RU163895U1 - Устройство для получения изделий из композиционных порошков - Google Patents

Abstract

1. Устройство для получения изделий спеканием композиционных порошков, содержащее выполненные из огнеупорного в пределах режимов спекания материала матрицу и установленные внутри матрицы с образованием зоны спекания и возможностью встречного перемещения оппозитно расположенные пуансоны, средство измерения температуры в зоне спекания, при этом первый из пуансонов выполнен с цилиндрическим каналом для измерения температуры в зоне спекания, отличающееся тем, что канал первого пуансона выполнен сквозным, а второй пуансон снабжен тугоплавким и проницаемым для электромагнитных волн цилиндрическим стержнем, установленным с возможностью перемещения по скользящей посадке внутри канала первого пуансона при встречном перемещении пуансонов с образованием своей торцевой поверхностью дна канала первого пуансона.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрический стержень выполнен проницаемым для электромагнитных волн в инфракрасном диапазоне, а средство измерения температуры выполнено в виде пирометра.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрический стержень выполнен проницаемым для электромагнитных волн в видимом диапазоне, а средство измерения температуры выполнено в виде спектрометра.4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрический стержень выполнен проницаемым для электромагнитных волн в видимом диапазоне, а средство измерения температуры выполнено в виде спектрофотометра.5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрический стержень выполнен проницаемым для электромагнитных волн в ультрафиолетовом диапазоне, а средство измерения температуры выполнено в виде ультрафиолетового

Description

Полезная модель относится к области высокотемпературного спекания различных порошковых композиций, в частности, к устройствам для получения изделий из композиционных порошков горячим прессованием или искровым плазменным спеканием.

Процесс горячего прессования предназначен для получения изделий из порошков, которые не поддаются формованию или спеканию иными способами. Как известно, горячее прессование производят в закрытых пресс-формах, при высоких температурах и давлении, которые возрастают до заданной величины. Величина давления, необходимого для уплотнения порошка, обратно пропорциональна величине температуры, то есть с ее увеличением давление уменьшается. В результате данного процесса получаются материалы, обладающие свойствами компактных металлов, плотность которых приближается к теоретической, при этом механические свойства материала повышаются.

Искровое плазменное спекание предназначено для более эффективного получения изделий из порошков за счет экономии энергии и времени по сравнению с горячим прессованием. Суть данного процесса заключается в совместном воздействии на порошковый материал импульсного постоянного тока и механического давления.

Как правило, для реализации вышеописанных методов используются устройства для получения изделий из композиционных порошков, содержащие схожие основные элементы, а именно: выполненные из огнеупорного в пределах режимов спекания материала матрицу и установленные внутри матрицы с образованием зоны спекания и возможностью встречного перемещения оппозитно расположенные пуансоны (см., например, RU №115719 U1, опубл. 10.05.2012).

К недостаткам аналога следует отнести низкое качество получаемых изделий, обусловленное невозможностью установить оптимальную температуру из-за отсутствия контроля/измерения реальной температуры в зоне спекания (внутри матрицы между пуансонами).

Наиболее близким решением к заявленному - прототипом - является устройство для получения изделий из композиционных порошков, содержащее выполненные из огнеупорного в пределах режимов спекания материала матрицу и установленные внутри матрицы с образованием зоны спекания и возможностью встречного перемещения оппозитно расположенные пуансоны, один из которых снабжен цилиндрическим каналом, предназначенным для взаимодействия входящего в устройство средства измерения температуры с дном канала. Губина канала равна высоте пуансона минус 10 миллиметров (из условия неразрушения пуансона в процессе спекания), а дно канала - плоское, для обеспечения измерения температуры на этой поверхности средством измерения температуры - пирометром [Salvatore Grasso, Johannes Poetschke, Volkmar Richter, Giovanni Maizza, Yoshio Sakka, and Michael J. Reece Low-Temperature Spark Plasma Sintering of Pure Nano WC Powder. J. Am. Ceram. Soc., Volume 96, Issue 6, 1702-1705. DOI: 10.1111/jace.12365, 2013]. В измеренное устройством значение температуры вводится поправка, учитывающая наличие перемычки между поверхностью дна канала, на которой температура измерена, и зоной спекания. С учетом поправки (рассчитывается программными средствами системы управления) в зависимости от определенной температуры в зоне спекания, осуществляется управление технологическими параметрами спекания (например, давление, плотность тока, частота импульсов и т.п.).

