Brevet FR2287266A1 — publié le 19760507

La présente invention concerne l'appareillage pour la création de hautes pressions, en cor.bi-naison avec des températures élevées, et peut être utilisée pour le traitement des matériaux par pression, dans le but de conférer à ceux-ci des propriétés irréversibles variées, par exemple, pour la synthese des matériaux superdurs, ainsi que pour l'accomplissement des études différentes sous hautes pressions et hautes températures. On connaît des appareils à poinçons multiples, pour une haute pression et une température élevée, dont le volume de travail est limité par un polyèdre régulier, formé par les surfaces frontales des poinçons réalisés sous forme des pyramides tronquées, qui sont disposées dans l'espace de sortie de manière que leurs axes se croisent dans un centre commun. En état initial, il existe un faible jeu entre les faces latérales des poinçons, qui assure la possibilité de déplacement des poinçons le long de leurs axes, vers le centre commun susindiqué sous l'aation des forces appliquées aux poinçons pour la compression du contenu du volume de travail. le taux de compression du contenu du volume de travail et, par conséquent, la grandeur de la pression créee dans le volume de travail, sont déterminées dans les appareils similaires non par la. grandeur du rapprochement possible des poinçons, mais par l'épaisseur du joint assurant l'étanchement sdr du volume de travail.Dans ces appareils connus, le joint d'étanchéité se forme lors du rapprochement des poinçons, grâce à l'écoulement du matériau porte-échantillonXdepuis le volume ti travail à travers le jeu entre lee Iaces latérales des poinçons. L'étanchement sflr du volume de travail, à l'aide du joint similaire, ne sera assuré qu'avec une épaisseur tres petite du Joint (quelques dixièmes de millimètre), obtenue seulement à la fin du rapproches ent des poinçons. la petite épaisseur du joint d'étanchéité limite le taux de com;!ression du contenu du volume de travail et, par conséquent, la valeur de la pression crée.L'influence de cette limitation est surtout sensible dans les appareils aux grands volumes de travail, qui se manifeste en diminution de la valeur possible des pressions obtenues avec augrlentation du volume de travail. En outre, dans le matériau des joints similaires et dans le matériau des poinçons entrant en contact avec le joint, il y a toujours une zone de grande différence de pression, entre celle du volume de travail et la pression atmosphérique. C1 est l'une des causes de la destruction des poinçons et du fonctionnement instable de l'appareil, surtout en présence de hautes pressions et de hautes températures, qui se manifeste en éjection momentanée du contenu du volume de travail. Le but de l'invention consiste à supprimer les inconvénients susmentionnés. l'on s'est proposé de changer le système d'étanchement dans l'appareil à poinçons multiples, pour une haute pression et une température élevée de façon à assurer la variation progressive de la pression à partir de celle de service dans le volume de travail jusqu'à la pression atmssphérique. le problème posé est résolu à l'aide de l'appareil à poinçons multiples pour une haute pression et une température élevée, comportant des poinçons sous forme des pyramides tronquées, dont la petite base se rapproche au cours du fonctionnement de l'appareil, en réduisant son volume detravail, ce volume de travail étant limité par un polyèdre, conformément à l'invention, sur les secteurs des faces latérales des poinçons se joignant à la petite base de la pyramide sont pratiquée des cavités, orientées le long des côtés de la petite base de la pyramide et forment, dans l'appareil assemblé, des canaux annulaires remplis d'un matériau d'étanchéité, plastique, diélectrique. Cette solution technique permet d'augmenter, notablement, les pressions obtenues dans le volume de travail, grâce à la création de la résistance à l'écoulement du matériau, qui subit la compression, à travers les jeux entre les poinçons, aussi bien que Trace à l'accroissement de la capacité port mtv u matériau des poinçons soutenue par la pression dans le matériau ' ' étancl^.