DE2436951A1

DE2436951A1 - Explosive compaction of metal and ceramic powders, fibres and foils - in which capsule contg. the mixt. drops into explosive

Info

Publication number: DE2436951A1
Application number: DE2436951A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr Ing Pruemmer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1974-07-31
Filing date: 1974-07-31
Publication date: 1976-02-12
Also published as: DE2436951B2

Abstract

Ceramic- or metallic- matls. and mixts. are explosively compacted by heating the matl. in a capsule and then subjecting to an explosion triggered by an impact igniter or an electrical contact, etc.; the speed at which the capsule is fed into the explosive device precluding any heat transfer to the explosive in the bried lapse of time occurring between insertion of the capsule and detonation. The heated powder may be in a vacuum or inert gas and the resulting compact may be sintered. Mixts. may be used which only react at high temp. and press. produced by the explosion. Fibres and metal foil may be included. Compacts are mfd. from soft metal powder, e.g. Al, or hard powders such as heat-resisting alloys. or mixts. which form cermets. Fibres can be embedded in powder or wrapped in metal foils; a bar of metal or ceramic may be used in place of powder.

Description

Verfahren und Vorrlchtlng zum explosiven Verdichten von erhitztem Keramik- und Metallmaterial Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum explosiven Verdichten von erhitztem Keramik- und Metallmaterial, d.h. von Pulvern und deren Mischungen sowie von Metallfolien mit Fasereinlagen und von Metallstäben.Process and device for explosive compression of heated Ceramic and metal material The invention relates to a method for explosive Compaction of heated ceramic and metal material, i.e. powders and their Mixtures and of metal foils with fiber inserts and of metal rods.

Das Verdiohten oder Kompaktieren von Metall- und Keramikpulvern durch Explosivdruck ist bekannt. Dabei wird ein Metallrohr mit dem zu verdichtenden Material gefüllt, mit Endstopfen versehen und allseitig von einer gleichmäßigen Sprengstoffsobiobt bedeckt. Bei der in axialer Richtung ablaufenden Detonation des Sprengstoffes wirkt auf das Hüllrohr eine über den Umfang gleichmässige Druckwelle.The thickening or compacting of metal and ceramic powders by Explosive pressure is known. A metal pipe is attached to the material to be compacted filled, provided with end plugs and on all sides by a uniform explosive biobt covered. When the explosive detonates in the axial direction, it acts a pressure wave uniform over the circumference on the cladding tube.

Das Rohr wird verengt, das darin befindliohe Pulver verdichtet. Es ist bekannt, daß dieser Verdichtungsprozess nicht niit einem isostatischen Pressvorgang vergleichbar ist. Vielmehr entsteht im Pulver eine Druckwelle, die mit einer dem Pulver und dessen Sehgittungsdichte charakteristischen Geschwindigkeit fortschreitet. Es war das Ergebnis neuerer Untersuchungen, daß beim Explosivverdichten je nach zu verdichtenden Metall- oder Keramikpulver spezifische Sprengstoffarten und -mengen einzusetzen sind.The tube is narrowed and the powder it contains is compressed. It it is known that this compression process does not involve an isostatic pressing process is comparable. Rather, a pressure wave arises in the powder, which with one of the Powder and its grid density characteristic speed advances. It was the result of recent investigations that depending on the explosive compaction Metal or ceramic powder to be compacted, specific types and quantities of explosives are to be used.

Nur dann fJerden über den Querschnitt homogene Verdichtungen höchster Dichte erzielt. Andernfalls treten Risse und/oder Löcher oder auch unverdichtete Bereiche in den zylindrischen Presslingen auf.Only then will the highest homogeneous compaction occur over the cross-section Density achieved. Otherwise, cracks and / or holes or uncompacted occur Areas in the cylindrical pellets.

"Weiche" Metallpulver, z.B. Aluminiumpulver, benötigen relativ geringe Mengen eines niedrigbrisanten Sprengstoffes; "harte" Metallpulver, z.B. gasverdstes Udimet 700-Pulver - ein Material, das für hocbwarmbeansprucbte Bauteile in Turbinen Verwendung findet - benötigen eine relativ grosse Menge eines hochbrisanten Sprengstoffes."Soft" metal powders, e.g. aluminum powder, require relatively small amounts Quantities of a low-explosive substance; "hard" metal powder, e.g. gas-evaporated Udimet 700 powder - a material used for high-temperature components in turbines Uses - require a relatively large amount of a highly explosive explosive.

