Способ изготовления керамических изделий сложного профиля
Способ изготовления керамических изделий сложного профиля путем нанесения на поверхность заготовки временного технологического покрытия, формирования микроканавок и удаления покрытия, отличающийся тем, что, с целью повышения точности профиля канавок сложной формы, предварительно заготовку обрабатывают по профилю, соответствующему глубине микроканавки, после нанесения временного покрытия производят вытравливание участков в местах будущих выступов, заполняют их материалом заготовки, обжигают и вытравливают оставшееся временное покрытие.
Изобретение относится к области обработки изделий из керамических материалов с применением технологических покрытий и электрофизических методов и может быть использовано в приборостроении при изготовлении деталей типа опор аэродинамических подшипников. Известен способ получения изделий сложного профиля ультразвуковой обработки глухих полостей, при которой инструмент, совершающий колебания с ультразвуковой частотой, прижимают к обрабатываемой поверхности и в зону обработки подают суспензию абразивного порошка. Съем материала осуществляется за счет прямого удара торца инструмента по зернам абразива, которые производят выколы частиц с обрабатываемой поверхности. При этом профиль образующейся полости копирует профиль инструмента [1] Существенным недостатком способа является трудность получения полостей малой глубины (5 10 мкм), что объясняется прямым ударом торца инструмента по абразивным зернам, в результате чего последние выкалывают частицы соизмеримые с глубиной полости. Поэтому микрорельеф полости имеет неровный характер. Кроме того, точность профиля полостей определяется точностью профиля рабочего торца инструмента. Последний изнашивается в процессе обработки, вследствие этого точность обработки снижается. Инструмент для изготовления микроканавок опор подшипников по описанному способу сложен в изготовлении. Техническим решением наиболее близким к данному является способ получения изделий сложного профиля с ультразвуковой размерной обработкой глухих полостей малой глубины по которому инструмент, совершающий колебания с ультразвуковой частотой, прижимают к обрабатываемому изделию и в зону обработки подают абразивную суспензию, причем с целью повышения точности обработки полости по глубине и профилю используют инструмент с площадью торца, большей площади полости, а на необработанную поверхность изделия под торцом инструмента наносят временное технологическое покрытие из материала, сцепляющегося с поверхностью, и производят обработку до износа покрытия. [2] Недостатком способа является невозможность обработки глухих полостей с заданной по определенному закону глубиной профиля, например коническому, экспоненциальному, что является необходимом фактором при обработке аэродинамических опор. Кроме этого, профиль получаемых полостей (канавок) в плане не достаточно точный, поскольку покрытие под действием абразивных частиц удаляется неравномерно, что сказывается и на точности обработки основного изделия. Целью изобретения является повышение точности профиля канавок сложной формы. Поставленная цель достигается за счет того, что в способе изготовления керамических изделий сложного профиля путем нанесения на их поверхность временного технологического покрытия, формирования микроканавок и удаления покрытия, предварительно заготовку обрабатывают по профилю, соответствующему глубине микроканавки, после нанесения временного покрытия производят вытравливание участков в местах будущих выступов, заполняют их материалом заготовки, обжигают и вытравливают оставшееся временное покрытие. Схема осуществления способа представлена на фиг.1 5. На фиг.1 показано поперечное сечение заготовки после обработки ее на ультразвуковом станке для получения изменяющегося по глубине профиля. На фиг.2 показана заготовка после нанесения на обработанную поверхность травящейся структуры. На фиг. 3 показана заготовка с вытравленными участками покрытия (не заштриховано точками). На фиг.4 представлена заготовка после нанесения в незаполненные участки основного материала заготовки (помечено крестиками). На фиг.5 показано готовое изделие после вытравливания из канавок технологического покрытия (не заштрихованные участки). Микроканавки на изделия получают следующим образом. На поверхность изделия 1, обработанного в размер H=A-h (x, y), где A размер по чертежу, мм; h глубина канавки 2, мм; x, y координаты канавки в плане, мм; наносят методом тонко- или толстопленочной технологии покрытия с необходимой толщины, подвергающееся травлению. Через фотошаблон на покрытии вытравливают с необходимой точностью требуемую конфигурацию, сохранив заполненными канавки 4. Далее заполняют полученные промежутки 5 между канавками материалом заготовки, образующим окончательную конструкцию изделия, обжигают заготовку, а формирующий слой покрытия 3 в канавках 4 удаляют последующим травлением. После этого изделие обрабатывают в размер А. Экспериментальная проверка предлагаемого способа производилась с использованием образцов из керамики 22хс, наружным диаметром 24 мм и толщиной 2 мм с шероховатостью торцевых поверхностей Ra=0,08 мкм. На одном из торцов обрабатывали поверхность вогнутого профиля до достижения глубины на периферии до 5 мкм и шероховатости Ra=0,63 0,32 мкм. Обработка производилась методом прямого копирования на ультразвуковом станке с частотой колебаний инструмента 18 кГц и амплитудой 4-5 мкм. Далее образец обрабатывали в ультразвуковой ванне с моющей средой с ПАВ. Обработанный торец покрывали слоями ванадий-медь обшей толщиной 5-6 мкм методом тонкопленочной технологии. По фотошаблону производили вытравление промежутков между канавками, представляющими собой профиль спирали Архимеда, с точностью 
2 мкм. В качестве травящих веществ использовали составы: для меди раствор хлорного железа плотностью 1,36 1,38; для ванадия перекись водорода. После очистки промежутков осуществлялось нанесение в них слоя керамики 22хс напылением с последующим отжигом слоя. Затем вытравливали оставшуюся структуру ванадий-медь и образец доводили на плосководочном станке до получения требуемой глубины канавок 5 мкм и шероховатости поверхности образца Ra 0,08 0,04 мкм (
11-12). Опоры аэродинамических подшипников, изготовленные по описанному способу, полностью соответствуют требованиям, предъявляемым к ним чертежом, и условиям работы в изделии, обеспечивают повышение работоспособности подшипников как минимум в 1,5 раза. Способ обеспечивает повышение точности получения канавок в плане до 2-х раз и дает возможность изготовления канавок, изменяющихся по глубине по заданному закону. Кроме этого, отпадает необходимость в применении инструментов сложной конфигурации, а также дорогостоящего алмазного инструмента фрезы.
Формула изобретения
Способ изготовления керамических изделий сложного профиля путем нанесения на поверхность заготовки временного технологического покрытия, формирования микроканавок и удаления покрытия, отличающийся тем, что, с целью повышения точности профиля канавок сложной формы, предварительно заготовку обрабатывают по профилю, соответствующему глубине микроканавки, после нанесения временного покрытия производят вытравливание участков в местах будущих выступов, заполняют их материалом заготовки, обжигают и вытравливают оставшееся временное покрытие.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000
Извещение опубликовано: 27.12.2000
