Способ горячего прессования порошков тугоплавких соединений и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения высокопрочной керамики конструкционного назначения из порошков тугоплавких соединений (нитридов, карбидов, силигдидов, боридов) . Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет увеличе

COlO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1456282 А1 (SD 4 В 22 F 3/14

1 1!

1 . j !

) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯМ

MPH fHHT СССР (21) 4218725/31-02 (22) 30.03.87 (46) 07.0?.89. Бюл. Р 5 (71) Институт сверхтвердых материалов АН УССР (!2) П.С. Кислый, В.И. Игнатенко и Я.А. Крыпь (53) 621 ° 762.4.016(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1050552, кл. В 22 F 3/14, 1983.

Кислый П.С. и др. Керметы. Киев:

Наукова думка, 1980, с. 70, рис.19à. (54) СПОСОБ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ

ПОРОШКОВ ТУГОПЛАВКИХ СОЕДИНЕНИЙ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения высокопрочной керамики конструкционного назначения из порошков тугоплавких соединений (нитридов, карбидов, силицидов, боридов). Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет увеличе1456282 ния длины изделия и повышение прочности. Способ включает засыпку порошка в пресс-форму, а горячее прессование осуществляют в две стадии: на первой горячее прессование ведут при начальном давлении, составляющем

0,35-0,85 конечного давления, и при начальной температуре на 50-100 С ниже конечной температуры до плотности 80-957., а на второй горячее прессование ведут с перемещением прессовки при конечных температуре и давлении. Для реализации способа щужложено устройство, содержащее

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам для получения высокопрочной керамики конструкционного назначения из порошков тугоплавких соединений (нитридов, карбидов, силицидов, боридов).

Целью изобретения является расширение технологических возможностей

) за счет увеличения длины изделия и повышение прочности.

Способ горячего прессования включает засыпку порошка в пресс-форму, а горячее прессование осуществляют 15 в две стадии: на первой горячее прессование ведут при начальном давлении

Р, составляющем 0,35-0;85 конечного

Н давления P, и при начальной темпераьь о туре Т на 50-100 С ниже конечной 20 н температуры Т„горячего прессования до плотности 80-95Х а на второй стадии горячее прессование ведут при конечных температуре и давлении горячего прессования для данного порош- 25 ка.

Устройство для реализации предложенного способа содержит размещенную в индукторе матрицу и встречные пуансоны, в котором прессовая камера мат- 30 рицы выполнена из двух полостей с различными площадями поперечных сечений, одна из которых в 1,1-1,5 раза больше другой, пуансон, установленный в полости прессовой камеры, имеющей мен ьшую пл ощадь п оп ер еч н or о сечения, выполнен подпружиненным в осеразмещенную в нагревателе матрицу и встречные пуансоны. Прессовая ка-. мера матрицы выполнена из двух полостей с различными площадями поперечных сечений, одна из которых в 1,11,5 раза больше площади поперечного сечения другой. При этом пуансон, установленный в полости с меньшей площадью поперечного сечения, выполнен подпружиненным в осевом направлении, а матрица снабжена упором, обеспечивающим ее неподвижность на второй стадии прессования. 2 с.п, ф-лы, 1 ил., 2 табл. вом направлении, а матрица снабжена упором, обеспечивающим ее неподвижность на второй стадии прессования.

Горячее прессование происходит в две стадии.

На первой стадии под давлением

P и температуре Т„ порошок уплотня" н ется до 80-957. в полости прессовои камеры, имеющей большую площадь поперечного сечения S, Ha второй стадии давление в полости с большей площадью поперечного сечения повышается до значения Р„ за счет нагружения пуансона, установленного в этой полости. При этом давление в полости прессовой камеры, имеющей меньшую площадь поперечного сечения S, остается равным Р>. 3а счет этого происходит перемещение заготовки, уплотненной на первой стадии, из первои полости прессовой камеры с большей площадью поперечного сечения во вторую под давлением Р„-P„ с одновременным обжатием прессовки по диаметру. Температуру на второй стадии прессования повышают до значения

Тк = Т„ +(50-100 С).

На чертеже представлена схема устройства для осуществления предложенного способа при горячем прессовании полого изделия в начале процесса прессования.

Устройство состоит из пресс-Аормы с засыпанным порошком 1 тугоплавкого соединения, матрицы 2, которая установлена на пуансоне 3 и имеет !

1. Способ горячего прессования порошков тугоплавких соединений, включающий засыпку порошка в прессформу, горячее прессование верхним и нижним пуансонами и извлечение изделия, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет увеличения длины изделия и повышения прочности, горячее прессование осуществляют в две стадии: на первой стадии начальное давление составляет 0,35-0,85 конечного давления и прокладывают его к верхнему и нижнему пуансонам при температуре на о

50-100 С нижне конечной температуры горячего прессования до плотности

80-95Х, на второй стадии температуру увеличивают до конечной температуры горячего прессования, а давление верхнего пуансона повышают до величины конечного давления. з 1456282 ступенчатую прессовую камеру с нанесенным слоем изолирующего вещества 4, причем ступени прессовой камеры вы-, полнены либо с прямолинейными переходами 5, либо с переходами по криволинейным поверхностям. Прессовую камеру в верхней части ограничивает пуансон 6, а в нижней — пуансон 3, установленный совместно со стержнем

7 на нижней охлаждаемой изолированной плите 8, ход которой ограничивает опорная плита (упор) 9, на которой установлен индукционный нагреватель 10, имеющий теплоизоляцию, водоохлаждение, электропитание (не показаны). Нижняя охлаждаемая плита 8 подпружинена, например, гидравлическим регулируемым устройством, состоящим из силового гидроцилиндра 11, связанного с ним регулирующего гидроцилиндра 12 с нагружающим устройством 13. Для осуществления нагружения верхнего пуансона 6 на нем установлена верхняя теплоизолированная 25 охлаждаемая плита 14, связанная с гидроприводом нагружения (не показаны) .

