном 129, установленным на магистрали, соединяющей гидрораспределитель 128 и полость высокого давления мультипликатора. Полость с низким давлением мультипликатора 127 запитывается от насосного агрегата 125 низкого давления.

Источник нагрева 93 (фиг. 1), присоединенный к силовым электровводам 77 и 78, снабжен средством 130 изменения напряжения нагрева с электрическим выходом в систему 107 управления, средством 131 измерения силы тока с электрическим выходом сигнала в систему 107 управления и средством измерения мощности (не показан). Средства 130 и 131 наряду с термопарами в деформируемом контейнере 30 являются обратными связями по условиям нагрева и участвуют в программном регулировании нагрева.

При применении источника 93 нагрева переменного тока он может быть снабжен средством регулирования частоты тока от 1 до 50 Гц (не показан). Это дает возможность проводить различные технологические процессы, связанные с электропереносом.

В состав многопуансонной установки шарового типа для создания высоких давлений и температур входит система 107 управления (фиг. 1). Система 107 состоит из блока 132 управления величиной давления в камерах 7 и 8 первичного давления, который электрически соединен с датчиком 118 давления источника 11 рабочей среды, в частности с насосом 12 и электродвигателем 116 насоса 12. В состав системы 107 управления также входят блоки 133 управления нагревом и блок 134 управления средством охлаждения. Блок 133 управления нагревом соединен с источником нагрева 93. Соединение может происходить через любое средство 135 регулирования напряжения, тока и так далее. С другой стороны блок 113 связан со средствами 130, 131 измерения параметров нагрева: напряжения и силы тока, а при наличии термопар в деформируемом контейнере 30 выводы термопар через измерительные электровводы 79 также подключены к блоку 133 управления нагревом. Блок 134 управления средством охлаждения наружных 16 и внутренних 19, 20 пуансонов соединен с электрическими выходами приспособления 108 наличия жидкости, термометров 106, приводами 112 обратных клапанов 111, с приводом 114 управляемого вентиля 113, а при наличии привода (не показан) источника 95 охлаждающей жидкости блок 134 управления связан и с указанным приводом. Блок 133 управления нагревом и блок 134 охлаждения связаны между собой обратной связью, обеспечивающей автоматическое и программное управление установкой в процессе обработки в установке материала 32.

Внешний вид, безопасность и удобство обслуживания установки связаны с конструктивным оформлением средства для удержания частей 3 и 4 корпуса 2 при подаче рабочей среды в камеры 7 и 8 первичного давления.

При малых габаритах наружных пуансонов 16 средство удержания 136 (фиг. 18, 19) выполняется в виде кольца 137 с сечением в форме скобы. В верхней части 4 корпуса 2 в месте его разъема выполнен кольцевой выступ 138. В нижней части 3 корпуса 2 выполнены впадины 139, расположенные симметрично на кольцевой поверхности выступа 138. Впадины 139 соответствуют выступам 140, выполненным на внутренней поверхности кольца 137. При повороте кольца 137 выступы 140 заходят за соответствующие выступы нижней части 3 корпуса 2, обеспечивая байонетное соединение.

Для поджима частей корпуса 2 друг к другу, поворота кольца 137, подъема кольца 137 совместно с частью 4 корпуса, их совместного перемещения в сторону от нижней части 3 корпуса 2 по основанию 1 служит приспособление 141. Приспособление 141 состоит из рамы 142 на катках, привода 143 поджима, привода 144 поворота и привода 145 перемещения рамы 142. При поджиме частей 3 и 4 корпуса 2 с помощью привода 143 рама 142 соединяется с основанием 1. Приводы 143, 144 и 145 могут быть гидравлическими или механическими, например винтовыми передачами.

При средних размерах наружных пуансонов 16 средство 136 (фиг. 1 и 20) удержания частей 3 и 4 корпуса 2 выполняется в виде двух одинаковых полуколец 146, каждое из которых имеет в сечении форму скобы (фиг. 1). В верхней части 4 и нижней части 3 корпуса 2 в месте его разъема выполнены кольцевые выступы 147. В сборе кольцевые выступы 147 охвачены полукольцами 146.

Возможно применение для указанной выше конструкции двух типов приводов для разъединения и сборки полуколец 146 с частями 3 и 4 корпуса 2.

Первый тип привода 148 обеспечивает возвратно-поступательное перемещение полуколец 146 (фиг. 20) на катках 149 по основанию 1. Он может быть выполнен в виде гидроцилиндров, реечных передач и других механизмов.

Второй тип привода 150 (фиг. 21) обеспечивает возвратно-поворотное перемещение полуколец 146 на катках 149 по основанию 1 вокруг оси (осей) 151, расположенной на основании 1 за внешним диаметром полуколец в месте их разъема. При этом на полукольцах закреплены соответствующие петли 152. Привод 150 может представлять собой гидроцилиндры, гидромоторы, винтовые передачи и тому подобное.

