Устройство для получения керамических изделий методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Изобретение относится к устройствам для изготовления крупногабаритных сложнопрофильных изделий из композиционных материалов или керамики. Устройство для формирования керамических изделий, содержащее матрицу с рабочей зоной, сердечник, узлы для их взаимной соосной установки, снабжено размещенными в матрице термоэлектрическими нагревателями и горизонтально и параллельно расположенными друг к другу с равномерным шагом газоподводящими каналами, подводящим лазерным световодом, соединенным с рабочей зоной матрицы посредством рабочего световода. Подводящий и рабочий световоды соединены между собой соосно с помощью оптического разъема, а узел взаимной соосной установки матрицы и сердечника выполнен в виде равноуглового конического соединения. После заполнения рабочей зоны между матрицей и сердечником смесью порошков создается необходимое давление рабочих газов и подается высокотемпературный лазерный импульс, дающий начало высокотемпературному синтезу. Установка позволяет изготавливать оболочки двойной кривизны из карбидной, оксидной и нитридной керамики. Устройство обладает более высокими технологическими возможностями для изготовления изделий методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для изготовления крупногабаритных сложнопрофильных изделий из композиционных материалов или керамики.

Известно устройство для формования керамических изделий, содержащее матрицу, сердечник в виде эластичной оболочки, механизм деформирования оболочки и обеспечения подпитки (авторское свидетельство СССР 31570900, МКИ В28В 1/26). Недостатком известного устройства является то, что оно позволяет формовать и изготавливать изделия только из водных шликеров.

Известно устройство для формования керамических изделий, содержащее матрицу, сердечник, узлы для их соосной установки, устройство подпитки. Наружная поверхность сердечника имеет покрытие из деформируемого гидрофобного материала, что позволяет компенсировать усадку изделия в процессе подсушки (патент РФ №2191688, В28В 1/26, 2000 г.). Известное устройство имеет низкую производительность. Предназначено для подготовки заготовок только из водных шликеров.

Недостатком известного устройства является то, что устройство не имеет устройств подвода внешней энергии и не позволяет создавать избыточное давление технологических газов в рабочей зоне.

Известно устройство для формования сложнопрофильных керамических изделий, содержащее матрицу, сердечник, узлы для взаимной соосной установки и подпитки (патент РФ №2257291, В28В 1/26, 2003 г.).

Недостатком известного устройства является то, что оно не имеет возможности подвода высокой внешней энергии и не позволяет создавать необходимое давление технологических газов в рабочей зоне. Устройство имеет узкие технологические возможности и позволяет получать заготовки только из водных шликеров, которые требуют дальнейшей обработки. Устройство обладает низкой производительностью и точностью получаемых изделий.

Известно устройство для получения керамики методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, инициируемого, содержащее матрицу с рабочей зоной, сердечник, узлы для их взаимной соосной установки (CN 102876926, кл. С22С 1/05, опубл. 16.01.2013, реф.) - прототип.

Известное устройство имеет достаточно низкие эксплуатационные возможности: большая длительность фокусировки и настройки лазера, низкая точность получаемых изделий, недостаточная производительность.

Техническим результатом изобретения является создание устройства, обладающего более высокими технологическими возможностями, в том числе и для формования изделий методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Технический результат достигается тем, что устройство для получения керамических изделий методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, инициируемого лазером, содержащее матрицу с рабочей зоной, сердечник, узлы для их взаимной соосной установки, снабжено размещенными в матрице термоэлектрическими нагревателями и горизонтально и параллельно расположенными друг к другу с равномерным шагом газоподводящими каналами, подводящим лазерным световодом, соединенным с рабочей зоной матрицы посредством рабочего световода, при этом подводящий и рабочий световоды соединены между собой соосно с помощью оптического разъема, а узел взаимной соосной установки матрицы и сердечника выполнен в виде равноуглового конического соединения.

Технический результат достигается благодаря тому, что после заполнения рабочей зоны между матрицей и сердечником смесью порошков создается необходимое давление рабочих газов и подается высокотемпературный лазерный импульс, дающий начало высокотемпературному синтезу. В результате существенно повышается производительность (скорость протекания реакции может достигать 10 мм/с) и качество создаваемых изделий из тугоплавких керамических материалов.

На рис. 1 представлен общий вид устройства.

Устройство для формования изделий содержит матрицу 1, сердечник 2, узел 3 их соосной установки. Между матрицей 1 и сердечником 2 образована рабочая зона 4, в нижней части которой соосно вертикальной оси выполнено технологическое отверстие 5. Устройство снабжено источником лазерной энергии 6, который при помощи подводящего световода 7 и рабочего световода 8 через техническое отверстие 5 соединен с рабочей зоной 4. Световоды 7 и 8 соосно соединены при помощи оптического разъема 9. В матрице 1 выполнены с равномерным шагом горизонтальные газопроводящие каналы 10, соединенные трубопроводами с системой подачи технологического газа. В сердечнике 2 выполнены по меньшей мере два сквозных отверстия 11 для подачи компонентов в рабочую зону 4. В матрице 1 равномерно размещены термоэлектрические нагреватели 12, соединенные с источником электрической энергии. Узел 3 взаимной соосной установки матрицы 1 и сердечника 2 выполнен в виде равноуглового конического соединения.

