JPH0699052A - 超高圧高温装置 - Google Patents
超高圧高温装置Info
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- JPH0699052A JPH0699052A JP33751891A JP33751891A JPH0699052A JP H0699052 A JPH0699052 A JP H0699052A JP 33751891 A JP33751891 A JP 33751891A JP 33751891 A JP33751891 A JP 33751891A JP H0699052 A JPH0699052 A JP H0699052A
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Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素の合成、ダイ
ヤモンド結晶の育成、およびダイヤモンド、立方晶窒化
ホウ素の焼結体を製造する場合等に用いられる超高圧高
温装置の提供。 【構成】一対の対向ピストンおよびこのピストン間に整
列配置された筒状内壁を有するシリンダーを有し、少な
くとも一方のピストンの進行によりシリンダー内壁内に
超高圧力を発生させ、また高温を発生させる超高圧高温
装置において、このシリシダーに軸方向の圧縮応力を付
加し、この際、圧縮応力をシリンダー材質のポアソン比
に応じて発生する軸方向応力以上でかつこの材質の強度
以下に設定したことを特徴とする超高圧高温装置。
ヤモンド結晶の育成、およびダイヤモンド、立方晶窒化
ホウ素の焼結体を製造する場合等に用いられる超高圧高
温装置の提供。 【構成】一対の対向ピストンおよびこのピストン間に整
列配置された筒状内壁を有するシリンダーを有し、少な
くとも一方のピストンの進行によりシリンダー内壁内に
超高圧力を発生させ、また高温を発生させる超高圧高温
装置において、このシリシダーに軸方向の圧縮応力を付
加し、この際、圧縮応力をシリンダー材質のポアソン比
に応じて発生する軸方向応力以上でかつこの材質の強度
以下に設定したことを特徴とする超高圧高温装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は例えばダイヤモンド、立
方晶窒化ホウ素の合成、ダイヤモンド結晶の育成、およ
びダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素の焼結体を製造する
場合に用いられる超高圧高温装置に関する。
方晶窒化ホウ素の合成、ダイヤモンド結晶の育成、およ
びダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素の焼結体を製造する
場合に用いられる超高圧高温装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンド合成などに用いられている
静的超高圧力の発生には、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔ
ｒｉｃ社が開発したいわゆるベルト型高圧高温装置が広
く工業的に用いられている。その他の種類の静的超高圧
力発生装置としては、ガードル型装置、マルチアンビル
装置、ピストン・シリンダー型装置が知られており、こ
れらの中で、ピストン・シリンダー型装置は、ピストン
の断面積とプレス荷重とから反応室内に発生させる圧力
を算出することができるので、正確な圧力制御に適した
装置であることが知られている。
静的超高圧力の発生には、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔ
ｒｉｃ社が開発したいわゆるベルト型高圧高温装置が広
く工業的に用いられている。その他の種類の静的超高圧
力発生装置としては、ガードル型装置、マルチアンビル
装置、ピストン・シリンダー型装置が知られており、こ
れらの中で、ピストン・シリンダー型装置は、ピストン
の断面積とプレス荷重とから反応室内に発生させる圧力
を算出することができるので、正確な圧力制御に適した
装置であることが知られている。
【０００３】ピストン−シリンダー型超高圧高温装置
は、米国のＧ．Ｃ．ケネディ教授による開発以来、研究
が続けられているが、装置の大型化にはまだ成功してお
らず、シリンダーの内径１インチが実用化された最大装
置と報じられいるものの、工業的に成功したとの報道は
ない。本発明は、従来の技術による装置が果たしえなか
った大型化と、シリンダーの耐用回数の増大とを可能と
した装置に関する。
は、米国のＧ．Ｃ．ケネディ教授による開発以来、研究
が続けられているが、装置の大型化にはまだ成功してお
らず、シリンダーの内径１インチが実用化された最大装
置と報じられいるものの、工業的に成功したとの報道は
ない。本発明は、従来の技術による装置が果たしえなか
った大型化と、シリンダーの耐用回数の増大とを可能と