Es verstebt sich von selbst, daß man im Bestreben, die beim Explosivverdichten einzusetzenden Sprengstoffmengen klein zu halten, auch versucht ist, die Eigenschaften des zu verdichtenden Metall- oder Keramikpulvers in Richtung von "hartl' zu weich" zu verändern. Eine dem Kompaktierungsprozess vorausgehende Weichglühung kann hier bereits sehr nützlich sein.It goes without saying that one strives to do the explosive compression To keep the quantities of explosives to be used small, attempts are also made to improve the properties of the metal or ceramic powder to be compacted in the direction of "hard to soft" to change. Soft annealing prior to the compaction process can be carried out here already be very useful.

Eine Heißverdichtung in einem geschlossenen Gesenk ist an sich bereits bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Stempel explosiv in ein erhitztes Pulver getrieben. Der das Pulver enthaltende Raum kann gleichzeitig evakuiert sein. Die Erhitzung des Pulvers beim Kompaktieren bietet die Möglichkein, eine höhere Festigkeit naoh der Abkühlung zu erhalten.A hot compaction in a closed die is already in itself known. In this process, a punch is explosively turned into a heated powder driven. The space containing the powder can be evacuated at the same time. the Heating the powder during compacting does not offer the possibility of a higher strength after cooling.

Nachteil dieses Verfahrens ist die geringe Standzeit der Gesenke aus hochwarmfestem Stahl. Den gleichen Naohteil hat das neuerlich eingeführte Verfahren des Pulversobmiedens.The disadvantage of this process is the short service life of the dies high temperature steel. The newly introduced procedure has the same negative part of powder forging.

Auch hier liegt das Problem bei den Gesenkwerkstoffen, die sich trotz kurzer Berührungszeiten stark erwärmen und einer oft wiederholten Stossbeanspruchung nicht mehr standhalten.Here, too, the problem lies with the die materials, which despite short contact times and high temperatures and often repeated shock loads no longer withstand.

Eine explosive Verdichtung erhitzter Materialien nach dem beschriebenen Direktverfahren ist außerdem mit Schwierigkeiten verbunden, da hitzeempfindliche Sprengstoffe mit erhitzten Substanzen in Berührung kommen, ehe die eigentliche Detonation eingeleitet wird. Eine Kühlung des Sprengstoffes am Ort der Wärmezuleitung würde einen unsinnigen Versuchsaufwand und Energieverlust bedeuten, Demgemäß besteht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, die genannten Mängel zu beseitigen.An explosive compression of heated materials according to the one described Direct processes are also associated with difficulties because they are heat-sensitive Explosives come into contact with heated substances before the actual detonation is initiated. A cooling of the explosives at the place of the heat supply would mean a senseless experimentation and loss of energy, Accordingly the object on which the invention is based is to remedy the aforementioned shortcomings remove.

Sie wird erfin6ungsgemäß dadurch gelöst, daß der das zu verdichtende Material enthaltende Behälter außerhalb der Sprengstoffanordnung in an sich bekannter Weise erhitzt wird und danach die Zusammenführung des Behälters und der Sprengstoffanordnung mit einer solohen Geschwindigkeit erfolgt, daß in der Zeit zwischen dem Eintauchen in die Sprengstoffanordnung und der durch einen Aufschlagzünder, einen elektrischen Kontakt o.ä.It is achieved according to the invention in that the one to be compressed Containers containing material outside the explosives arrangement in a per se known Way is heated and then the merging of the container and the explosives assembly is done at a rate as fast as that in the time between immersion into the explosive device and that of an impact fuse, an electric one Contact or similar

ausgelösten Detonation ein Wärmeaustausch nioht erfolgen kann. Die Versuchsanordnung ist beispielsweise schematisch in Fig. 1 gezeigt: Die das Material enthaltende Kapseliwlrd in einem Rohrofen 2 erhitzt. Die Erwärmungstemperatur richtet sich nach der Art des Naterials und kann bis ca. 14000C betragen. Nach Erzielung einer gleichmäßigen Temperatur wird die Kapsel ausgelöst und fällt aufgrund ihres Eigengewichtes oder auch evtl. durch eine Feder oder Pressluft angetrieben durch das zum Rohrofen konzentrisch angeordnete Fallrohr 3.triggered detonation heat exchange cannot take place. the Experimental arrangement is shown schematically, for example, in Fig. 1: The the material containing capsule is heated in a tube furnace 2. The heating temperature aligns depends on the type of material and can be up to 14000C. After achieving an even temperature, the capsule is triggered and falls due to it Dead weight or possibly driven by a spring or compressed air the downpipe 3 arranged concentrically to the tube furnace.

