Установка для получения керамических волокон
Сущность изобретения: устройство содержит источник нагрева в виде СО2-лазера, вакуумную камеру с системой откачки и системой вакуумных вводов для создания реакционной среды в рабочем объеме. Устройство также содержит систему подачи и вращения заготовки в зоне обработки, систему формирования волокна в форме диска. Устройство снабжено регулируемой фокусирующей системой, выполненной в виде линзодержателя с линзой, установленного в опорной втулке с возможностью вертикального перемещения. 1 ил.
Изобретение относится к получению керамических изделий, в частности устройствам для получения керамических волокон с использованием лазерного излучения, и может быть использовано в ряде отраслей народного хозяйства (например, в машиностроении, металлургии и т.п.) для получения термостойких композиционных материалов. Целью изобретения является получение карбидных, нитридных, карбонитридных волокон заданного фазового и стехиометрического состава и заданной структуры. На чертеже представлена общая схема установки для получения керамических волокон. Установка для получения керамических волокон включает в себя CO2-лазер 1 мощностью до 5 кВт, систему поворота лазерного луча, состоящую из двух плоских зеркал 2, 3, вакуумной камеры 4, системы откачки, вакуумных вводов 5, наблюдательного окна 6. В верхней части камеры 4 расположен фокусирующий узел, состоящий из КС-линзы 7 и линзодержателя 8, который плавно перемещается в опорной втулке 9, имеющей вакуумное уплотнение, и рабочего окна 10. Внутри вакуумной камеры 4 находится жестко закрепленный горизонтальный опорный столик 11, на котором размещен электродвигатель 12, приводящий в движение диск 13. Механизм подачи заготовки 14 состоит из электродвигателей 15, 16, конической передачи 17, корпуса 18 с пазами, расположенной в нем винтовой пары 19, оправки 20 для зажима заготовки 14. Полученные керамические волокна собираются в сборнике 21. Устройство работает следующим образом. В оправку 20 закрепляют заготовку 14, имеющую форму пластины, прутка или трубки. Длина заготовки 14 приблизительно 10 см, диаметр 5-15 мм. Если заготовка 14 имеет форму пластины, то ее толщина 3 мм. Проведенные эксперименты показали, что наиболее оптимальной формой заготовки 14 является трубка. Вакуумная камера 5, в которой предварительно откачивается воздух через систему 22 до давления 10-5 торр, заполняет реакционным газом через вакуумные вводы 5 до давления 100 торр 
1 атм. Лазерный луч, генерируемый СО2-лазером 1, проходит через систему поворота, состоящую из двух плоских зеркал 2, 3. Зеркало 2 обеспечивает поворот в горизонтальной плоскости на заданный угол, зеркало 3 жестко закреплено и разворачивает лазерный луч в вертикальную плоскость, тем самым обеспечивая ввод луча через рабочее окно 10 в камеру 4. Проходя через KCl линзу 7, находящуюся в линзодержателе 8, луч фокусируется. Плавно перемещая линзодержатель 8 в опорной втулке 9, можно изменять расстояние от заготовки 14 до линзы 7, регулируя тем самым площадь нагрева. Таким образом, лазерный луч попадает на вращающуюся заготовку 14, нагревает ее по заданному режиму. Как отмечалось выше, необходим предварительный нагрев заготовки 14. Нагрев осуществляют постепенным повышением мощности лазера в течение времени (5-10 мин) в зависимости от материала и геометрических размеров заготовки 14. Предварительный прогрев и вращение заготовки 14 обеспечивают ее равномерный прогрев, а затем плавление. Заготовка 14 плавится, образуя каплю, из которой кромкой вращающегося диска 13 вытягивается волокно, которое собирается в сборнике 21. По мере оплавления заготовки 14 она продвигается вперед с заданной скоростью. Наблюдая за процессами плавления и образования капли через окно 6 вакуумной камеры 4, можно осуществлять регулирование движения заготовки 14 в зону плавления, а также регулировать скорость вращения диска и скорость подачи образца 14. В результате были получены керамические волокна длиной 40 мм и диаметром 40-50 мкм. Данное техническое решение имеет следующие преимущества по сравнению с известными: использование лазерного в качестве источника нагрева позволяет добиваться плавления тугоплавких материалов и получать керамические волокна, которые характеризуются более однородным распределением фазового состава, установка универсальна имеется возможность получения различных волокон - оксидных, карбидных, карбонитридных, нитридных, а также металлических, наличие регулируемой реакционной среды в рабочем объеме вакуумной камеры позволяет получать волокна заданного фазового состава и структур, в установке расширяется диапазон диспергируемых материалов, могут использоваться в качестве заготовок как керамические, так и металлические материалы, причем из металлов можно получать керамические волокна, наблюдается снижение вредных факторов в процессе получения волокон (отсутствие рентгеновского излучения, вредных химических веществ), т.е. реализуется экологически чистый процесс работы установки, наблюдается повышение физико-механических свойств волокон за счет их сверхбыстрого охлаждения (эффект закалки), происходит увеличение производительности процесса получения керамических волокон в несколько раз.
Формула изобретения
Устройство для получения керамических волокон, содержащее источник нагрева, вакуумную камеру с системой откачки, системы подачи и вращения заготовки в зоне обработки, систему формирования волокна в форме диска, отличающееся тем, что, с целью получения карбидных, нитридных, карбонитридных волокон заданного фазового и стехиометрического состава и заданной структуры, источник нагрева выполнен в виде СО2-лазера, а вакуумная камера с системой вакуумных вводов для создания реакционной среды в рабочем объеме и регулируемой фокусирующей системой, выполненной в виде линзодержателя с линзой, установленного в опорной втулке с возможностью вертикального перемещения.РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A 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: 29-2000
Извещение опубликовано: 20.10.2000
