Меню

Методы получения высоких давлений

Давление, его влияние на вещество и его свойства

на страницах сайта

www.electrosad.ru

Интересные изменения происходят с веществом находящемся под давлением десятки и сотни тысяч кг/см 2 . Но сверх высокое давление интересно не только алмазами, процессами происходящими в глубине планет. Само по себе применение высоких и сверхвысоких давлений позволит получить множество новых материалов с необычными физическими свойствами.

В статье «Давление и его влияние на вещество» описаны процессы происходящие с углеродом под давлением.

Под давлением более 10 т/см 2 перестраивается кристаллическая решетка углерода (C) . Из плоской кристаллической решетки углерода, форма которой может быть о например гексагональной — с шестью атомами углерода в вершинах — плоская структура образованная атомами расположенными по вершинам шестиугольника (плоские тонкие пластинки), преобразуются в процессе синтеза в кристаллы с объемной структурой кристаллической решетки. Плотность углерода увеличивается с 2,23 г/см 3 у графита, до 3,51 г/см 3 у алмаза.
После снятия давления кристаллы остаются в устойчивом состоянии.

Существуют мнения, что при давлениях более 10 6 кг/см 2 многие вещества переходят в металлическую форму. Это тот же углерод, водород, кислород, . .

Перспективы применения высокого давления.

Можно прогнозировать неожиданные результаты при проведении исследований поведения вещества под давлением.

И совсем не обязательно, чтобы давление было 10 4 — 10 6 кг/см 2 . Неожиданности могут ожидать нас уже при давлении 10 3 кг/см 2 .

В результате синтеза под высоким и сверх высоким давлением, хорошо известные вещества приобретают новые физические свойства. Это сверхпрочные полимерные волокна, сверх твердые металлы, сверхпроводники работающие при нормальной температуре, полупроводники с большими скоростями носителей и другие материалы имеющие много новых интересных свойств. Многие из них могут иметь высокую стабильность при нормальных условиях.

Эти свойства определяются более высокой энергией связи между атомами вещества, более плотной упаковкой атомов в кристаллической решетке.

Высокое и сверх высокое давление может помочь нашей энергетике подняться на более высокую ступень и обеспечить энергетическое развитие человечества.

Синтез новых соединений и материалов.

Результатом синтеза под высоким и сверх высоким давлением могут быть получены:

— полимеры, обладающие высокой прочностью,

— новые полупроводниковые материалы, для чипов высокого быстродействия,

— новые устойчивые кристаллические структуры из хорошо известных веществ с новыми необычными физическими свойствами,

— новые сверхпроводники, работающие при комнатной температуре,

Конечно, синтез при высоком давлении сложная проблема.

Но если искать методы получения высоких и сверх высоких давлений можно обнаружить что некоторые уже применяются.

Пример — синтез алмазов и исследования металлического водорода. Существуют другие публикации в которых просматриваются эффекты свойственные сверх высоким давлениям.

Читайте также:  Переходник на рукав высокого давления

Получение энергии.

Хорошо известная установка типа «Токамак» на которой исследуются технология термоядерного синтеза имеют один существенный недостаток. В вакуумной камере, где происходит термоядерный синтез существует градиент давления и температуры направленный из зоны синтеза наружу. Это создает проблемы с удержанием плазмы. При возникновении реакции термоядерного синтеза эти градиенты возрастают, что усиливает проблемы.

Сверхвысокие давления это один из путей достижения термоядерного синтеза.

Для примера могу привести описание эксперимента в работе «Ядерный синтез в поле электрического заряда» Колдамаcова А. И. где термоядерный синтез идет при нормальном давлении.

Способы получения сверх высоких давлений.

Из известных уже сейчас способов получения высоких и сверх высоких давлений можно привести следующие.

Установки высокого давлени я,

Специальные механические конструкции, в том числе с подогревом,

В ударной волне взрыва,

В магнитном поле (для плазмы),

В поле статического заряда,

Во встречных потоках,

Существует множество других способов, но цель этой заметки не искать способы, а просто рассказать о возможности этих технологий и привлечь к ним Ваше внимание.

Может быть кто-то из Вас разработает в будущем технологию холодного термоядерного синтеза, синтеза новых материалов и даже веществ, .

А высокое давление для химического синтеза можно иметь просто на больших глубинах мирового океана.

Заключение.

Исследования и практика высоких и сверх высоких давлений перспективная отрасль технологий. Прежде всего потому, что развитие техники требует новых конструкционных материалов. Новые материалы требуют все отрасли техники.

И похоже исследование технологий сверх высоких давлений даст не меньший, если не больший, экономический эффект, чем широко внедряемые сейчас нанотехнологии.

Главная ошибка исследователей воздействия сверх высокого давления на вещество, в том, что, часто, они ищут в результате своих экспериментов новые неизвестные вещества. Хотя в результате синтезируются вещества химически тождественные исходному, но обладающие новыми внутренними структурами и поэтому приобретающие новые физические свойства.

Например — углерод в виде графита и алмаза остается углеродом. Оба они окисляется (горят) на воздухе, но имеет разные физические свойства.

Источник

Как получают сверхвысокие давления?

В жизни людям достаточно часто приходится сталкиваться с большими давлениями, которые оказывают действие на маленькие площади.

К примеру, если взять обычную швейную иглу, или обычный гвоздь, острый конец которых имеет размер порядка одной десятой миллиметра, в этом случае площадь острия данных предметов составляет около одной десятитысячной сантиметра квадратного. При воздействии на иглу или гвоздь с силой равной десяти килограммам, острые концы данных предметов окажут давление равное сотне тысяч атмосфер.