Am anderen Ende des Fallrohres befindet sich die Anordnung des Explosiv stoffes 4. Nachdem die Kapsel ganz in den Explosivstoff eingetaucht ist, löst sie entweder durch Aufsohlag auf einen Aufschlagzünder oder auf einen elektrischen Kontakt 5 die Detonation aus. Je nach Anordnung des Explosivs stoffe@ und der Zündeinleitung kann die Richtung der Detonation entweder mit der ursprünglichen Bewegungsrichtung der Kapsel übereinstimmen oder auch entgegengesetzt sein. Das Fallrohr ist von einer massiven Platte umgeben, die den Rohrofen vor der bei der Detonation auftretenden Druokwelle schützt.At the other end of the downpipe is the arrangement of the explosive stoffes 4. After the capsule is completely immersed in the explosive, it dissolves either by insole on a percussion fuse or on an electrical contact 5 the detonation. Depending on the arrangement of the explosives @ and the initiation of ignition can change the direction of the detonation either with the original direction of movement match or be opposite of the capsule. The downpipe is from one massive plate surrounding the tube furnace before the detonation Druokwelle protects.

Es können auch Mischungen von zwei oder mehreren Stoffen (z.B. zur Herstellung von Cermets) zur Behandlung kommen.Mixtures of two or more substances (e.g. for Manufacture of cermets) come for treatment.

Weiter ist es möglich, in die Pulver zur Verfestigung vor dem Verdichten Fasern einzubetten. Auf diese Weise können Metallfasern in Keramik- oder Metallpulver (z.B. Wolfram-Fasern in hochwarmfeste Superlegierungspulver) oder Keramikfasern (z.B. SiC-Fasern in Aluminiummatrix) in Keramik- oder Metallpulver eingebettet werden. Bei der Heißverdichtung kann unter Umständen die Sinterbehandlung entfallen.It is also possible to solidify in the powder before compacting Embed fibers. In this way, metal fibers can be turned into ceramic or metal powder (e.g. tungsten fibers in high-temperature superalloy powder) or ceramic fibers (e.g. SiC fibers in an aluminum matrix) can be embedded in ceramic or metal powder. In the case of hot compression, the sintering treatment can be omitted under certain circumstances.

Beim Verdichten von erhitzten Metallfolien 6 mit Metall-oder Keramikfasereinlagen 7 (Fig. 2) und Metallstäben kann die gleiche Anordnung wie für Pulver verwendet werden. Bei Netallstäben kann die Kapsel entfallen.When compressing heated metal foils 6 with metal or ceramic fiber inserts 7 (Fig. 2) and metal rods can use the same arrangement as for powder will. The capsule can be omitted in the case of metal rods.

Claims

PATENT PROOFS

lo Process for the explosive compression of heated ceramic and Metal material and their-Misohungen characterized in that one is to be compacted Material containing capsule heated in a known manner and danaoh with a Explosives assembly is brought together at such a rate that in the time between being "immersed" in the explosive device and being through an impact fuse, an electrical contact Ooäo triggered detonation no Heat exchange between the capsule and the explosive can take place.

2. The method according to claim 1, characterized9 that then sintering takes place. Method according to claim 19, characterized in that 9 the heated powder is digested in an evacuated state or in protective gas.

4. The method according to claim 1, characterized in that mixtures of two or more substances that only interact with each other at high pressures and temperatures react S are explosively compressed and thus made to react.

5. The method according to claim 1, characterized in that fibers in the powder will be embedded.

6. The method according to Anspruoh 1, characterized in that with fibers wrapped metal foils are compressed into fiber-reinforced materials.

7. The method according to claim 1, characterized in that a compact Rod takes the place of the metal or ceramic powder to be compacted.

8. Apparatus for performing the method naoh claim 19 characterized through a tube furnace (i) in which the capsule is releasably suspended9 and to which a Pall tube (3) is connected, through which the capsule in the explosive arrangement (4) falls and the ignition is triggered.

9. Apparatus for performing the method according to claim 19 characterized through a tube furnace (1) 9 in which the capsule hangs on an axially attached wire and is thereby drawn into the explosive device. Blank page