Способ изготовления плит из керамических и композиционных материалов

Изобретение относится к изготовлению плит из керамических и композиционных материалов. Способ включает приготовление экзотермической смеси порошков, прессование смеси в заготовку, помещение ее в пресс-форму, инициирование реакции горения и последующее прессование продуктов горения. Процесс прессования ведут плунжером пресса под действием осевого давления 10-50 МПа при перемещении боковых стенок пресс-формы в поперечном направлении с обеспечением свободного сжатия продуктов горения. Обеспечивается повышение качества получаемых изделий за счет более равномерного распределения давления и плотности при прессовании продуктов горения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению изделий в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в сочетании с высокотемпературным сдвиговым пластическим деформированием продуктов горения в условиях их свободного сжатия. Изобретение может быть использовано для получения плит, применяемых в авиационной, металлургической промышленности, машиностроении и двигателестроении.

Известен традиционный способ получения компактных изделий из порошковых материалов методом СВС-прессования. В этом способе используют пресс-формы с неподвижными боковыми стенками, которые выдерживают достаточно высокие давления до 1000 МПа и высокие тепловые нагрузки до 2000-4000°С, а также гидравлические пресса, обеспечивающие необходимые высокие давления прессования. (А.П. Амосов, И.П. Боровинская, А.Г. Мержанов; под науч. ред. В.Н. Анциферова. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению "Металлургия" Москва, 2007. С. 218-243).

Известен способ получения изделий из порошковых материалов, включающий приготовление экзотермических смеси порошка, прессование смеси в брикет, размещение его в теплоизолирующей пористой оболочке в матрице, инициирование реакции горения и горячее прессование продуктов горения совместно с оболочкой (RU 2060866 С1, B22F 3/23, B22F 3/14, 27.05.1996).

Общими недостатками указанных технических решений является то, что прессование продуктов горения осуществляют в режиме одностороннего сжатия в условиях пристенного внешнего трения по поверхности пресс-формы, что приводит к резкому уменьшению усилия прессования по высоте порошковой заготовки и, как следствие, образование неравномерности распределения давления и пористости в изделии, особенно при соотношении высоты к диаметру исходной заготовки выше 2.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения компактных изделий из порошков тугоплавких неорганических соединений методом СВС-прессования, в котором совмещается самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) и прессование продуктов горения в жесткой пресс-форме. Этот способ включает приготовление экзотермической смеси исходных порошков, прессование смеси в брикет, размещение его в теплоизолирующей пористой оболочке и в пресс-форме, инициирование реакции горения и горячее прессование продуктов горения (RU 2367541 C1, B22F 3/23, С22С 1/04, 31.01.2008).

Недостатками указанного технического решения, как и в предыдущих случаях, также является то, что прессование осуществляется в режиме одностороннего сжатия в условиях пристенного внешнего трения по поверхности пресс-формы, что приводит к резкому уменьшение усилия прессования по высоте исходной заготовки. Как следствие, возникает неоднородность распределения давления и плотности в получаемом изделии, что существенно сказывается на их качестве. Из-за внешнего трения даже при самых благоприятных условиях одностороннее прессование практически непригодно для получения изделий из исходной заготовки с отношением высоты к диаметру выше 2.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение качества получаемых изделий, а также получение изделий варьируемых размеров, в том числе из исходных заготовок с отношением высоты к диаметру (h/d) выше 2.

Технический результат достигается тем, что способ изготовления плит из керамических и композиционных материалов включает приготовление экзотермической смеси порошков, прессование смеси в заготовку, помещение ее в пресс-форму, инициирование реакции горения и последующее прессование продуктов горения плунжером пресса под действием осевого давления 10-50 МПа при перемещении боковых стенок пресс-формы в поперечном направлении с обеспечением свободного сжатия продуктов горения, кроме того, основание пресс-формы предварительно нагревают до 100-500°С, а также прессуют исходную заготовку при отношении высоты к диаметру выше 2.