Собственно, как раз этот факт и объясняет то свойство острых предметов, который позволяет им легко проникать в другие тела, имеющие твёрдую и плотную основу. Именно поэтому все бронебойные снаряды имеют заостренный наконечник.

Читайте также:  Как измерить вакуумметрическое давление

Однако в данном случае, как уже оговаривалось, речь идёт о воздействии на маленькие площадки. Если же говорить о площадях больших размеров, здесь ситуация меняется в корне.

Поэтому, как правило, для создания высоких давлений применяют мощные прессы.

Прессы могут иметь различные конструкции. К примеру, достаточно часто для этого используются гидравлические прессы.

Принцип действия такого пресса основан на передаче усилия небольшому по площади поршню, который вталкивается в цилиндр, где необходимо получить высокое давление. Таким образом, можно получать давления, равные нескольким тысячам атмосфер.

Сверхвысокие давления получать намного сложнее и это обусловлено, прежде всего, ограниченными прочностными свойствами металлов, из которых выполняется цилиндр, где происходит сжатие.

Между тем, здесь имеет место одно хорошее свойство металлов, а именно их значительное увеличение прочности при воздействии давления порядка 20 000 атмосфер. Это позволило создавать условия для получения сверхвысоких давлений путём помещения цилиндра пресса в жидкость, находящуюся под давлением 20-30 тысяч атмосфер. В таких условиях можно получить сверхвысокие давления в сотни тысяч атмосфер.

Подобное было доказано на практике одним из американских физиков — Бриджменом.

Стремление людей создать совершенные технологии получения сверхвысоких давлений, вполне оправданы. Всё дело в том, что в условиях сверхвысоких давлений могут образовываться такие явления, которые невозможно получить какими-либо иными способами.

Именно благодаря сверхвысоким давлениям порядка ста тысяч атмосфер и при температуре более двух тысяч градусов, были получены искусственные алмазы.

Давления, имеющие сверхвысокие значения, могут быть получены в результате взрыва, но при малом значении времени.

Высокие и сверхвысокие значения давлений на больших площадях при постоянной величине времени, имеют место внутри космических тел, в том числе и внутри Земли. Можно отметить, что примерно трём миллиардам атмосфер равняется давление в самом центре шара Земли. Это впечатляет, не правда ли?

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Получение — высокое давление

Получение высоких давлений в одноступенчатых компрессорах затруднено по следующим причинам. [1]

Для получения высоких давлений в аппарате с алмазными наковальнями требуется тщательная регулировка положения обоих алмазов относительно друг друга. [3]

Для получения высоких давлений используется энергия деления ядер урана нейтронами, образующимися при ядерном взрыве. В этих опытах на расстоянии 1 1 м от ядерного заряда ( рис. 3.19) за поглотителем медленных нейтронов 1 из 64С помещался докритический блок из урана-235, на котором монтировался исследуемый образец из молибдена 2 с расположенными в нем световодами 3 для базисной регистрации 4 скорости достижения фронта ударной волны. [5]

Читайте также:  Датчики давления для фур

Для получения высоких давлений требуется боль 1пая окружная скорость вращения рабочего колеса. При этом возникают большие напряжения в материале колеса, вследствие большой скорости жидкости увеличиваются гидравлические сопротивления. Поэтому обычно одним колесом создают напор не более 40 — 50 м, при больших напорах в корпусе насоса ставят после довательно несколько колес ( фиг. [6]

Для получения высоких давлений необходимо было бы иметь центробежный насос с весьма большой окружной скоростью вращения рабочего колеса, выходящей за пределы, допускаемые прочностью металла. Поэтому обычно одним колесом создают давление порядка 4 — 7 ат, а при необходимости иметь более высокие давления применяют так называемые многоступенчатые центробежные насосы, имеющие несколько колес ( фиг. [7]

Для получения высоких давлений применяют многоступенчатые осевые насосы. В нефтяной промышленности используется осевой насос высокого давления типа ОН-9В с 63 последовательно соединенными колесами конструкции Гипронефтемаша. [9]

Для получения высоких давлений применяются многоступенчатые компрессоры. В этих машинах газ или воздух сжимается последовательно в двух или нескольких цилиндрах. [10]

Для получения высоких давлений используется детонация взрывчатого вещества. Это явление представляет собой химическую реакцию разложения, протекающую во фронте ударной волны. Характеристики волны ( скорость распространения и отношение давлений перед и за фронтом) после начальной фазы, когда скорость и отношение давлений нарастают, зависят только от выбранного взрывчатого вещества. У известных в настоящее время взрывчатых веществ скорость детонации порядка 5 — 8 км / сек, а давления могут достигать 2 — 106 бар. [11]

Для получения высоких давлений , которые не могут быть обеспечены насосом, нашли применение мультипликаторы давления. При движении плунжера мультипликатора в малом цилиндре давление увеличивается пропорционально соотношению площадей цилиндров. [12]

Для получения высоких давлений исследуемого вещества в пьезометре была установлена вторая ступень термокомпрессора, представляющая собой толстостенный сосуд емкостью 400 см3 с намотанным на его поверхности электрическим нагревателем. [13]

Техника получения высоких давлений дает возможность прилагать к образцу как статическую ( при использовании гидростатического процесса), так и динамическую ( при использовании ударной волны) нагрузку. [14]

Метод получения высокого давления в лабораторных условиях должен быть не только надежным, но и по возможности простым. Так как требующийся объем газа обычно невелик, можно пользоваться системой сжатия водой. По этой системе газ сжимается в цилиндре над водяным столбом, подвергается действию гидравлического насоса и затем передается во второй цилиндр. Желательное давление достигается повторными подачами газа в этот второй цилиндр. [15]

Источник

Adblock
detector