Устройство работает следующим образом.

Устройство собирают в соответствии со схемой, представленной на рис. 1. Соосная установка матрицы 1 и сердечника 2 гарантированно обеспечивается за счет их равноуглового конического соединения, которое фиксируется болтами (показаны условно). Матрица 1 и сердечник 2 контактируют между собой только по коническим поверхностям соединения. В качестве огнеупорного материала для изготовления матрицы и сердечника могут быть использованы огнеупорный кирпич, бетон, кварц, керамическое волокно и др. в зависимости от материалов и режимов протекания процесса. Через сквозные отверстия 11 малыми порциями с большой скоростью подается заранее подготовленная смесь порошков необходимого состава, которая плотно заполняет рабочую зону 4 по всему объему. После этого отверстия 11 закрывают заглушками (не показаны). При наличии технологической необходимости включают термоэлектрические нагреватели 12, которые нагревают смесь порошков до промежуточной температуры (300-500°С). От газогенератора по газоподводящим каналам 10 подается технологический газ, состав и давление которого зависят от используемой смеси порошков и получаемого материала. От источника лазерной энергии 6 по подводящему световоду 7 и рабочему световоду 8 подается высокотемпературный импульс, который фокусируется в малом объеме порошка и инициирует химическую реакцию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, которая перемещается по рабочей зоне 4 со скоростью несколько десятков миллиметров в секунду и преобразует спрессованный порошок в тугоплавкий материал. После того, как фронт экзотермической реакции пройдет по всей рабочей зоне 4, она прекращается, и устройство разбирают, извлекая готовое изделие. Если изделие необходимо закалить, то снимают сердечник 2 и подают хладагент (вода, сжиженный газ и т.п.), резко охлаждая полученное изделие. Рабочий световод 8 является одноразовым, т.к. процесс происходит при температуре до 2500-3000°С, и он разрушается. Оптический разъем 9 позволяет его легко заменить на новый. Установка позволяет изготавливать оболочки двойной кривизны из карбидной, оксидной и нитридной керамики, производительность при этом увеличивается более чем в три раза.

Устройство для получения керамических изделий методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, инициируемого лазером, содержащее матрицу с рабочей зоной, сердечник, узлы для их взаимной соосной установки, отличающееся тем, что устройство снабжено размещенными в матрице термоэлектрическими нагревателями и горизонтально и параллельно расположенными друг к другу с равномерным шагом газоподводящими каналами, подводящим лазерным световодом, соединенным с рабочей зоной матрицы посредством рабочего световода, при этом подводящий и рабочий световоды соединены между собой соосно с помощью оптического разъема, а узел взаимной соосной установки матрицы и сердечника выполнен в виде равноуглового конического соединения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технической керамики, в частности, к износостойкому композиционному наноструктурированному материалу на основе кубического нитрида бора (cBN), содержащему фазы нитрида кремния (Si3N4) и оксида алюминия (Al2O3), предназначенному для применения в режущих инструментах, используемых для обработки закаленных сталей с твердостью до 65 HRC и чугунов, а также способу получения этого материала.

Изобретение относится к производству проппантов, используемых при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта. Многослойный проппант получен на основе спеченного алюмосиликатного сырья в виде гранул, с пикнометрической плотностью 2,0-3,5 г/см3 и размерами 0,2-2,5 мм.
Способ относится к технологии производства алюмонитридных керамических деталей плоской конфигурации, изготовленных методом литья шликеров на движущуюся ленту, и может быть использован для улучшения их физико-технических свойств и увеличения выхода годных керамических деталей после обжига.
Предлагаемое изобретение относится к производству крупногабаритных изделий из мелкозернистого графита с длиной более 800 мм и диаметром более 300 мм. Технический результат изобретения - повышение выхода годных крупногабаритных изделий мелкозернистого графита изостатического прессования за счет снижения брака по трещинам на стадии обжига в многокамерных промышленных печах.

Изобретение относится к технологии получения пьезоэлектрических керамических материалов на основе твердых растворов ниобатов калия-натрия (КНН), предназначенных для использования в электромеханических преобразователях, работающих в режиме приема, в частности, в гидроакустических приемных устройствах.

Изобретение относится к технологии получения керамических порошков нитрида алюминия, которые могут быть использованы в электронике, электротехнике, в частности, в качестве материала подложек мощных силовых и СВЧ-полупроводниковых приборов.

Изобретение относится к области получения поликристаллических материалов, которые могут быть использованы, преимущественно, для изготовления бурового и правящего инструмента.