Сущность предлагаемого способа заключается в уплотнении и формовании материала под действием постоянного невысокого осевого давления (10-50 МПа) с применением пресс-формы, в которой обеспечивается возможность высокотемпературного сдвигового пластического деформирования при свободном сжатии продуктов горения за счет поперечного перемещения боковых стенок по радиальным направляющим. В качестве исходных компонентов для приготовления реакционной смеси используют порошки металлов и неметаллов. Просушенную шихту на гидравлическом прессе прессуют в заготовки размерами, превышающими на 15-20% необходимые конечные размеры изготавливаемого изделия.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где 1 - основание пресс-формы, 2 - направляющие подвижной плиты, 3 - плунжер пресса, 4 - исходная заготовка, 5 - подвижные плиты. Заготовку помещают на основание пресс-формы. Синтез осуществляют в автоматическом режиме по команде с блока управления, с помощью которого задают параметры процесса (время инициирования, время задержки перед прессованием, время выдержки под давлением), а также давление прессования. После инициирования реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и заданного времени задержки осуществляют сжатие материала плунжером пресса под действием постоянного осевого давления (10-50 МПа), при этом подвижные плиты перемещаются по направляющим в поперечном направлении, что позволяет реализовать условия высокотемпературного сдвигового пластического деформирования продуктов горения при свободном сжатии. После прессования образец помещают в печь для снятия термоупругих напряжений.

Использование наиболее благоприятной схемы напряженного состояния и высокотемпературного сдвигового пластического деформирования продуктов горения способствуют «залечиванию» макротрещин и пор в деформированном материале, в отличие от одноосного сжатия материала, которое характерно для прототипа в пресс-формах с неподвижными боковыми стенками. За счет отсутствия пристенного внешнего трения об стенки пресс-формы усилие при прессовании равномерно распределяется по всей высоте заготовки. Также за счет указанных особенностей по предлагаемому способу возможно получить изделия с варьируемыми размерами, в том числе с отношением высоты к диаметру исходной заготовки свыше 2 при использовании гидравлических прессов с малым усилием. Таким образом, практически устраняется вредное влияние внешнего трения о стенки пресс-формы на качество получаемого изделия, снимаются ограничения соответствия геометрических размеров пресс-формы и заготовки, появляется возможность использовать одну пресс-форму для изделий с варьируемым диаметром.

Сущность предлагаемого способа подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Приготавливают экзотермическую смесь исходных компонент титана, сажи, кобальта, в соотношении масс. %: Ti - 56, С - 14, Со - 30, прессуют из этой смеси заготовку диаметром и высотой 25 мм (h/d=1), размещают ее на основание пресс-формы, предварительно нагретое до 100°С, инициируют реакцию горения и сжимают плунжером пресса давлением 10 МПа. В результате получают цилиндрическую плиту из синтезированного материала TiC-Со диаметром 50 мм и высотой 5 мм, с равномерным распределением плотности (5,76±0,1 г/см3) по объему изделия.

Пример 2. Приготавливают экзотермическую смесь исходных компонент титана и бора, в соотношении масс. %: Ti - 81,6, В - 18,4, прессуют из этой смеси заготовку диаметром 25 мм и высотой 27 мм (h/d=1,1), размещают ее на основание пресс-формы, инициируют реакцию горения и сжимают плунжером пресса давлением 50 МПа. В результате получена цилиндрическая плита из синтезированного материала TiB диаметром 65 мм и высотой 4 мм, с равномерным распределением плотности (4,3±0,14 г/см3) по объему изделия.

Пример 3. Приготавливают экзотермическую смесь исходных компонент титана и бора, в соотношении масс. %: Ti - 89, В - 11, прессуют из этой смеси заготовку диаметром 30 мм и высотой 70 мм (h/d=2,3), размещают ее на основание пресс-формы, инициируют реакцию горения и сжимают плунжером пресса давлением 50 МПа. В результате получена цилиндрическая плита из синтезированного материала TiB-Ti диаметром 83 мм и высотой 3 мм, с равномерным распределением плотности (4,5±0,18 г/см3) по объему изделия.