При крупных размерах наружных пуансонов 16 и при создании в камерах 7 и 8 давления более 200 МПа каждая из частей 3 и 4 корпуса 2 (фиг. 22) выполнена в виде полуцилиндра. Цилиндрические поверхности 153 полуцилиндров с обоих концов охвачены двумя кольцами 154, которые являются средством 136 для удержания частей 3 и 4 корпуса 2 при подаче рабочей среды в камеры 7 и 8 первичного давления. Кольца 154 установлены на катках 149 и имеют привод 155 возвратно-поступательного их перемещения по основанию 1. Привод 155 может быть оформлен в виде гидроцилиндров, винтовых передач и тому подобное.

Целесообразно выполнить части 156 (фиг. 23) наружной поверхности корпуса 2, который составлен из двух полуцилиндров, коническими в разные стороны. Тогда внутренняя поверхность каждого кольца 154 также выполняется конической с тем же углом конусности.

При сборке колец 154 на частях 3 и 4 корпуса 2 с помощью привода 155 (фиг. 22) обеспечивается плотный контакт по коническим поверхностям 156 и по плоскости разъема частей 3 и 4 корпуса 2. Такая конструкция обеспечивает уменьшение зазора между частями 3 и 4 корпуса 2 при подаче рабочей среды под давлением в камеры 7 и 8 первичного давления. Уменьшение зазора способствует лучшей работе и стойкости средств уплотнения 68.

Конструкции установки со средствами 136 удержания частей 3 и 4 корпуса 2, изображенные на фиг. 20, 21 и 22, снабжены приводом 157 разъема частей 3 и 4 корпуса 2. Общей особенностью конструкции частей 3 и 4 корпуса 2 в этих видах установки является поворот верхней части 4 относительно нижней 3 на оси 158 (фиг. 24).

Если в конструкции по фиг. 22 привод 157 разъема закреплен на подставке, установленной на основании 1, и шарнирно связан с верхней частью 4 корпуса 2, то в конструкциях по фиг. 21, 22, 23-27 привод 157 разъема установлен на основании 1 и имеет трехплечий рычаг 159, шарниры которого присоединены к нижней части 3 корпуса 2, к приводу 157 разъема и к верхней части 4 корпуса 2.

Работа многопуансонной установки шарового типа для создания высоких давлений и температур основана на известном принципе мультипликации, согласно которому первичное давление жидкости, создаваемое в камерах 7 и 8 первичного давления (фиг. 1), преобразуется в высокое и сверхвысокое давление, создаваемое в камере 28 сжатия в твердом теле, представляющем собой деформируемый контейнер 30, за счет разницы площадей сферической поверхности, частью которой являются сферические основания наружных пуансонов 16 и внутренних поверхностей 26 и 27 внутренних пуансонов 19 и 20, образующих камеру 28 высокого давления.

Так, если в камерах 7 и 8 первичного давления создается давление рабочей среды, например, 200 МПа, то при соотношении указанных площадей, равном, например, сорока, на обрабатываемый материал 32 воздействует давление 6 ГПа. Часть усилия теряется на деформирование прокладок 22 и трение между поверхностями 18 наружных пуансонов 23, 24 и внутренних пуансонов 19, 20. Подбором коэффициента трения материала прокладки 25 (фиг. 2), расположенной между поверхностями 18 и площадками 23, 24, можно добиться или повышения давления в камере 28 сжатия, или же некоторого увеличения ее объема.

Работа описанной установки шарового типа для создания высоких давлений и температур предусматривает ряд подготовительных операций, связанных с установкой в камеру 28 сжатия и извлечением из нее деформируемого контейнера 30 с обрабатываемым материалом 32 и деформируемых прокладок 22. Вид подготовительной операции зависит от особенностей технологии обработки.

На отдельном стенде собирается деформируемый контейнер 30 с обрабатываемым материалом 32 и другими элементами наполнения внутренней полости 31 деформируемого контейнера 30. На боковые поверхности 29 внутренних пуансонов 19 и 20 крепятся деформируемые прокладки 22. В деформируемый контейнер 30 монтируются, если это необходимо, термопары. Термопары располагаются в отверстиях, выполненных перпендикулярно боковым скосам 33. Выводы термопар располагаются на боковых гранях деформируемого контейнера 30. Проверяют также целостность изоляционных прокладок.

В общем случае в начале работы верхняя часть 4 корпуса 2 должна быть отделена от соприкосновения с нижней частью 3 корпуса 2, обеспечивая свободный доступ во внутреннее пространство нижней части 5 эластичной оболочки (фиг. 1, 18, 19, 20, 21). В зависимости от вида средства 136 удержания частей 3 и 4 корпуса 2 положение верхней части корпуса 2 может быть различным. Так, при применении конструкции по фиг. 18 верхняя часть корпуса 2 вместе с кольцом 137 находится вне нижней части 3 корпуса 2. В нижней части 3 корпуса 2 находится нижняя часть 5 эластичной оболочки с нижним электровводом 77 (фиг. 1) или электровводом по фиг. 15. Внутри нижней части 5 эластичной оболочки находятся часть средств 53 перекрытия зазоров: пластина-крестовина 65 с изоляционной прокладкой 54 и четыре пластины 51 с изоляционными прокладками 55.