Изобретение относится к электротехнике и электронике, а именно к технологии изготовления пьезоэлементов из электрофизической керамики. Способ нагрева заготовки пьезоэлемента включает размещение предварительно сформованной и обожженной заготовки пьезоэлемента из керамики в форме, изготовленной из диэлектрика с высоким значением тангенса угла диэлектрических потерь, и последующий нагрев размещенной в указанной форме заготовки пьезоэлемента в поле СВЧ.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления керамических проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта.

Изобретение относится к области технической керамики, в частности к износостойкому композиционному керамическому наноструктурированному материалу на основе оксида алюминия, который может быть использован для изготовления режущего инструмента и износостойких деталей для машиностроения.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению композиционного материала самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (СВС) в пресс-форме.
Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению материалов с использованием самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Прессуют цилиндрическую заготовку из механически активированной смеси порошков оксида титана TiO2, оксида лантана La2O3 и бора, полученную цилиндрическую заготовку нагревают в вакуумной камере при температуре 300-350°C и инициируют вольфрамовой спиралью в ней реакцию горения в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Изобретение относится к получению изделий из порошковых материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Мишень для получения покрытий ионно-плазменным напылением состоит из профилированной металлической пластины, с которой посредством слоя металлического припоя через промежуточный слой в виде таблетки на основе керамического материала соединен рабочий распыляемый слой в виде таблетки на основе керамического материала.

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению пористых металлических материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может использоваться в медицинской имплантологии.

Изобретение относится к прессованию порошковых заготовок в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Устройство содержит контейнер с расположенной в ней цилиндрической матрицей, верхний и нижний пуансоны, рабочие поверхности которых расположены напротив друг друга с образованием замкнутого пространства, верхний и нижний пневмоцилиндры, которые посредством штоков соединены соответственно с опорными поверхностями верхнего и нижнего пуансона.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к интерметаллидному сплаву на основе системы алюминий-титан , который может быть использован при производстве изделий и покрытий, в частности в производстве лопаток газотурбинных двигателей, клапанов моторов, вентиляторов для горячих газов.

Изобретение относится к металлургии. Пористый сплав на основе никелида титана для медицинских имплантатов, полученный самораспространяющимся высокотемпературным синтезом, содержит в качестве легирующей добавки медь, замещающую никель, в концентрации от 3 до 6 атомарных процентов.

Изобретение относится к керметам, а именно к получению композиционного материала Al2O3-Al. Сплав Al-Mg с содержанием магния 15-25 мас.% обрабатывают водным раствором едкого натра до образования в маточном растворе осадка в виде гранул.

Группа изобретений относится к порошковой металлургии и обработке промышленных и бытовых сточных вод. Способ получения катализатора для очистки сточных вод от фенола включает азотирование при давлении азота 1,0-12,0 МПа предварительно измельченного ферросплава до размера частиц менее 160 мкм в режиме самоподдерживающегося фильтрационного горения и доазотирование в режиме объемного горения при давлении азота 0,15-10,0 МПа в течение 0,5-1,0 ч.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению жаропрочных сплавов. Может использоваться в области авиационного двигателестроения для получения лопаток и защитных покрытий на бандажных полках лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ).

Изобретение относится к получению открытопористого наноструктурного никеля. Смешивают порошкообразный кристаллогидрат нитрат никеля и жидкий многоатомный спирт в качестве газообразующего восстановителя при следующем соотношении: жидкий многоатомный спирт/порошкообразный кристаллогидрат нитрата никеля 1:(2,5-4). Заполняют полученной смесью разогретый до 80°С тигель не более чем на 1/5 его высоты и осуществляют локальное инициирование реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в смеси с обеспечением постоянного отвода образующихся в результате горения газообразных продуктов. Обеспечивается повышение качества пористого наноструктурного никеля с удельной поверхностью от 20 до 40 м2/г, а также однородность наноструктуры без включений не прореагировавших реагентов. 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к устройствам для изготовления крупногабаритных сложнопрофильных изделий из композиционных материалов или керамики. Устройство для формирования керамических изделий, содержащее матрицу с рабочей зоной, сердечник, узлы для их взаимной соосной установки, снабжено размещенными в матрице термоэлектрическими нагревателями и горизонтально и параллельно расположенными друг к другу с равномерным шагом газоподводящими каналами, подводящим лазерным световодом, соединенным с рабочей зоной матрицы посредством рабочего световода. Подводящий и рабочий световоды соединены между собой соосно с помощью оптического разъема, а узел взаимной соосной установки матрицы и сердечника выполнен в виде равноуглового конического соединения. После заполнения рабочей зоны между матрицей и сердечником смесью порошков создается необходимое давление рабочих газов и подается высокотемпературный лазерный импульс, дающий начало высокотемпературному синтезу. Установка позволяет изготавливать оболочки двойной кривизны из карбидной, оксидной и нитридной керамики. Устройство обладает более высокими технологическими возможностями для изготовления изделий методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. 1 ил.

Наверх