Таким образом, предлагаемая совокупность признаков изобретения позволяет получать компактные плиты заданных размеров с равномерным распределением плотности в изделии, а также с отношением высоты к диаметру исходной заготовки свыше 2 при использовании гидравлических прессов с малым усилием. Полученные плиты могут быть использованы в авиационной, металлургической промышленности, машиностроении и двигателестроении.

1. Способ изготовления плит из керамических и композиционных материалов, включающий приготовление экзотермической смеси порошков, прессование смеси в заготовку, помещение ее в пресс-форму, инициирование реакции горения и последующее прессование продуктов горения, отличающийся тем, что процесс прессования ведут плунжером пресса под действием осевого давления 10-50 МПа при перемещении боковых стенок пресс-формы в поперечном направлении с обеспечением свободного сжатия продуктов горения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что основание пресс-формы предварительно нагревают до 100-500°С.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прессуют исходную заготовку при отношении высоты к диаметру выше 2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к установкам для изготовления листового композиционного теплораспределяющего материала на основе природного графита, который может быть использован в энергосберегающих системах для отвода и распределения тепла от трубчатых меандров радиантных потолочных панелей систем отопления и кондиционирования помещений.

Изобретение относится к изделиям с покрытием и может быть использовано в области монолитных окон, в теплоизоляционных стеклопакетах и многослойных окнах. Изделие содержит многослойное покрытие, нанесенное на стеклянную основу.

Изобретение относится к выводному элементу для применения в устройстве формирования изображений. Выводной элемент для применения в устройстве формирования изображений содержит опорный элемент и первый слой, содержащий сшитый силикон, стабилизирующий полимер, содержащий полисилоксановую основную цепь, и минеральное масло, при этом первый слой находится на опорном элементе.

Группа изобретений относится к композитной волокнистой панели, в частности для применения в дверных конструкциях иди сэндвич-панелях. Описана композитная волокнистая панель, сердцевина которой содержит от 20 до 70 мас.

Изобретение относится к стальному листу с защитным противокоррозионным покрытием и способу его изготовления и может быть использовано для производства деталей для автомобиля.
Изобретение относится к керамической и авиационной отраслям промышленности и преимущественно может быть использовано при изготовлении крупногабаритных, сложнопрофильных керамических изделий типа обтекателей летательных аппаратов.
Изобретение может быть использовано для защиты от подделки ценных многослойных изделий, таких как монеты, металлические жетоны, медали. Изделие с помощью штанг-держателей погружают в ванну для нанесения гальванического металлического покрытия, снабженную анодами из химически чистого металла, такого как никель, или медь, или латунь, или серебро.

Изобретение относится к комбинированной панели с опорной сердцевиной из ячеистого стекла, которая может применяться для внутренней отделки в качестве облицовки стен, потолка, настила пола плавучих средств, пассажирских кабин или в качестве ограждений рабочих помещений.

Изобретение относится к многослойному пакету на подложке для использования в качестве капсулы. Многослойный пакет содержит: один или более неорганических барьерных слоев для снижения переноса через них молекул газа или пара; неорганический химически активный слой, содержащий неорганический связующий материал и расположенный смежно с одним или более неорганическими барьерными слоями, и химически активный слой обладает способностью вступать в реакцию с молекулами газа или пара.

Изобретение относится к слоистым конструктивным материалам и касается шумоподавляющей прокладки. Прокладка выполнена в виде двухслойной слоистой пластины.

Группа изобретений относится к изготовлению токосъемных элементов. Спеченный материал содержит пропитанную маслом с ультрадисперсными алмазами спеченную смесь, состоящую из гранул, содержащих медь и графит, волокон и нитей углеродных, ультрадисперсных алмазов, порошков железа, графита, меди, упрочненной хромистым чугуном, шунгита, интеркаляционных соединений дисульфид молибдена и упрочняюще-легирующих компонентов.

