Электронагреватель для камер высокого давления и способ его изготовления

 

6. (72) Авторы мзобретемия .

А.В. Довбня и В.И. Бугаков

Ордена Трудового Красного. Знамени институт физики высоких давлений AH СССР, (Vl) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ КАНЕР ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть;использовано для изготовления электронагревателей, используемых в камерах высокого давления, которые в свою очередь используют при изготовлении алмазного-инст- 5 румента или высокопрочных порошковых материалов методом горячего прессования под высоким давлением.

Известно изготовление электронагревателей для камер высокого давления из смеси графита с тугоплавкими, . электроизопяционными материалами, обладающими повышенным тепловым и электрическим сопротивлением (1.).

Однако постоянство данных характе- ристик по всему объему электронагревателя обуславливает нежелательное смещение эоны максимального разогрева в среднюю часть нагревателя. При

20 расположении электронагревателей по обе стороны реакционной зоны температура в центре реакционной зоны будет меньше, чем в средней части нагрева2 теля. Таким образом,. для достижения заданной температуры в центре реакционной эоны необходимо иметь температуру в средней части нагревателя выше на величину перепада температуры между средней частью йагревателя и центром реакционной зоны. Чем дальше максимальная температура в нагревателе от центра реакционной эоны, тем больше перепад температур необходимо создавать. Увеличение температуры в зоне максимального разогрева электронагревателей ведет к уведичению потребляемой мощности и черезмерному разогреву поршней камеры высокого давления.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является электронагреватель для камер высокого давления, со" с держащий токоподводящую и тепловыделяюшую части из графитсодержащего материала (2 3.

Цель изобретения - повышение стаго бильности электрических и тепловых параметров нагревателя.

Поставленная цель достигается тем, что в известном электронагревателе токоподводящая часть выполнена из сме-. си порошка графита, металлического порошка с размерами частиц 10-100 мкм, температура плавления которого не менее чем на 150 С выше рабочей температуры кзмеры, и электроизоляционного материала при следующем соотношении компонентов, об. 4:

Графит 10-20

Металлический порошок 10-20

Электроизоляционный материал Остальное а тепловыделяющая часть выполнена из смеси порошка графита и электроизоляционного материала при следующем соотношении компонентов, об. 3:

Графит 10-20

Электроизоляционный материал Остальное

Причем в способе изготовления предлагаемого нагревателя первоначально производят засыпку материала токоподводящей части на высоту, равную 0,250,65 общей высоты засыпки, и прессование обеих частей производят при давлении 1,0- 1,5 кбар.

На фиг. 1 дана схема частей нагревателя и расположения их в камере высокого давления; .на фиг. 2 - характер распределения температур вдоль оси камеры высокого давления, где a - для нагревателя, изготовленного по предлагаемому способу с металлической добавкой; б - для нагревателя, изготовлен4О

3 98406

Этот нагреватель изготавливается путем засыпки материала токоподводящей и тепловыделяющей частей в прессформу и формирования нагревателя прессованием.

Существенным недостатком известного нагревателя являются относительно низкие тепло- и электросопротивления графита по всему объему нагревателя.

Ввиду однородности состава нагревате- ð ля наблюдается значительный перепад .температур между средней частью нагревателя и центром реакционной зоны, что вызывает увеличение контактных температур между поршнями и нагревателями из-за создания в центре нагревателя температуры выше температуры в реакционной зоне на величину перепада.

2 4 ного без металлической добавки при тех же параметрах.

В камере 1 высокого давления (фиг. 1) размещена в теплоиэолирующей обойме 2 токоподводящая часть нагревателя 3 и тепловыделяющая часть нагревателя. 4. Между нагревателями расположена реакционная зона 5, а нагреватели контактируют с поршнями 6. Изготовление электронагревателей производят путем последовательной засыпки смесей в пресс-форму холодного прессования и подвергают прессованию 1,01,5 кбар.

Благодаря добавке металлической компоненты, имеющей на несколько порядков меньше электросопротивление по сравнению с графитом, при почти равном тепловом сопротивлении основная доля тепловыделения происходит в контактирующей с реакционной зоной части электронагревателя, что способствует смещению области максимальных температур к. центру реакционной камеры и уменьшению разогрева поршней камеры высокого давления, снижению потребляемой мощности разогрева.