К недостаткам прототипа, как и известных из уровня техники аналогов, следует отнести отсутствие контроля/измерения реальной температуры в зоне спекания (ввиду недоступности зоны спекания, обусловленной конструкцией устройства, и весьма приблизительного значения рассчитываемой поправки), следствием чего является низкое качества полученных изделий из композиционного порошка из-за невозможности точного управления технологическими параметрами спекания.

Полезная модель направлена на решение задачи контроля/измерения реальной температуры в зоне спекания.

Технический результат - повышение качества получаемых изделий.

Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве для получения изделий из композиционных порошков, содержащем выполненные из огнеупорного в пределах режимов спекания материала матрицу и установленные внутри матрицы с образованием зоны спекания и возможностью встречного перемещения оппозитно расположенные пуансоны, первый из которых снабжен цилиндрическим каналом, предназначенным для взаимодействия входящего в устройство средства измерения температуры с дном канала, канал первого пуансона выполнен сквозным, а второй пуансон снабжен тугоплавким и проницаемым для электромагнитных волн цилиндрическим стержнем, предназначенным для перемещения по скользящей посадке внутри канала первого пуансона в процессе встречного перемещения пуансонов с образованием своей торцевой поверхностью дна канала первого пуансона, возможно цилиндрический стержень выполнять проницаемым для электромагнитных волн в инфракрасном диапазоне, а средство измерения температуры выполнено в виде пирометра, также возможно цилиндрический стержень выполнять проницаемым для электромагнитных волн в видимом диапазоне, а средство измерения температуры выполнено в виде спектрометра или спектрофотометра, или возможно цилиндрический стержень выполнять проницаемым для электромагнитных волн в ультрафиолетовом диапазоне, а средство измерения температуры выполнено в виде ультрафиолетового спектрометра, оптимально матрицу и пуансоны выполнять из графита, а цилиндрический стержень - из сапфира.

Полезная модель поясняется изображением, где на Фиг. представлена принципиальная схема устройства для получения изделий из композиционных порошков.

Устройство для получения изделий из композиционных порошков в соответствии со схемой на Фиг. включает (но не ограничивается указанными) следующие элементы:

1 - матрица;

2 - первый пуансон с каналом;

3 - второй пуансон со стержнем;

4 - стержень;

5 - канал;

6 - средство измерения температуры;

7 - система управления;

8 - генератор импульсов тока.

Основное отличие заявленного технического решения от прототипа заключается в замене перемычки (см. прототип) на тугоплавкий и проницаемый для электромагнитных волн в пределах режимов спекания стержень 4, предназначенный для перемещения по скользящей посадке внутри канала 5 первого пуансона 2 в процессе встречного перемещения пуансонов 2 и 3 с образованием своей торцевой поверхностью 9 дна канала 5 первого пуансона 2. Такой стержень, находясь в самом центре зоны спекания, способен пропускать электромагнитное излучение спекаемого порошкового материала, энергетические характеристики которого, а именно: интенсивность, мощность (для инфракрасного диапазона) и их спектральная плотность или спектр (для видимого и ультрафиолетового диапазона) являются функцией температуры в зоне спекания. На этом эффекте основано применение пирометра в качестве средства измерения температуры (энергии, мощности, интенсивности) для электромагнитных волн в инфракрасном диапазоне с использованием стержня 4, проницаемого для электромагнитных волн в инфракрасном диапазоне, применение спектрометра или спектрофотометра для электромагнитных волн в видимом диапазоне с использованием стержня 4, проницаемого для электромагнитных волн в видимом диапазоне, или ультрафиолетовый спектрометр для электромагнитных волн в ультрафиолетовом диапазоне с использованием стержня 4, проницаемого для электромагнитных волн в ультрафиолетовом диапазоне.

С точки зрения близости физико-механических свойств, что важно для одинакового поведения элементов в процессе взаимной работы, с учетом оптических требований к стержню 4 (температурные зависимости диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь для электромагнитных волн в ИК, УФ и в видимом диапазонах длин волн), оптимально выполнять матрицу 1 и пуансоны 2, 3 из графита, а стержень 4 - из сапфира.