Пример ° Предварительно подготовленную шихту иэ порошка нитрида кремния с 8 мас.X оксида иттрия засыпают.в прессовую камеру матрицы 2 с установленным нижним пуансоном 3. При этом полости прессовых камер S u S предварительно покрыва 1

35 ют аэрозольным методом порошковым слоем гексагонального нитрида бора толщиной до 1 мм (коллоидный раствор нитрида бора, этилового спирта и клея Б@) . Площади поперечных сече- 4О ний полостей прессовой камеры S = — 36, 7 см (диаметр 68 мм), S<

= 28,3 см (диаметр 60 мм) . После установки верхнего пуансона 6 прессформу в сборе помещают в индуктор 10 45 пресса горячего прессования. После этого производят нагрев до темперао туры 1710 С и нагружают пуансон 6 усилием F.„ = P„ S = 24 тс и проводят двустороннее горячее прессование порошка. 3а счет различных сечений

S ) S нижний пуансон при уплотнении перемещается быстрее и при достижении положения, при котором нижний пуансон заполнил всю плотность S, матрицы, двустороннее горячее прессование заканчивается (первая стадия). Плотность заготовки после первой стадии прессования составляет

917. от теоретической. Далее под матрицу 2 подводят упор 9, производят а подъем температуры до 1760 С и поднимают давление до P = 100 ИПа (увеличивают усилие верхней плиты 14 пресса до 36,7 тс), При этом усилие, приложенное к нижнему пуансону 3, остается неизменным и равным 24 тс, что достигается при помощи гидроцилиндра 11, установленного на нижней плите 8. Вследствие разности давлений заготовка 1 перемещается в полость прессовой камеры меньшего сечения S при этом происходит обжатие заготовки 1 в радиальном направлении. После перехода всей заготовки в полость меньшего сечения S горячее прессование заканчивают, отключают индуктор 10 и после охлаждения до 1400 С снимают давление и охлаждают пресс-форму до нормальной температуры. После окончательного охлаждения пресс-форму распрессовывают и извлекают прессовку.

Для сравнения проведены эксперименты по получению керамики на основе нитрида кремния по известному способу, По предложенному способу проведено горячее прессование порошков других тугоплавких соединений, в частности карбида бора и диборида титана. Результаты опытов приведены в табл. 1 и 2, Ф о р мул а и з о б р е т е н ия

5 1456282 6

2. Устройство для горячего прессо- оно снабжено упорами размещенными

Э, вания порошков тугоплавких соедине- под матрицей, внутренняя полость мат: ний, содержащее размещенную в нагре- рицы выполнена с участками различнователе матрицу и подвижные пуансоны

5 ,ro диаметра, которые находятся в соо т л и ч а ю щ е е с я тем, что, отношении 1, 1-1,5, а пуансон, устас целью расширения технологических новленный со стороны участка меньшевозможностей за счет увеличения дли- ro диаметра, выполнен подпружиненным ны изделия и повышения прочности, в осевом направлении.

Таблица 1 е

С hT!

Р„ /Р„ о н, С лотносгь $/Б, осле I т адни, Ж

Р„Ф МПА

Нитрид кремния

Предлагаемый

42,5 50

1,3

1,4

1,3

Известный

1760

100

Карбид бора

Предлагаемый

7 42 5 50

1,2

1,3

Известный

2050.

2050

100

Диборид титана

Предлагаемый

13 42 5 50

0,85 95

2100 2150 50

Способ Р„, МПА

Д

1 2 3

2 65 0 100

3 17 5 50

4 32,5 50

8 65,0 100

9 17 5 50

10 32 5 50

1710 1760 50

1685 1760 75

1710 1760 50

1660 1760 10

2000 2050 50

1975 2050 75

2000 2050 50

1950 2050 100

0,85 95

0,65 91

0,35 87

0,65 80

0,85 95

0,65 87

0,35 84

0,65 80

1456282

4 5 (2 Э

1,4

14 65,0 100

15 17,5 50

16 32,5 50

1,5

100

Таблица2

Разброс значе- Соотношение ний прочности полученных

Х изделий

Прочность на изгиб, МПа

Нитрид кремния

Предлагаемый

3,7

10,0

535

580

3,7

7,0

3,7

590

3,7

8,5

575

0,3

470

16,5

0,3

490

15,0

Карбид бора

Предлагаемый

2,0

10,0

485

2,0

9,0

500

2,0

8,5

510

2,0

9,5

490

0,3.18, 5

370

Известный

Известный

Известный

2075 2150 75

2100 2150 50

2050 21 50 100

2150

Продолжение табл. 1

0,65 88

0,35 87

0,65 80

0,3

17,0

400

Диборид титана

3,0

9,5

410

3,0

8,0

440

3,0

6,0

460

0,3

12,5

260

300

0,3

11,0

Составитель А. Новиков,Редактор Л. Гратилло Техред А.Кравчук КорректорМ. Самборская

Заказ 7512/13, Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Предла= гаемый

13.

Известный

1456282 10

Продолжение табл.2