éité. Dans l'appareil à poinçons multiples, selon une autre variante de réalisation de la presellte invention, les cavités pecitès sont r-alisées sous forme des rainures exécutées parallèlerent aux côtés de la petite basé de la pyramide, de sorte que la section du canal formé par les rainures des poinçons, adhérant l'un à l'autre, est décrite par des courbes lisses. Cette modification de l'appareil conformément à l'invention permet, à son tour, d'assurer l'écoulement doux du matériau d'étanchéite, avec abaissement progressif de la pression dans celui-ci, à partir de la pression de service jusqu'à la pression atmosphérique. il est avantageux qu'entre les poinçons voisins soient formés quelques canaux parallèles successifs, les secteurs de ré trécissement dans les jeux entre les canaux de ces t poinçons ayant des valeurs différentes. Plusieurs canaux successifs, selon la modification indiquée de la Irésente invention, permettent d'utiliser d'une manière optimale les propriétés des matériaux, ordinairement peu plastiques, grâce à l'augmentation de leur plasticité lors de la création d'une certaine contre-pression de l'un des matériaux par l'autre, se trouvant dans le canal voisin, éloigné du volure de travail. Dans l'appareil à poinçons multiples, selon une autre variante de réalisation de l'invention, les cipaux formés entre les poinçons voisins pyramidaux, dans chaque jeu séparé entre les poinçons, sont remplis avec des matériaux d'étanchéité aux caractéristiques de compressibilité et ces coefficients de frottement intérieur, différents, de sorte qu'au fur et à mesure de l'éloignement du volure de travail, le coefficient de frottement intérieur du matériau d'étanchéité diminue. Et, enfin, un autre perfectionnement de l'appareil à poinçons multiples, permet d'obtenir un écoulement, encore plus doux, du matériau d'étanchéité à travers les jeux entre les poinçons pyramidaux. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée, plus en détails, par la description de l'un des exemples rie a réalisation avec les références ru dessin annexé, sur lequel e-t montré chématiquement l'appareil à poinçons multiples pour une haute pression et une température élevée selon l'invetion (coupe transversale). L'appareil à poinçons multiples pour une haute pression et une température élevée a un volume de travail 1 sous forme d-'un polyèdre régulier formé par les petites bases des poinçons 2, exécutés sous forme des pyramides tronquées et disposés dans l'espace de sorte que leurs axes se croisent à un point commun. Le nombre de poinçons 2 est déterminé par le nombre voulu de faces du polyèdre du volume de travail 1. Bur le dessin est représenté l-tappareil avec le volume de travail 1 sous forme dun cube et, par conséquent, avec six poinçons pyramidaux 2. bur les surfaces latérales des poinçons 2 sont pratiqués des cavités 3 dont les génératrices sont parallèles aux bases des poinçons 2. Les cavités 3 sont remplies, partiellement ou complètement, avec du matériau plastique formant les joints d'étanchéité 4, 5. Dans l'appareil assemblé, ces cavités forment des canaux qnnulaires. Lors du rapprochement réciproque des poinçons 2, sous l'action des forces appliquées à ceux-ci, chaque matériau d'étanchéité 4 est expulsé de l'enceinte forgée par les cavités 3, dans la direction vers la périphérie de l'appareil, à travers les jeux A et B entre les saillies du profil sur les surfaces latérales des poinçons. La pression créée à ce moment dans le matériau de chaque joint d'étanchéité 4 est déterminéepar la pression créée dans le joint de périphérie voisin 5, vers lequel est expulsé le matériau du joint envisagé, par la valeur du jeu A ou B entre les saillies du profil sur les surfaces latérales des poinçons, à travers lequel il se produit l'expulsion du matériau et aussi par le matériau de chaque joint.En modifiant les jeux A et B et en changeant les matériaux d'étanchéité 4 et 5, il est possible d'obtenir dans le joint 4, se trouvant en contact direct avec le volume de travail 1, une pression assurant l'étanchement du volume de travail dès le début de rapprochement des poinçons 2 en alliage dur, et non pas à la fin de la course de compression, comme dans les anciens appareils connus. C'est pourquoi, dans les appareils de l'invention il est assuré la possibilité d'obtention d'un taux de compression du contenu du volume de travail, plus grand, et, par conséquent, la possibilité d'obtention des pressions plus élevées, par rapport aux anciens appareils à poinçons multiples de même type. la réduction de la pression depuis la pression de service jusqu'à celle qtmosphérique, suivant le jeu des