した装置に関する。
【０００４】この種の従来の装置において、シリンダー
用の材料としては、１５％程度のＣｏを含む超硬合金が
一般に用いられており、ダイヤモンド合成に必要な５５
ｋｂの圧力を反応室内に発生する際には、５５ｋｂの圧
力によってシリンダー内に生じる、ポアソン効果による
上下方向の引張応力にほぼ相当する圧縮荷重が、シリン
ダーの上下端面に加えられ、シリンダーの破損防止が計
られている。
用の材料としては、１５％程度のＣｏを含む超硬合金が
一般に用いられており、ダイヤモンド合成に必要な５５
ｋｂの圧力を反応室内に発生する際には、５５ｋｂの圧
力によってシリンダー内に生じる、ポアソン効果による
上下方向の引張応力にほぼ相当する圧縮荷重が、シリン
ダーの上下端面に加えられ、シリンダーの破損防止が計
られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ケネディ教授による装
置はこのような構成を採ることによってダイヤモンド合
成が可能にしている。しかしこの装置ではシリンダー材
料の強度限界を越えた範囲を外部からの加圧によって補
償し、補強するという思想に基づいており、液圧プレス
の能力の許す範囲内で、反応室の加圧断面積をできるだ
け大きくとるために、必要最低限の荷重をシリンダーの
補強に用いる設計となっている。従ってシリンダーは耐
圧限界ぎりぎりの条件において繰返し加圧操作を受ける
こととなり、このため、シリンダーの耐用回数は十分な
配慮がなされない限り１００回以下に過ぎず、経済的な
合成装置とはなり得ず、また装置の大型化が不可能であ
った。
置はこのような構成を採ることによってダイヤモンド合
成が可能にしている。しかしこの装置ではシリンダー材
料の強度限界を越えた範囲を外部からの加圧によって補
償し、補強するという思想に基づいており、液圧プレス
の能力の許す範囲内で、反応室の加圧断面積をできるだ
け大きくとるために、必要最低限の荷重をシリンダーの
補強に用いる設計となっている。従ってシリンダーは耐
圧限界ぎりぎりの条件において繰返し加圧操作を受ける
こととなり、このため、シリンダーの耐用回数は十分な
配慮がなされない限り１００回以下に過ぎず、経済的な
合成装置とはなり得ず、また装置の大型化が不可能であ
った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明においては、シリ
ンダーの両端面全面に、シリンダー内部に加えられる圧
力によって発生するポアソン効果に対応する応力以上で
材質の圧縮強度以下の応力を加えることにより、逆にシ
リンダー内壁にポアソン効果による応力を発生すると共
にシリンダー外壁にもポアソン効果に対応する応力が発
生する。後者の応力は本発明においては、シリンダー外
壁に対する圧力容器の締め代として作用し、シリンダー
内壁を予圧したのに相当する効果が得られる。これら二
つの効果により、本発明装置においては、発生圧力の上
限値が従来装置に比べて飛躍的に大きくなり、５５ｋｂ
程度のダイヤモンド合成に必要な圧力を発生する使用方
法においても、相対的な圧力負担が小さいので、装置寿
命が飛躍的に増大する。本発明においては例えばダイヤ
モンド合成反応を行うときには、シリンダーに５５ｋｂ
の圧力が付加される。またシリンダー材質としては１５
％Ｃｏ−ＷＣ合金の他に、ダイス鋼・高速度鋼等の使用
が考えられている。
ンダーの両端面全面に、シリンダー内部に加えられる圧
力によって発生するポアソン効果に対応する応力以上で
材質の圧縮強度以下の応力を加えることにより、逆にシ
リンダー内壁にポアソン効果による応力を発生すると共
にシリンダー外壁にもポアソン効果に対応する応力が発
生する。後者の応力は本発明においては、シリンダー外
壁に対する圧力容器の締め代として作用し、シリンダー
内壁を予圧したのに相当する効果が得られる。これら二
つの効果により、本発明装置においては、発生圧力の上
限値が従来装置に比べて飛躍的に大きくなり、５５ｋｂ
程度のダイヤモンド合成に必要な圧力を発生する使用方
法においても、相対的な圧力負担が小さいので、装置寿
命が飛躍的に増大する。本発明においては例えばダイヤ
モンド合成反応を行うときには、シリンダーに５５ｋｂ
の圧力が付加される。またシリンダー材質としては１５
％Ｃｏ−ＷＣ合金の他に、ダイス鋼・高速度鋼等の使用
が考えられている。
【０００７】本発明の実施にあたっては、シリンダーの
材質により、例えばダイス鋼の場合には２５ｋｂに相当
する応力が、高速度鋼の場合には３２ｋｂに相当する応
力が、１５％Ｃｏ−ＷＣ合金の場合４０ｋｂに相当する
応力を限度としてシリンダー上下両端面全面に応力が加
えられる。
材質により、例えばダイス鋼の場合には２５ｋｂに相当
する応力が、高速度鋼の場合には３２ｋｂに相当する応
力が、１５％Ｃｏ−ＷＣ合金の場合４０ｋｂに相当する
応力を限度としてシリンダー上下両端面全面に応力が加
えられる。
【０００８】例えばシリンダー材料としてダイス鋼を使