Изобретение относится к получению длинномерного трубчатого элемента тепловых труб с порошковой капиллярной структурой на внутренней поверхности. Покрывают внутреннюю поверхность трубчатого элемента пленкой смеси, состоящей из глицерина и этилового спирта при их соотношении в пределах от 60:40% до 80:20%, располагают трубчатый элемент с наклоном относительно вертикали в пределах от 10 до 20 градусов, приводят трубчатый элемент во вращение вокруг собственной оси и засыпают железный порошок на верхнюю часть нижней образующей внутренней поверхности трубчатого элемента с получением равномерного слоя железного порошка на внутренней поверхности трубчатого элемента, после чего спеканием формируют на внутренней поверхности трубчатого элемента порошковую капиллярную структуру.
Изобретение относится к изготовлению фрикционных изделий. Способ включает нанесение и предварительное припекание свободнонасыпанного слоя фрикционного материала на стальную несущую основу и спекание под нагрузкой в защитной атмосфере.

Изобретение относится к получению композиционного материала алюминий – сталь. Способ включает формирование многослойной заготовки путем чередования алюминийсодержащих слоев и слоев стальной сетки, уплотнение многослойной заготовки прессованием и ее термообработку с получением композиционного материала.

Изобретение относится к способу изготовления композитного валка. Способ включает нанесение рабочего слоя (3) на основной корпус (2) посредством выполнения горячего изостатического прессования порошкового материала.
Изобретение относится к технологии изготовления изделий для теплообмена и проведения гетерогенного катализа, а более конкретно к cпособу припекания монослоя из медных шариков к металлической контактной поверхности тепломассообменника, и может быть использовано в производстве аппаратов для каталитической химии, теплообменников, а также в экспериментальной криогенике и производстве эффективных криоинструментов для хирургии.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для получения биметаллических втулок и подшипников скольжения с антифрикционным сплавом при изготовлении и ремонте машин.

Изобретение относится к изготовлению комбинированного изделия из твердого сплава и стали типа шип. Получают твердосплавную заготовку из порошка твердого сплава холодным прессованием в закрытой пресс-форме, проводят предварительную термообработку полученной твердосплавной заготовки спеканием при 950-1100°С в среде водорода, затем размещают твердосплавную заготовку в нижней стальной полуформе для горячего прессования с обеспечением выступания твердосплавной заготовки над поверхностью стальной полуформы, выступающую над поверхностью стальной полуформы часть твердосплавной заготовки покрывают слоем от 5 до 15 мкм суспензии, содержащей технический углерод, сушат полученное покрытие в течение 4-10 секунд водородным факелом, затем ведут горячее прессование твердосплавной заготовки при давлении 0,1-3,0 МПа, скорости нагрева от 150 до 160°С/мин, напряжении источника питания от 5 до 8 В и максимальном импульсном токе от 3 до 8 кА.

Изобретение относится к получению защитного покрытия из порошкообразного фторопласта-4 на поверхности цилиндрического стального изделия, включает напрессовку покрытия нагружением от скользящей ударной волны заряда взрывчатого вещества и последующую термообработку.

Изобретение относится к изготовлению моноблочной детали вращения (1). Вокруг вращающегося цилиндрического сердечника (2) накладывают по меньшей мере две композитные волокнистые структуры, покрытые металлом, соответственно внутреннюю (7) и внешнюю (14).

Изобретение относится к области специальной металлургии, в частности к получению электродов из высоколегированных сплавов на основе алюминидов никеля. Способ включает получение полуфабриката методом центробежного СВС-литья с использованием реакционной смеси, содержащей оксид никеля, алюминий, легирующие и функциональные добавки, и последующий двухстадийный переплав полуфабриката с получением на первой стадии рафинированного дегазированного слитка, а на второй стадии - электрода.

Изобретение относится к изготовлению плит из керамических и композиционных материалов. Способ включает приготовление экзотермической смеси порошков, прессование смеси в заготовку, помещение ее в пресс-форму, инициирование реакции горения и последующее прессование продуктов горения. Процесс прессования ведут плунжером пресса под действием осевого давления 10-50 МПа при перемещении боковых стенок пресс-формы в поперечном направлении с обеспечением свободного сжатия продуктов горения. Обеспечивается повышение качества получаемых изделий за счет более равномерного распределения давления и плотности при прессовании продуктов горения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

Наверх