joints d'étanchéité 4, 5, avec gradient de pression relativeLent faible, assure le soutien efficace au matériau des poinçons 2, qui permet de supporter sans destruction ltapparition d'une pression élevée dans le volume de travail. A ce moment, il est assuré la stabilité accrue de fonctionnement de l'appareil sous hautes pressions en combinaison avec des températures élevées. Selon la valeur de la pression dans le volume de travail, le volume de travail 1 est rendu étanche par un ou par quelques rangées de joints d'étanchéité 4, 5. Les appareils à poinçons multiples, selon la présente invention, à la différence des appareils à poinçons connus, assurent la possibilité d'obtention dans le volume de travail (plus de 200 cm3) d'une pression et d'une température nécessaires pour la synthèse du matériau polycristallin de diamant du type carbonado (pression 90 kb). En tant que matériau d'étanchéité, on peut utiliser certains matériaux argileux avec coefficient de frottement intérieur de 0,2-- 0,4. présent, on utilise, le plus fréquemment, la pierre d'algue (catlinite) et lue pyrophyllite, en blocs et sous forme des matériaux de composition produits à la base de leurs poudres. Le contour doux de la section transversale des cavités sur les faces latérales des poinçons pyramidaux 2 contribue à l'obtention dans le matériau d'étanchéité d'une réduction progressive de la pression, dans la direction depuis le volume de travail de l'appareil vers sa périphérie et, par celà-meme, à l'écoulement monotone, sans éjections brusques, du matériau d'étanchéité au cours du rapprochement des poinçonu 2. La valeur de r contre-pression, lors de l'écoule ent du matériau d'étanchéité choisi, dépend, essentiellement, de la valeur des jeux X et B entre les saillies du profil sur les faces latérales des poinçons 2. La valeur de la contre-pression, pour le matériau d'étanchéité choisi dans chaque cas particulier, ne doit pas être inférieure une certaine valeur assurant la plasticité nécessaire du matériau d'étanchéité. I1 est à noter que la réduction progressive de la pression dans le matériau d'étanchéité, depuis la pression de service jusqu'à la pression tmosphérique, peut être obtenue, plus facilement, en remplissant quelques canaux parallèles, qui se forment entre les faces latérales des poinçons pyramidaux, avec des matériaux d'étanchéité différents, aux caractéristiques de compressibilité et aux coefficients de frottement variés, de sorte qu'au fur et à mesure de l'éloignement du volume de travail le coefficient de frottement intérieur du matériau sus-mentionné diminue. Bien entendu, l'invention ntest nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS i. Appareil à poinçons multiples pour une haute pression et une température élevée, comportant des poinçons sous forme des pyramides tronquées, dont les petites bases se rapprochent aux cours du fonctionnement de l'appareil en réduisant son volume de travail, formé par un polyèdre, caractérisé en ce que dans les secteurs des faces latérales des poinçons adhérant à la petite base de la pyramide, sont pratiquiB des cavités qui passent le long des côtés de la petite base de la pyramide et forment, dans l'appareil assemblé, des canaux annulaires remplis avec du matériau d'étanchéité plastique, diélectrique. 2. appareil à poinçons multiples, conformément à la revendication 1, caractérisé en ce que les dites cavités sont constituées par des rainures exécutées parallèlement aux côtés de la petite base de la pyramide de sorte que la section du canal formé par les rainures des poinçons, adhérant l'un à l'autre, est décrite par des courbes lisses. 3. appareil à poinçons multiples, conformément aux revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'ventre les poinçons voisins il y a plusieurs canaux parallèles sutcessifs, les secteurs de rétrécissement dans les jeux entre canaux de ces poinçons ayant des valeurs différentes. 4. Appareil à poinçons multiples, conformément à l'une queXcenque -- - des revendications 1 - 3 , caractérisé en ce que les canaux formés entre les poinçons pyramidaux voisins sont remplis, dans chaque jeu entre les deux poinçons, avec des matériaux d'étanchéité, aux caractéristiques de compressibilité et coefficient de frottement intérieur variés, de sorte qu'au- fur et à mesure de l'éloignement du volume da travail le coefficient de frottement intérieur du matériau d'étanchéité diminue.