用した場合について述べる。ダイス鋼の強度値としては
引張が１７５ｋｇ／ｍｍ２、圧縮が２５０ｋｇ／ｍｍ２
として示されている。。このシリンダー内壁面におい
て、圧縮強度の２５０ｋｇ／ｍｍ２いっぱいの予加圧が
加えられるように、締付けリングよりなる外部の圧力容
器によって締付けを行った場合、このシリンダーがポア
ソン効果により横割れが生じないとすれば、約４２ｋｂ
までの高圧力が発生可能な超高圧装置となる。
用した場合について述べる。ダイス鋼の強度値としては
引張が１７５ｋｇ／ｍｍ２、圧縮が２５０ｋｇ／ｍｍ２
として示されている。。このシリンダー内壁面におい
て、圧縮強度の２５０ｋｇ／ｍｍ２いっぱいの予加圧が
加えられるように、締付けリングよりなる外部の圧力容
器によって締付けを行った場合、このシリンダーがポア
ソン効果により横割れが生じないとすれば、約４２ｋｂ
までの高圧力が発生可能な超高圧装置となる。
【０００９】今シリンダーがダイス鋼の場合２５ｋｂの
応力が加えられると、ダイス鋼のポアソン比は０．３で
あるので、シリンダー内外面には７．５ｋｂに相当する
応力が発生し、外面に生じる応力は、シリンダーが外側
の圧力容器によって拘束されているので締め代となり、
シリンダー内壁に対し約６．６ｋｂに相当する予加圧を
与える。このためこのシリンダーには４２ｋｂ＋７．５
ｋｂ＋６．６ｋｂの内方に向かう応力が与えられること
となり、結局５６ｋｂの圧力に耐える装置となり、ダイ
ヤモンド合成可能な装置となる。
応力が加えられると、ダイス鋼のポアソン比は０．３で
あるので、シリンダー内外面には７．５ｋｂに相当する
応力が発生し、外面に生じる応力は、シリンダーが外側
の圧力容器によって拘束されているので締め代となり、
シリンダー内壁に対し約６．６ｋｂに相当する予加圧を
与える。このためこのシリンダーには４２ｋｂ＋７．５
ｋｂ＋６．６ｋｂの内方に向かう応力が与えられること
となり、結局５６ｋｂの圧力に耐える装置となり、ダイ
ヤモンド合成可能な装置となる。
【００１０】同様に、高速度鋼の場合には７０ｋｂ、１
５％Ｃｏ−ＷＣ合金の場合には７３ｋｂの耐圧が得られ
ることになる。
５％Ｃｏ−ＷＣ合金の場合には７３ｋｂの耐圧が得られ
ることになる。
【００１１】本発明の超高圧高温装置のシリンダー内壁
の反応加熱部より長い部分にセラミック製のスリーブを
挿入する場合は、このシリンダー耐圧限が更に増大す
る。使用されるセラミックにはアルミナ、マグネシア、
ジルコニア、フォルステライト、スピネル、蝋石等が挙
げられる。
の反応加熱部より長い部分にセラミック製のスリーブを
挿入する場合は、このシリンダー耐圧限が更に増大す
る。使用されるセラミックにはアルミナ、マグネシア、
ジルコニア、フォルステライト、スピネル、蝋石等が挙
げられる。
【００１２】またセラミックの厚みとしては、その断面
積はシリンダー内径の断面積の１／２程度にとるのが好
適である。このスリーブの減衰効果としてはシリンダー
内壁を例えば１００ｍｍ、スリーブの内径を７５ｍｍに
した場合、反応室内に５５ｋｂの圧力を加えると、スリ
ーブはその厚みによりラメ（Ｌａｍｅ）の式に従ってそ
の圧力は減衰され、スリーブの外壁、即ちシリンダー内
壁には約３５ｋｂの圧力がかかるにすぎなくなるため、
このシリンダーの耐用回数は更に増大する。
積はシリンダー内径の断面積の１／２程度にとるのが好
適である。このスリーブの減衰効果としてはシリンダー
内壁を例えば１００ｍｍ、スリーブの内径を７５ｍｍに
した場合、反応室内に５５ｋｂの圧力を加えると、スリ
ーブはその厚みによりラメ（Ｌａｍｅ）の式に従ってそ
の圧力は減衰され、スリーブの外壁、即ちシリンダー内
壁には約３５ｋｂの圧力がかかるにすぎなくなるため、
このシリンダーの耐用回数は更に増大する。
【００１３】
【実施例１】外径２６４ｍｍ、内径５０ｍｍ、長さ１５
０ｍｍのＳＫＤ−１１種ダイス鋼（ＨＲＣ５８）製シリ
ンダーを、外周ヘの線巻きにより補強した外径７５０ｍ
ｍ、内径２８０ｍｍの締付けリング内に、シリンダー内
面における応力が２５０ｋｇ／ｍｍ２になるように、圧
入した。これをプレス装置に装着し、約１０５０トンの
プレス荷重を用いてシリンダー内の試料を圧搾すると共
に、シリンダーの上下端面を、端面全面に接し、ピスト
ンと同期して独立に駆動される、高速度鋼製リングを介
して１３０００トンのプレス荷重を加えることにより、
シリンダーの補強を行った。この装置を用い、５４ｋｂ
の圧力を発生させてダイヤモンドの合成反応を行った。
このダイス鋼製の装置は、比較的低強度の材料で構成さ
れているにもかかわらず、５００回以上の反復使用に耐
えた。
０ｍｍのＳＫＤ−１１種ダイス鋼（ＨＲＣ５８）製シリ
ンダーを、外周ヘの線巻きにより補強した外径７５０ｍ
ｍ、内径２８０ｍｍの締付けリング内に、シリンダー内
面における応力が２５０ｋｇ／ｍｍ２になるように、圧
入した。これをプレス装置に装着し、約１０５０トンの
プレス荷重を用いてシリンダー内の試料を圧搾すると共