В другом типе установки (фиг. 1, 19, 20, 21, 22) верхняя часть 4 корпуса 2 с помощью привода 157 повернута на угол 85-105^o вокруг оси 158 относительно нижней части 3 корпуса 2.

После установки в нижнюю часть 5 (фиг. 1 и 2) эластичной оболочки части средств 53 перекрытия монтируют четыре наружных пуансона 16 с изолирующими прокладками 25, в которых установлены электрические контакты 92. Наружные пуансоны 16 устанавливают так, чтобы пластины 51 располагались симметрично относительно зазоров 17 между боковыми поверхностями наружных пуансонов 16, а величина зазоров устанавливается с точностью 0,1-0,15 мм.

Затем в пространство между четырьмя наружными пуансонами 16 устанавливают вертикальный внутренний пуансон 19 и прикрепляют к его боковым поверхностям 29 четыре деформируемых прокладки 22. На поверхность 26 вертикального внутреннего пуансона 19 кладут деформируемый контейнер 30 в сборе с внутренними частями в зависимости от проводимой технологии. Это может быть деформируемый контейнер 30, изображенный на фиг. 1 или же фиг. 7 и 8. Укладывают четыре боковых внутренних пуансона 20 с прикрепленными деформируемыми прокладками 22. Последним устанавливают вертикальный внутренний пуансон 19. В зазор между нижней частью 5 эластичной оболочки и наружными пуансонами 16 устанавливают средства 53 перекрытия зазоров или в виде пластины 51 и шаровых сегментов 52 (фиг. 1 и 10), или в виде сегментов со скосами 59 и сегментов 52, или в виде части колец 62 и крестовин 65.

Затем устанавливают другие четыре наружных пуансона 16. На наружную поверхность монтируют или пластины 51, или сегменты 59, или части колец 62. Проверяют симметричность понижения составных частей. Включают привод 157 разъема (фиг. 20, 22, 25 и 26) и спускают верхнюю часть 4 корпуса 2 на нижнюю часть 3. В случае применения обратных клапанов по фиг. 14 клапаны 75 опираются друг на друга и открывают зазоры h между клапанами 75 и седлами 71.

Если применяют средство 136 удержания частей 3 и 4 корпуса по фиг. 18, то вначале включают привод 145 перемещения рамы 142 и устанавливают раму по оси корпуса 2. Включая привод 143 (поджима) приводят в соприкосновение части 3 и 4 корпуса 2.

Далее включают или привод 144 поворота кольца 137 (фиг. 18), или же приводы 157 перемещения полуколец 146 или колец 154.

После сборки средств удержания 136 корпусом 2 включают источник 11 рабочей среды (фиг. 1, 16, 17), который с момента включения начинает работать по программе от блока 132. Рабочая среда от насоса 12 (фиг. 1) по магистралям 13 и каналам 14 и 15 под давлением подается в камеры 7 и 8 первичного давления. Давление передается одновременно на внутреннюю сферическую поверхность частей 3 и 4 корпуса 2, прижимая их к средствам 136 удержания и увеличивая зазор между частями 3 и 4 корпуса 2 (фиг. 1), а также на наружные сферические поверхности частей 5 и 6 эластичной оболочки. При этом кольца 68 перекрывают зазор между частями 3 и 4 корпуса 2, а края 10 частей 5 и 6 оболочки герметизируют камеры 7 и 8 первичного давления. Наружные 16 и внутренние 19, 20 пуансоны перемещаются к центру шара, уменьшая объем камеры 28 высокого давления и деформируя прокладки 22. Средства 53 перекрывают уменьшающиеся зазоры 17 между наружными пуансонами 16, а части 5 и 6 оболочки, уменьшаясь в диаметре, герметизируют общую сферическую поверхность всех пуансонов.

Давление в первичных камерах 7 и 8 можно создавать кроме насоса высокого давления и мультипликаторами 122, 127 (фиг. 16, 17).

Многоходовой мультипликатор 122 (фиг. 16) работает следующим образом. От насосной станции 125 рабочая среда низкого давления поступает на вход в гидрораспределитель 126. В зависимости от включения гидрораспределитель 126 попеременно подает рабочую среду в различные полости мультипликатора через обратные клапаны 124. Если подача среды идет в правую сторону, то на левой стороне мультипликатора 122 создается высокое давление, которое через обратный клапан 123 подается в магистраль 13. Крайние положения мультипликатора 122 определяются или временным задатчиком системы управления 107, или же конечным выключателем (не показаны). Подъем давления осуществляется ступенчато.

Создание высокого давления в магистрали 13 от одноходового мультипликатора 127 производится следующим образом. От насосной станции 125 среда под низким давлением поступает через гидрораспределитель 128 в большую полость мультипликатора 127, на другой стороне создается высокое давление. Давление в магистрали растет плавно и непрерывно. Хода мультипликатора 127 достаточно для сжатия всего объема среды в камерах 7 и 8 первичного давления.