Устройство для получения изделий из композиционных порошков работает следующим образом: Стержень 4 устанавливается с натягом в соосный круглый паз пуансона 3. В матрицу 1 устанавливается с натягом пуансон 3 так, что стержень 4 находился в полости между матрицей 1 и пуансоном 3. Далее засыпается в полости между матрицей 1, пуансоном 3 и стержень 4 порошковый материал, который заполняет зону спекания 10. Следом устанавливается в матрицу 1 пуансон 2 таким образом, что в канал 5 пуансона 2 входил стержень 4 и он мог перемещаться по скользящей посадке внутри канала 5. Далее осуществляется подпрессовки порошкового материала пуансонами 2 и 3. После подпрессовки собранная конструкция зажимается в установке, например, искрового плазменного спекания (на чертеже не показана), таким образом, чтобы пуансоны 2 и 3 опирались на токоподводы пресса (на чертеже не показаны), при этом торцевая поверхность 9 стержня 4 была обращена к продолжении канала 5 внутри установки (на чертеже не показано). Через токоподводы пресса (на чертеже не показаны), подводят импульсы тока от генератора 8 и одновременно увеличивается давление в зоне спекания 10 за счет встречного движения пуансонов 2 и 3. При подаче напряжения импульсы постоянного тока проходят через верхний токоподвод пресса (на чертеже не показаны), пуансона 2, матрицу 1, пуансона 3 и нижний токоподвод пресса (на чертеже не показаны). Проходя через графитовые элементы 1, 2 и 3, электрический ток нагревает их, обеспечивая, таким образом, нагрев зоны спекания 10 до температуры спекания. При нагреве, зона спекания 10 излучает электромагнитные волны в широком спектре длин волн и входящий в стержень 4 коллимированный пучок света испытывает множественные переотражения внутри стрежня 4, включая множество полных внутренних отражений, поэтому на выходе, через торцевую поверхность 9, пучок света 11 имеет гауссову форму пространственного распределения интенсивности. Световой пучок попадает через канал 5 в средство измерения температуры 6 и оно передает сигнал в систему управления 7 для сравнения и контроля реальной температуры с требуемой при процессе спекания. После обработки сигнала система управления 7 контролирует работу генератора 8 и вводит поправки для поддержания температуры спекания в пределах заданного (эталонного) диапазона, гарантирующего качественное спекание изделия.

Точно так же устройство работает, будучи включенным в состав установки горячего прессования.

Изложенное позволяет сделать вывод о том, что поставленная задача полезной модели - контроль/измерение реальной температуры в зоне спекания - решена, а заявленный технический результат - повышение качества получаемых изделий - достигнут.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к области высокотемпературного спекания различных порошковых материалов и композиций, в частности, к устройствам для получения изделий из композиционных порошков горячим прессованием или искровым плазменным спеканием;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Claims (7)

1. Устройство для получения изделий спеканием композиционных порошков, содержащее выполненные из огнеупорного в пределах режимов спекания материала матрицу и установленные внутри матрицы с образованием зоны спекания и возможностью встречного перемещения оппозитно расположенные пуансоны, средство измерения температуры в зоне спекания, при этом первый из пуансонов выполнен с цилиндрическим каналом для измерения температуры в зоне спекания, отличающееся тем, что канал первого пуансона выполнен сквозным, а второй пуансон снабжен тугоплавким и проницаемым для электромагнитных волн цилиндрическим стержнем, установленным с возможностью перемещения по скользящей посадке внутри канала первого пуансона при встречном перемещении пуансонов с образованием своей торцевой поверхностью дна канала первого пуансона.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрический стержень выполнен проницаемым для электромагнитных волн в инфракрасном диапазоне, а средство измерения температуры выполнено в виде пирометра.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрический стержень выполнен проницаемым для электромагнитных волн в видимом диапазоне, а средство измерения температуры выполнено в виде спектрометра.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрический стержень выполнен проницаемым для электромагнитных волн в видимом диапазоне, а средство измерения температуры выполнено в виде спектрофотометра.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрический стержень выполнен проницаемым для электромагнитных волн в ультрафиолетовом диапазоне, а средство измерения температуры выполнено в виде ультрафиолетового спектрометра.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что матрица и пуансоны выполнены из графита.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрический стержень выполнен из сапфира.

Images