に、シリンダーの上下端面を、端面全面に接し、ピスト
ンと同期して独立に駆動される、高速度鋼製リングを介
して１３０００トンのプレス荷重を加えることにより、
シリンダーの補強を行った。この装置を用い、５４ｋｂ
の圧力を発生させてダイヤモンドの合成反応を行った。
このダイス鋼製の装置は、比較的低強度の材料で構成さ
れているにもかかわらず、５００回以上の反復使用に耐
えた。
【００１４】上記実施例においてはシリンダー上下端面
の加圧はピストンの進行と同期して行ったが、荷重が小
さい間は非同期的に行ってもさしつかえない。
の加圧はピストンの進行と同期して行ったが、荷重が小
さい間は非同期的に行ってもさしつかえない。
【００１５】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明装置におい
ては、超高圧発生時にシリンダー内壁に加わる応力を打
消す作用が得られるので、シリンダーの耐用回数は著し
く増大し、装置の大型化が可能になり、経済的にダイヤ
モンドと立方晶窒化硼素の合成・育成・これらの焼結体
の製造が可能になった。
ては、超高圧発生時にシリンダー内壁に加わる応力を打
消す作用が得られるので、シリンダーの耐用回数は著し
く増大し、装置の大型化が可能になり、経済的にダイヤ
モンドと立方晶窒化硼素の合成・育成・これらの焼結体
の製造が可能になった。
Claims (5)
- 【請求項１】一対の対向ピストンおよびこのピストン間
に整列配置された筒状内壁を有するシリンダーを有し、
少なくとも一方のピストンの進行によりシリンダー内壁
内に超高圧力を発生させ、また高温を発生させる超高圧
高温装置において、このシリンダーに軸方向の圧縮応力
を付加し、この際圧縮応力を、超高圧の発生に伴いシリ
ンダー材質のポアソン比に応じて発生する軸方向応力以
上で、かつこの材質の強度以下に設定したことを特徴と
する超高圧高温装置。 - 【請求項２】請求項１に記載の超高圧高温装置におい
て、軸方向の圧縮応力をこのシリンダーの全水平断面に
付加するようにした装置。 - 【請求項３】請求項１に記載の超高圧高温装置におい
て、軸方向の圧縮応力をこのシリンダーの水平断面内方
に部分的に付加するようにした装置。 - 【請求項４】請求項１に記載の超高圧高温装置におい
て、軸方向の圧縮応力をこのシリンダーの水平断面外方
に部分的に付加するようにした装置。 - 【請求項５】請求項１に記載の超高圧高温装置におい
て、上記シリンダー内壁の最高温に供される部分および
その近傍にセラミック製のスリーブを密着配置したこと
を特徴とする装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33751891A JPH0699052A (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 超高圧高温装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33751891A JPH0699052A (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 超高圧高温装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0699052A true JPH0699052A (ja) | 1994-04-12 |
Family
ID=18309412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33751891A Pending JPH0699052A (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 超高圧高温装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0699052A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102580619A (zh) * | 2012-03-06 | 2012-07-18 | 河南飞孟金刚石工业有限公司 | 一种六面顶压机铰链梁及其制造方法 |
-
1991
- 1991-10-21 JP JP33751891A patent/JPH0699052A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102580619A (zh) * | 2012-03-06 | 2012-07-18 | 河南飞孟金刚石工业有限公司 | 一种六面顶压机铰链梁及其制造方法 |
| CN102580619B (zh) * | 2012-03-06 | 2013-12-18 | 河南飞孟金刚石工业有限公司 | 一种六面顶压机铰链梁及其制造方法 |
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