По мере увеличения давления в камерах 7 и 8 (фиг. 1) ведется сравнение его величины в каждый данный момент времени с величиной, заданной по программе. Сигнал обратной связи поступает в систему управления от датчика давления 118 (фиг. 1) Источник рабочей среды таким образом точно отрабатывает заданный закон нагружения.

По достижении заданного по технологии давления в камерах 7 и 8 вначале выключается источник 95 охлаждающей жидкости, а затем источник 11 отключается и система управления 10 дает команду блоку 133 на включение нагрева по заданной программе. Регулируя напряжение в первичной обмотке источника 93 нагрева с помощью регулятора 135, можно добиться любой скорости нагрева обрабатываемого продукта. После включения источника 93 нагрева ток вторичной цепи проходит через шину 94, нижний электроввод 77 (фиг. 2), шину 90 (фиг. 2), контакт 88, наружный пуансон 16, контакт 92, вертикальный нижний внутренний пуансон 19, обрабатываемый продукт 32 (прямой нагрев) или нагреватель 37 косвенный нагрев (фиг. 7 и 8), верхний вертикальный внутренний пуансон 19, другие контакты 92, верхний наружный пуансон 16, верхний контакт 88, шину 90, электроввод 78 и шину 94.

При применении коаксиальных силовых электровводов 99 и 100 (фиг. 15) природа нагрева не изменяется, однако прохождение тока изменяется: в качестве проводника включаются боковые внутренние пуансоны 20.

После достижения необходимой температуры нагрева, которая контролируется или по термопаре, встроенной в деформируемый контейнер, или по подводимой мощности, система управления 107 осуществляет выдержку под давлением и температурой. Во время выдержки автоматически по сигналу с датчика 118 давления происходит стабилизация уровня заданного давления. Режим нагрева контролируется с учетом температуры охлаждающей жидкости. Для этого сигналы с термометров 106 и приспособления 108 наличия охлаждающей жидкости, с термопар через измерительные электровводы 79, со средств 130, 131 измерения напряжения и тока поступают в блок 133 нагрева.

В блоке 133 происходит обработка данных согласно заложенной программе и источнику 93 нагрева выдается задание на корректировку параметров нагрева.

После выдержки под давлением и температурой нагрев автоматически отключается и включается выдержка только под давлением, во время которой источник 95 охлаждающей жидкости продолжает охлаждать внутренние пуансоны 19, 20 и наружные пуансоны 16. Поток охлаждающей жидкости проходит через вентиль 105, приспособление 108 наличия охлаждающей жидкости, управляемый обратный клапан 111, магистраль 96, канал 85 в нижнем электровводе 77, зазоры 17 между наружными пуансонами 16 и зазоры 21 между боковыми поверхностями 29 внутренних пуансонов 19 и 20, канал 85 верхнего электроввода 78, магистраль 97 слива, управляемый вентиль 113.

По сигналу с термометра 106 на магистрали 97 слива воды охлаждение прекращается и начинается программное снижение давления в камерах 7 и 8 с помощью средства 119 понижения давления (фиг. 1), на привод 120 которого поступает сигнал от блока 132. Одновременно система управления 107 дает сигнал на приводы 112 на наружной магистрали 96 охлаждающей жидкости закрыть клапан 111 и открыть клапан 111, связывающий магистраль 96 с источником сжатого газа. В течение заданного времени происходят сушка и удаление охлаждающей жидкости из магистралей 96 и 97 и из зазоров 17 и 21 между пуансонами 16, 19 и 20. По окончании сушки система управления дает сигнал на привод 114 на кратковременное закрытие вентиля 113. Под действием давления газа части 5 и 6 эластичной оболочки увеличиваются в диаметре, вытесняя рабочую среду из камер 7 и 8 в бак 121 через полностью открытое средство 119 понижения давления. По сигналам от системы управления 107 приводами 120, 112 и средством 119 клапаны 111 закрываются, а приводом 114 вентиль 113 открывается. Включаются приводы 143, 157 и части 3 и 4 корпуса 2 прижимаются друг к другу. Включением приводов 144, 148, 155 средства 136 удержания частей 3 и 4 корпуса 2 разъединяются с корпусом 2. Включают привод 144 (фиг. 18, 19) и кольцо 137 вместе с частью 4 корпуса 2 с помощью средства 141 перемещается в сторону, освобождая нижнюю часть 3 для работы.

В других случаях включают приводы 157 разъема частей 3 и 4 корпуса 2 и верхняя часть 4 поворачивается на оси 158 относительно нижней части 3 корпуса, освобождая пространство для работы с пуансонами.

Установка готова к разборке средств 53 перекрытия зазора, наружных пуансонов 16, внутренних пуансонов 19 и 20 и извлечению деформируемого контейнера 30 с обработанным продуктом 32 и деформируемых прокладок 22.

Вручную последовательно снимают средства 53, пуансоны 16, 19 и 20, контейнер 30 с полученным продуктом 32. Пространство внутри нижней части 5 оболочки очищают от пыли и деформируемых прокладок 22. Установка подготовлена к новому циклу обработки.