Токоподводящая часть после холод" ного прессования 1,0-1,5 кбар составляет 0,3-0,75 высоты нагревателя ввиду того, что менее 0,30 дает недостаточный перепад температур между поршнями и зоной максимального разогрева, больше 0,75 влечет за собой уменьшение основной тепловыделяющей части нагревателя или увеличение камеры высокого давления. Содержание металлического порошка в количестве 10-20 об. 3 объясняется тем, что меньше 1О об. 3 недостаточно для значительного повышения электропроводности, больше

20 об. 4 способствует увеличению теплопроводности и тем самым уменьшает перепад температур между поршнями и центром тепловыделяющей части нагревателя.

Для стабильности электросопротивления и теплопроводности и равномерного разогрева электронагревателя частицы металлического порошка должны быть соизмеримы с частицами электро- . изоляционного материала, что составляет 10- 100 мкм для предотвращения изменения электросопротивления нагревателя в процессе его работы, части цы металлического порошка не должны расплавляться и пропитывать тепловыделяющую часть, поэтому температура плавления металлического порошка должФормула изобретения

10-20

5 9840 на быть не менее чем 15п С выше рабочей температуры в камере.

Содержание графита менее 10 об. недостаточно для постоянства электрических постоянных по всему обьему электронагревателя, больше 20 об. снижает эффективность тепловыделяющей части и повышает теплопроводность токоподводящей части, что нежелательно. ю

Пример. Для токоподвоф щей части берут 20 г графита, 60 г порошка сплава меди с никелем с размером частиц 10-30 мкм с Т„„ 1150 С и 165 r катлинита, что соответствует 10 об. 6 графита, 10 об. сплава меди с никелем и 80 об. 4 катлинита.

Для тепловыделяющей части берут

49 r графита и 504 г катлинита, что соответствует 10 об. 4 графита и 20

90 об. ь катлинита.

Нагреватель готовят путем последовательной засыпки нагревательной смеси сначала токоподводящей, а затем тепловыделяющей частей в пресс-Форму хо- 25 лодного прессования и прессуют до давления 1,0-1,5 кбар. Общая высота нагревателя 50 мм, токоподводящая часть составила 15 мм.

Готовят два нагревателя 95 мм. Со- щ бранные и помещенные в камеру высокого давления типа цилиндр-поршень электронагреватели с реакционной зоной в теплоизолирующей обойме подвергают давлению 8 кбар. Затем пропускают электрический ток через нагревательные элементы и реакционную ячейку мощностью 15 кВт в течение 7.мин. Температура в реакционной ячейке 1000 С.

Температура поршней после нагрева ш1

350 С.

Предложенная конструкция и способ изготовления электронагревателей для камеры. высокого давления позволяет улучшить теплоэлектрические свойства нагревателя, значительно снизить (на

25-303) потребляемую мощность электрического тока для разогрева реакционной зоны за счет снижения максимальной температуры в нагревателе, смещению ее к реакционной зоне, уменьшения теплоотвода, снижение нагрева поршней камеры высокого давления. Повышается

62 4 работоспособность поршней за счет повышения стойкости стальных поршней в

3.-4 раза.

1. Электронагреватель для камер высокого давления, содержащий .токоподводящую и тепловыделяющую части из графитсодержащего материала, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности электрических и . тепловых параметров нагревателя, токоподводящая часть выполнена из смеси порошка графита, металлического порошка с размерами частиц 10-100 мкм, температура плавления которого не менее чем на 150ОС выше рабочей температуры камеры, и электроизоляционного материала при следующем соотношении компонентов, об.

Графит „ 10-20

Металлический порошок

Электроизоляционный материал Остальное, а тепловыделяющая часть выполнена из смеси порошка графита и электроизоля" ционного материала при следующем соотношении компонентов, об.

Графит 10-20

Электроизоляционный материал Остальноб

2. Способ изготовления электронагревателя для камер высокого давления, при котором материал токсподводящей и тепловыделяющей частей засыпают в пресс-форму и формируют нагреватель прессованием, отличающийся тем, что первоначально производят засыпку материала токоподводящей части на высоту, равную 0,25-0,65 общей высоты засыпки, и прессование обеих частей производят при давлении 1,01,5 кбар.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

И 550770, кл. Н 05 В 3/14, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

N 503382, кл. В 01 J 3/00, 1974,