Установка объёмного сферического обжатия материалов взрывом

Полезная модель относится к устройствам, обеспечивающим синтеза алмаза воздействием на материал высоким давлением и температурой и может быть использована для серийного получения алмазных порошков, синтетических промышленных и ювелирных алмазов, и других сверхтвердых материалов.
Установлено что в природных условия синтез алмаза происходит при температуре Т=1400°С и давлении Р=55000 ата. и известна методика синтеза искусственных алмазов приближенная к синтезу в естественных условиях, однако она требует длительного от 4-х до 10 дней воздействия на заготовку.
Известен способ взрывного синтеза, обеспечивающий получение искусственного камня за счет детонации взрывчатых веществ и последующего охлаждения после взрыва, при этом получаются мелкие кристаллы, но способ приближен к естественному образованию минералов.
Известно устройство реализующее способ детонационного синтеза алмаза воздействием ударной волны ВВ, содержащее взрывную камеру, в которой выполнены горловины загрузки и выгрузки материалов, снабженные крышками с элементами запирания и герметизации (заявка РФ №94010129, опубл. 10.01.96, бюл. 1).
К недостаткам известного устройства относится невозможность создания высокого давления и температуры, сравнительно невысокая надежность крепления и герметизации крышки резьбовыми соединениями, требующими длительного времени на их сборку и разборку, что не обеспечивает получения более качественной продукции и не обеспечивает высокой производительности процесса.
Известно устройство для детонационного синтеза алмаза, содержащее взрывозащитную камеру с горловинами загрузки и выгрузки, снабженными запорными крышками, закрепляемые резьбовыми соединениями которые не обеспечивают высокую прочность, надежную герметизацию полости камеры и возможность создания максимальных давления и температуры, а так же быструю сборку и разборку соединений для перезагрузки камеры при серийном изготовлении партий алмазосодержащей шихты (заявка Великобритании №1348465, МПК В01J 3/00, приоритет Японии 18.05.71).
Известна взрывная камера реализующая способ нагрева графитового порошка в капсуле термитной шашкой и созданием на него импульсного динамического механического давления ударником, приводимым в движение взрывом заряда ВВ (патент РФ №2265575), однако она не обеспечивает условий для эффективного и качественного синтеза.
В известных устройствах используется только кратковременная динамическая энергия ударной волны, при этом давление продуктов взрыва заряда ВВ значительно снижается в увеличенном объеме камер и не обеспечивает длительное воздействие на обжимаемый материал высокими давлением и температурой, что снижает возможность получения высококачественной продукции.
Известно устройство для взрывного обжатия материалов, содержащее камеру и цилиндрический заряд ВВ, в центре которого аксиально размещен обжимаемый материал, однако оно характеризуется непрочной, сложной конструкцией для фокусирования энергии взрыва цилиндрического заряда и не обеспечивает возможность создание высокого давления на обжимаемый материал (патент РФ №2497581).
Известно, что максимально прочным с минимальным весом и выдерживающим высокое внутреннее давление является сосуд или камера сферической формы и, обеспечивающим при взрыве достижение максимального удельного давления, является так же заряд ВВ сферической формы.
Известно так же что имплозивная сходящаяся к центру ударная волна ВВ обеспечивает достижение в центре максимальных давления и температуры.
При создании полезной модели ставились задачи - обеспечить при объемном сжатии заготовки взрывом создание максимального давления и температуры наиболее близким к условиям синтеза природного алмаза, упрощение конструкции и повышение прочности камеры, использование более прочного и быстроразъемного соединения для соединения частей камеры и повышение герметичности полости камеры.
Задачи решены тем, что камера установки выполнена из половин-частей и содержит устройство для их соединения и удержания в собранном состоянии, при этом внутренние полости частей выполнены полусферическими, в полости установлен, состоящий из двух частей-полусфер, заряд ВВ, в шаровой полости заряда установлена заготовка материала для обжатия.
Камера может быть выполнена из двух половин-полусфер рабочие полости которых выполнены сферическими и при соединении образуют шаровую полость, при этом заряд ВВ так же выполнен сферическим и разъемным на две части, в образованной частями шаровой полости размещается заготовка материала для обжатия.
Для соединения и герметизации полусфер камеры используется высокопрочное бесфланцевое винтоклиновое быстроразъемное соединение по патенту РФ №172148, которое в отличие от фланцевых болтовых соединений, используемых в известных камерах обеспечивает высокую прочность и быстрое соединение и разъединение половин камеры при перезагрузке. Для обеспечения надежной герметизации полости камеры с целью исключения падения давления при взрыве заряда используется ниппельное соединение, обеспечивающее высокую степень герметичности.
На фиг. 1 изображена общий вид камеры в сборе, на фиг. 2 камера (разрез), где 1 - верхняя полусфера камеры, 2 - нижняя полусфера камеры, 3 - винтоклиновое соединение, 4 - полусфера заряда ВВ, 5 - заготовка для прессования.
Камера может быть выполнена из двух частей имеющих наружную цилиндрическую или прямоугольную форму, при этом их внутренние полости так же выполнены полусферическими и при соединении образуют шаровую полость, при этом удержание камеры при взрыве в сомкнутом состоянии осуществляется только прессом, например гидравлическим.
Для повышения качества синтеза до взрыва заряда ВВ может осуществляться обжатие (подпрессовка) заряда и заготовки уменьшением объема камеры в осевом направлении, для чего торцы частей полусфер снабжены кольцевыми цилиндрическими поверхностями - охватываемой и охватывающей для обеспечения осевого сближения полусфер и уменьшения внутреннего объема при воздействии усилия пресса.
Для снижения потерь тепла и подвода дополнительного тепла для повышения эффективности и качества синтеза камера может быть снабжена теплоизоляционным покрытием и нагревателем, например электрическим или индукционным.
В отличие от известных установок для синтеза алмазов заявленное устройство реализует новый способ создания максимальных давления и температуры имплозивным воздействием продуктов взрыва ВВ на материал заготовки находящейся в центре, обеспечивающий ее объемное обжатие сферически симметричной сходящейся ударной волной. При взрыва заряда ВВ размещенный внутри него материал для сжатия, например, графит для синтеза алмаза, подвергается имплозивному статическому обжатию давлением и нагревается высокотемпературными продуктами взрыва, при этом обеспечивается длительность процесса с сохранением давления и температуры продуктов взрыва.
Изготовление пороховых полусфер можно производить прессованием, при этом увеличивается плотность пороха и увеличивается его удельная мощность.
В качестве заряда ВВ может быть использован газопаровой заряд по патенту №177942 обладающий повышенной удельной мощностью и окислительной способностью.
3
Вода, размещенная в одном объеме с обычным зарядом ВВ и заготовка для синтеза, при инициализации заряда подвергаются имплозивному импульсному обжатию, при этом вода проходит через критическую точку характеризующуюся критическими значениями температуры, давления и плотности Т=373,75 С, Р=22,060 МПа, плотность 322 кг/м, ее объем уменьшается в 3 раза и сверхкритическая вода становится сильным окислителем, нейтрализуя ядовитые продукты взрыва и их отрицательное воздействие на графит и добавки при синтезе искусственных алмазов и обеспечит повышение их качества.
Установка характеризуется высоким коэффициентом полезного действия, обеспечивает сокращение цикла синтеза и выход более качественной продукции, что обеспечивает повышение производительности труда, увеличение объема выпускаемой продукции, и снижение ее себестоимости.