Представленная выше совокупность технических признаков позволяет при сохранении габаритов увеличить объем камеры сжатия 28 и получить условия для выращивания монокристаллов алмазов большей массы и качества, повысить производительность, надежность работы установки и, самое главное, обеспечить новые возможности при обработке материалов одновременным воздействием высокого давления в диапазоне 4,5-6 ГПа и температур 1200-2000^oC.

Формула изобретения

1 1. Многопуансонная установка шарового типа для создания высоких давлений и температур, содержащая основание, на котором установлен корпус с внутренней сферической полостью, состоящей по меньшей мере из двух частей, расположенных одна над другой и снабженных средством для уплотнения зазоров между частями корпуса и приводом разъема частей корпуса, эластичную оболочку сферической формы, состоящую из двух частей, расположенных соответственно в верхней и нижней частях корпуса, а края эластичных оболочек закреплены в каждой плоскости разъема частей корпуса, между наружной поверхностью каждой части эластичной оболочки и внутренней поверхностью полости каждой части корпуса имеются пространства, служащие камерами первичного давления, которые связаны с источником рабочей среды, расположенную в эластичной оболочке группу пуансонов, состоящую из наружных, по существу, одинаковых пуансонов, которые имеют форму усеченной пирамиды со сферическим большим основанием, являются частью шара, расположены с зазором между боковыми поверхностями и образуют своими усеченными поверхностями полость, в которой установлены внутренние пуансоны, контактирующие с внутренними плоскостями наружных пуансонов через изолирующие прокладки, при этом между боковыми поверхностями внутренних пуансонов образованы зазоры, в которых размещены деформируемые прокладки, а внутренние поверхности внутренних пуансонов образуют камеру сжатия с размещенным в ней деформируемым контейнером из термо- и элктроизоляционного материала с внутренней полостью для размещения обрабатываемого материала, расположенные внутри оболочки и электрически изолированные от наружных пуансонов средства для перекрытия зазоров между боковыми поверхностями наружных пуансонов, размещенные в корпусе силовые и измерительные электровводы, закрепленные в частях оболочки по осям наружных пуансонов электрические контакты, соединенные с электровводами, электрические контакты в изолирующих прокладках между контактными поверхностями наружных и внутренних пуансонов, расположенные так, что образуют электрическую цепь нагрева через два противоположно расположенных внутренних пуансона, и обрабатываемый продукт в деформируемом контейнере, присоединенный к силовым электровводам, источник нагрева, средство охлаждения наружных и внутренних пуансонов с каналами, выполненными в силовых электровводах, связанное с частями корпуса средство для их удержания при подаче рабочей среды в камеру первичного давления и средства управления давлением в камере первичного давления и нагревом обрабатываемого материала, отличающаяся тем, что камера сжатия, в которой расположен деформируемый контейнер, имеет соотношение высоты к ширине 1,03 1,4 с соответствующим выполнением форм и размеров внутренних и наружных пуансонов, изолирующих прокладок и электрических контактов между наружными и внутренними пуансонами, формированием цепей нагрева и измерения и конструктивным выполнением деформируемого контейнера, деформируемых прокладок между боковыми поверхностями внутренних пуансонов, средств перекрытия зазоров между боковыми поверхностями наружных пуансонов, конструктивным выполнением эластичной оболочки, средств охлаждения, источника первичного давления, средства для удержания частей корпуса при подаче рабочей среды в камеру первичного давления.2 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что при соотношении высоты к ширине камеры сжатия более 1,03 внутренние поверхности внутренних пуансонов, контактирующие с основаниями деформируемого контейнера, расположены конгруэнтно по отношению к основанию деформируемого контейнера и имеют периметр меньший, чем периметр основания деформируемого контейнера, а боковые внутренние пуансоны, контактирующие с боковыми поверхностями деформируемого контейнера, расположены конгруэнтно с боковыми поверхностями деформируемого контейнера, имеют периметр меньший, чем периметр поверхности деформируемого контейнера, и имеют отношение большего размера внутренней поверхности внутреннего пуансона к меньшему размеру внутренней поверхности внутренних пуансонов более 1,03, при этом внутренняя полость деформируемого контейнера для размещения обрабатываемого материала образована вдоль продольной оси деформируемого контейнера, а деформируемые прокладки, расположенные между боковыми поверхностями внутренних пуансонов, выполнены составными по высоте и ширине и примыкают к деформируемому контейнеру.2 3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что при количестве наружных пуансонов восемь и внутренних пуансонов шесть поверхности двух противоположных внутренних пуансонов, обращенных в сторону деформируемого контейнера, имеют форму квадрата, а четыре остальных внутренних пуансона выполнены с внутренними поверхностями, обращенными в сторону деформируемого контейнера, в форме прямоугольника и образуют совместно с двумя другими внутренними пуансонами камеру сжатия в форме параллелепипеда, при этом плотно размещенный в камере сжатия деформируемый контейнер также имеет форму параллелепипеда, а ребра параллелепипеда имеют по всей высоте одинаковые скосы.2 4. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что отношение поперечного размера внутренней полости деформируемого контейнера к наружному поперечному размеру деформируемого контейнера 0,4 0,8 и во внутренней полости деформируемого контейнера по его торцам размещены теплоизолирующие и токопроводящие таблетки, между которыми расположены нагреватель и обрабатываемый материал.2 5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что в качестве нагревателя использован обрабатываемый материал.2 6. Установка по п. 4, отличающаяся тем, что обрабатываемый материал электроизолирован от нагревателя и таблеток.2 7. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что деформируемый контейнер выполнен из природного известнякового минерала, например литографского камня, пирофиллита.2 8. Установка по пп.1 6, отличающаяся тем, что деформируемый контейнер выполнен из материала, у которого отсутствуют фазовые и объемные изменения под воздействием высокого давления.2 9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что в качестве материала деформируемого контейнера использована уплотненная смесь порошков огнеупорных окислов, взятых в количестве 90 94 мас. со связкой поваренной соли (NaCl) в количестве 10 6 мас. с последующей термообработкой полученного деформируемого контейнера при 800 850ºС.2 10. Установка по пп.4 и 5, отличающаяся тем, что в качестве материала деформируемого контейнера и таблеток, устанавливаемых по торцам деформируемого контейнера, использована уплотненная смесь порошков диоксида циркония (ZrO₂) в количестве 92 97 мас. и окиси кальция (CaO) в количестве 8 3 мас. с последующей пропиткой полученного спеченного деформируемого контейнера хлоридом натрия (NaCl) при 800 1000ºС до получения 92 100% -ной плотности материала деформируемого контейнера, причем на наружной поверхности таблеток нанесен токопроводящий слой.2 11. Установка по п.4, отличающаяся тем, что в качестве материала таблеток деформируемого контейнера использована уплотненная смесь порошков тугоплавких окислов в количестве 85 10 мас. порошка графита 10 - 84 мас. и связки хлорида натрия (NaCl) 5 6 мас. 2 12. Установка по п.4, отличающаяся тем, что нагреватель выполнен в виде обечайки, установленной по периметру внутренней полости деформируемого контейнера между таблетками, из материала с высоким омическим сопротивлением, например графита.2 13. Установка по п.12, отличающаяся тем, что нагреватель выполнен с изменяющейся толщиной по высоте стенки обечайки.2 14. Установка по п. 6, отличающаяся тем, что между нагревателем и торцевыми таблетками внутренняя полость деформируемого контейнера заполнена изолирующим слоем, включающим уплотнительную смесь порошков: 60 90 мас. окиси магния (MgO) и 40 10 мас. окиси хрома (CrO₃), пропитанную хлоридом натрия (NaCl) при 800 850ºС до получения плотности изолирующего слоя 92 - 100%2 15. Установка по п.2, отличающаяся тем, что внутренняя полость деформируемого контейнера выполнена в виде нескольких полостей, симметрично расположенных относительно продольной оси деформируемого контейнера, и каждая из полостей деформируемого контейнера выполнена в соответствии с пп.3 14.2 16. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что составные деформируемые прокладки между боковыми поверхностями внутренних пуансонов включают металлические пластины, выполненные в виде трапеций, с двух сторон которых размещены керамические пластины, при этом непосредственно к каждой боковой поверхности внутреннего пуансона примыкает керамическая пластина.2 17. Установка по п.2, отличающаяся тем, что деформируемые прокладки между боковыми поверхностями внутренних пуансонов включают выполненные в виде трапеций пластины, причем пластины, непосредственно примыкающие к боковым поверхностям, выполнены составными, одна часть которых, контактирующая с деформируемым контейнером, выполнена из металла с низкой степенью пластичности, другая часть пластины из металла с более высокой степенью пластичности и следующая часть пластины выполнена из эластомера, а между этими пластинами размещены пластины из изоляционного пластичного материала.2 18. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что боковые поверхности внутренних пуансонов по крайней мере на части, к которой примыкают деформируемые прокладки, выполнены профилированными, обеспечивая снижение контактного давления на боковые поверхности внутреннего пуансона от камеры сжатия к поверхности, соприкасающейся с наружной поверхностью наружного пуансона.2 19. Установка по п.18, отличающаяся тем, что профиль боковых поверхностей внутренних пуансонов вблизи деформируемого контейнера выполнен ступенчатым в сторону камеры сжатия с уменьшением внутренней поверхности внутреннего пуансона.2 20. Установка по п.18, отличающаяся тем, что ребра, образующиеся пересечением внутренних боковых поверхностей внутренних пуансонов с внутренней поверхностью, выполнены скошенным под углом 15 30º к боковой поверхности, обеспечивая изменение профиля боковой поверхности внутренних пуансонов.2 21. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что на сферической поверхности наружных пуансонов в месте схождения более двух наружных пуансонов выполнена площадка, перпендикулярная ребру, образованному пересечением боковых поверхностей наружных пуансонов, при этом средство перекрытия зазора между двумя смежными боковыми поверхностями наружных пуансонов выполнено в виде пластины, плотно прилегающей к сферической поверхности наружных пуансонов и имеющей скобы по ее концам, а на каждой площадке размещен сегмент, по периферии размещенный на скосах полос и перекрывающий зазоры между боковыми поверхностями более двух наружных пуансонов.2 22. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что на сферической поверхности наружных пуансонов в местах пересечения боковой и сферической поверхностей наружного пуансона выполнены площадки, перпендикулярные боковой поверхности наружного пуансона, перекрываемые площадками, выполненными на сферической поверхности, перпендикулярной ребрам, образованным двумя боковыми поверхностями наружных пуансонов, при этом на упомянутых площадках расположены шаровые сегменты со скосами, перекрывающими зазор между двумя наружными пуансонами так, чтобы шаровой сегмент, перекрывающий зазор более двух наружных пуансонов, перекрывал эти скосы.2 23. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что на сферической поверхности наружных пуансонов в местах пересечения сферической и боковой поверхностей наружных пуансонов выполнены цилиндрические поверхности с осью вращения, перпендикулярной боковой поверхности наружного пуансона и совпадающей с центром его сферической поверхности, при этом устройство перекрытия зазора между двумя смежными боковыми поверхностями наружных пуансонов выполнено в виде части кольца, плотно прилегающей к выполненным цилиндрическим поверхностям наружных пуансонов и имеющей скосы по ее концам, а в местах пересечения двух цилиндрических поверхностей выполнены площадки, перпендикулярные образованным от пересечения двух боковых поверхностей ребрам, и на каждой площадке размещена пластина, имеющая в плане форму расходящихся полос из центра схождения более двух сходящихся наружных пуансонов, перекрывающая полосами зазоры между сходящимися наружными пуансонами и перекрывающая концами полос скосы на концах средства перекрытия зазора между двумя наружными пуансонами, выполненными в виде части кольца.2 24. Установка по пп.21 23, отличающаяся тем, что средства для перекрытия зазоров между боковыми поверхностями наружных пуансонов контактируют с соответствующими поверхностями наружных пуансонов через электроизолирующие прокладки, при этом наружные пуансоны электроизолированы один от другого.2 25. Установка по пп.21 24, отличающаяся тем, что средства для перекрытия зазоров выполнены из высокопрочного электроизоляционного материала, например композитна на основе борных волокон.2 26. Установка по пп.1 3, 21 25, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности эластичной оболочки в местах, соответствующих расположению средств перекрытия зазоров наружных пуансонов, выполнены углубления, соответствующие по форме средствам перекрытия зазоров.2 27. Установка по пп. 21 23, отличающаяся тем, что часть средств для перекрытия зазоров между боковыми поверхностями наружных пуансонов закреплена в углублениях, выполненных на внутренней поверхности эластичной оболочки.2 28. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что в корпусе в месте разъема его частей на каждой из них выполнены цилиндрические расточки, соосные между собой и со сферической полостью, в которых размещено средство уплотнения зазоров между частями корпуса, состоящее из двух частей, каждая из которых представляет собой кольцо, по существу, треугольного сечения, при этом наружная цилиндрическая поверхность каждого кольца контактирует с цилиндрической поверхностью расточки, а торцевая поверхность каждого кольца лежит в плоскости разъема частей корпуса и контактирует с торцевой поверхностью другого кольца.2 29. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что на плоскостях разъема каждой части корпуса между сферической полостью корпуса и наружной поверхностью корпуса перпендикулярно плоскости разъема и соосно между собой выполнены расточки, соединенные каналами с первичными камерами давления, с размещенными в них обратными клапанами, которые при работе установки обеспечивают переток рабочей среды из одной полости первичного давления в другую, а при разъеме частей корпуса перекрывают канал сообщения между камерами первичного давления.2 30. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что в частях эластичной оболочки в средстве перекрытия зазора между более двух наружных пуансонов и в части корпуса по оси, перпендикулярной плоскости разъема, выполнены отверстия, в которых электроизолированно от корпуса размещены полые стержни с буртами в полостях первичного давления, закрепленные снаружи корпуса, и внутренняя полость одного из стержней подсоединена к средству охлаждения для подачи охлаждающей среды через полость стержня в зазоры между наружными и внутренними пуансонами, а полость другого стержня служит для слива охлаждающей среды, при этом сами стержни являются электровводами, подсоединенными одним концом к источнику нагрева, а другим концом к контактам, выполненным в частях эластичной оболочки, образуя цепь нагрева через электровводы, контакты в частях эластичной оболочки, наружные пуансоны, контакты в изолирующих прокладках между наружными и внутренними пуансонами, внутренние пуансоны и нагреватель в деформируемом контейнере.2 31. Установка по пп. 1 3, отличающаяся тем, что в корпусе по оси, перпендикулярной плоскости разъема, выполнено отверстие, в котором концентрично установлены с зазором относительно друг друга два полых стержня, электроизолированных друг от друга и от корпуса, имеющие бурты в полости первичного давления и закрепленные на части корпуса, причем полость внутреннего стержня и сливная полость, образованная зазором между стержнями, сообщенные через отверстия в эластичной оболочке с зазорами между наружными и внутренними пуансонами, подключены к средству охлаждающей среды, а сами стержни являются электровводами, подключенными с одной стороны к источнику нагрева, а с другой стороны к контактам в эластичной оболочке, образуют цепь нагрева через электровводы, контакты в эластичной оболочке, наружные пуансоны, контакты между наружными и внутренними пуансонами, внутренними пуансонами и нагревателем в деформируемом контейнере.2 32. Установка по пп.30 и 31, отличающаяся тем, что она снабжена источником сжатого газа, подключенным с помощью управляемых обратных клапанов к полости стержня, служащей для подачи охлаждающей среды, а на сливе из полости другого стержня установлен управляемый запорный клапан.2 33. Установка по пп.30 32, отличающаяся тем, что в магистрали, соединяющей источник охлаждающей среды с полостью стержня для подачи охлаждающей среды, установлено приспособление для контроля наличия охлаждающей среды с электрическим выходом сигнала и учета ее расхода с электрическим выходом сигнала, пропорциональным расходу охлаждающей среды, а также термометром с электрическим выходом сигнала, пропорциональным температуре охлаждающей среды, а в магистрали для слива установлен термометр с электрическим выходом сигнала, пропорциональным температуре охлаждающей среды при ее сливе.2 34. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что источник рабочей среды для создания давления в первичной камере выполнен регулируемым по производительности и снабжен датчиком давления с электрическим выходом сигнала, пропорциональным величине давления в первичной камере, и средством для понижения давления в камере первичного давления.2 35. Установка по п.34, отличающаяся тем, что в качестве средства для понижения давления в камере первичного давления использован сам источник первичного давления, выполненный в виде реверсивного насоса.2 36. Установка по пп.1 3 и 34, отличающаяся тем, что источник рабочей среды выполнен в виде одно- или многоходового мультипликатора, при этом в случае выполнения источника рабочей среды в виде одноходового мультипликатора средство для понижения давления установлено на магистрали, соединяющей мультипликатор с источником рабочей среды с низким давлением, а при многоходовом мультипликаторе установлен в магистрали, соединяющей мультипликатор с камерой первичного давления.2 37. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что источник нагрева, присоединенный к силовым электровводам, снабжен средствами измерения напряжения, силы тока и мощности, обеспечивающими регулирование температуры нагрева обрабатываемого материала в деформируемом контейнере.2 38. Установка по п.37, отличающаяся тем, что источник нагрева снабжен средством регулирования частоты тока.2 39. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что она снабжена системой управления, содержащей электрически связанные между собой блок управления величиной давления в первичной камере давления, соединенный с датчиком давления источника рабочей среды и с самим источником рабочей среды, блок управления нагревом, соединенный с источником нагрева и со средствами измерения напряжения, силы тока и мощности в цепи нагрева, а при наличии термопар в деформируемом контейнере выводы упомянутых термопар через измерительные электровводы также подключены к блоку управления нагревом, блок управления средством охлаждения внутренних и наружных пуансонов, соединенный с электрическими выходами расходомеров, термометров и самим средством охлаждения, при этом блоки управления нагревом и охлаждения связаны между собой обратной связью, обеспечивая автоматическое и программное управление установки в процессе обработки материала.2 40. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что средство для удержания частей корпуса при подаче рабочей среды в камеру первичного давления выполнено в виде кольца с сечением в форме скобы, причем в верхней части корпуса в месте его разъема выполнен кольцевой выступ, а в нижней части корпуса впадины, расположенные симметрично по кольцевой поверхности нижней части корпуса и соответствующие выступам, выполненным на внутренней поверхности кольца, обеспечивающие при повороте кольца байонетное соединение, при этом средство снабжено приспособлением для поворота кольца вокруг своей центральной оси, подъема и перемещения кольца совместно с верхней частью корпуса.2 41. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что средство для удержания частей корпуса при подаче рабочей среды в камеру первичного давления выполнено в виде двух одинаковых полуколец, каждое из которых имеет в сечении форму скобы, а в верхней и нижней частях корпуса в месте его разъема выполнены кольцевые выступы, которые охвачены полукольцами, при этом имеется привод, соединенный с обоими полукольцами, обеспечивающими их разъединение с частями корпуса либо путем их возвратно-поступательного перемещения, либо возвратно-поворотного перемещения относительно оси (осей), расположенных на периферии полуколец.2 42. Установка по пп. 1 3, отличающаяся тем, что каждая из частей корпуса выполнена в виде полуцилиндра, цилиндрические поверхности которого с обоих торцов охвачены двумя кольцами, являющимися средством для удержания частей корпуса при подаче рабочей среды в камеру первичного давления, при этом кольца снабжены приводом их возвратно-поступательного перемещения относительно вертикальной оси корпуса.2 43. Установка по п.42, отличающаяся тем, что части наружной поверхности корпуса и внутренняя поверхность каждого кольца выполнены коническими с одинаковым углом конусности, обеспечивающим при соединении плотный контакт по коническим поверхностям и по плоскости разъема частей корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27