RU183888U1

RU183888U1 - Device for producing products from composite powders

Info

Publication number: RU183888U1
Application number: RU2017143857U
Authority: RU
Inventors: Пинарготе Нестор Вашингтон Солис; Михаил Владиславович Журавлев; Павел Юрьевич Перетягин; Антон Викторович Смирнов
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2018-10-08

Abstract

Полезная модель относится к области высокотемпературного спекания различных порошковых материалов и порошкообразных композиций, в частности к устройствам для получения изделий из композиционных порошков горячим прессованием или искровым плазменным спеканием. 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 расположенных пуансонов, один из которых снабжен цилиндрическим каналом, предназначенным для взаимодействия входящего в устройство средством измерения параметров зоны спекания с дном канала, оно дополнительно содержит источник оптического излучения, дно канала выполнено в виде установленной в ответном пазе пуансона плоско-вогнутой отрицательной (рассеивающей) линзы из тугоплавкого и проницаемого для электромагнитных волн в тепловых пределах режимов спекания материала, размещенной так, что ее плоская поверхность обращена к зоне спекания, а вогнутая отражающая поверхность обращена в канал, при этом средство измерения параметров зоны спекания выполнено в виде регистратора параметров проходящего насквозь линзы и отраженного на вогнутой поверхности оптического излучения, возможно матрицу и пуансоны выполнять из графита, а также возможно плоско-вогнутую сферическую линзу выполнять из лейкосапфира или плавленого кварца, также возможно вогнутую поверхность сферической линзы выполнять полупрозрачной или металлизированной, желательно вогнутую поверхность линзы выполнять сферической, гиперболической или параболической, оптимально источник оптического излучения выполнять в виде лазера, желательно регистратор параметров оптического излучения выполнять в виде интерферометра эталона Фабри-Перо, фотодиодной матрицы, спектрофотометра, спектрографа, пирометра, болометра или тепловизора. Технический результат - повышение качества получаемых изделий. 15 з.п. ф-лы, 6 ил.The utility model relates to the field of high-temperature sintering of various powder materials and powder compositions, in particular to devices for producing products from composite powders by hot pressing or spark plasma sintering. In a device for producing products from composite powders containing a matrix made of a material that is refractory within the sintering regimes and installed inside the matrix with the formation of a sintering zone and the possibility of opposed movement of opposed punches, one of which is equipped with a cylindrical channel designed for interaction of the measuring device included in the device parameters of the sintering zone with the channel bottom, it additionally contains an optical radiation source, the channel bottom is made in the form a flat-concave negative (scattering) lens made of a refractory and permeable to electromagnetic waves in the thermal limits of the sintering modes of the material placed in the reciprocal groove of the punch, placed so that its flat surface faces the sintering zone and the concave reflective surface faces the channel, while measuring the parameters of the sintering zone is made in the form of a registrar of parameters passing through the lens and reflected on the concave surface of the optical radiation, it is possible to perform the matrix and punches h graphite, and also it is possible to make a flat-concave spherical lens from leucosapphire or fused quartz, it is also possible to make the concave surface of the spherical lens translucent or metallized, it is desirable to make the concave surface of the lens spherical, hyperbolic or parabolic, it is optimal to perform the optical radiation source in the form of a laser, preferably The optical radiation parameters recorder should be implemented as a Fabry-Perot etalon interferometer, photodiode array, spectrophotometer, spectrometer afa, pyrometer or bolometer imager. The technical result is an increase in the quality of the products obtained. 15 s.p. f-ly, 6 ill.

Description

Полезная модель относится к области высокотемпературного спекания различных порошковых материалов и порошкообразных композиций, в частности, к устройствам для получения изделий из композиционных порошков горячим прессованием или искровым плазменным спеканием.The utility model relates to the field of high temperature sintering of various powder materials and powder compositions, in particular, to devices for producing products from composite powders by hot pressing or spark plasma sintering.

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.The hot pressing process is designed to produce products from powders that are not amenable to molding or sintering in other ways. As you know, hot pressing is carried out in closed molds, at high temperatures and pressures, which increase to a predetermined value. The pressure required to seal the powder is inversely proportional to the temperature, that is, with its increase, the pressure decreases. As a result of this process, materials are obtained that have the properties of compact metals, the density of which is close to theoretical, while the mechanical properties of the material increase.

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 импульсов тока и механического давления.Spark plasma sintering is designed to more efficiently obtain products from powders by saving energy and time compared to hot pressing. The essence of this process is the combined action of current pulses and mechanical pressure on the powder material.

Как правило, для реализации вышеописанных методов используются устройства 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 плоским дном канала 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 JVC 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 и скважность импульсов и т.п.).Typically, to implement the above methods, devices are used to obtain products from composite powders containing a matrix made of refractory material within the sintering regimes and installed inside the matrix with the formation of a sintering zone and the possibility of opposing movement of opposed punches, one of which is equipped with a cylindrical channel designed for the interaction of the temperature measuring means included in the device with a flat bottom of the channel to ensure the measurement of temperature tours on this surface temperature measurement means - pyrometer [Salvatore Grasso, Johannes Poetschke, Volkmar Richter, Giovanni Maizza, Yoshio Sakka, and Michael J. Reece Low-Temperature Spark Plasma Sintering of Pure Nano JVC Powder. J. Am. Ceram. Soc., Volume 96, Issue 6, 1702-1705. DOI: 10.1111 / jace. 12365, 2013]. A correction is introduced into the temperature value measured by the device, taking into account the presence of a jumper between the bottom surface of the channel at which the temperature is measured and the sintering zone. Subject to an amendment (calculated by the control system software), depending on a specific temperature in the sintering zone, sintering technological parameters are controlled (for example, pressure, current density, pulse frequency and duty cycle, etc.).

К недостаткам аналога 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.The disadvantages of the analogue include the lack of control / measurement of the actual temperature in the sintering zone (due to the inaccessibility of the sintering zone due to the design of the device and the very approximate value of the calculated correction), which results in low quality of the obtained products from composite powder due to the impossibility of precise control of technological parameters sintering.

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, дно канала выполнено в виде установленной в ответном пазе пуансона вставки в виде сферической линзы из тугоплавкого оптически прозрачного материала с переменным в температурном диапазоне спекания коэффициентом преломления с плоской входной и выпуклой выходной поверхностями, размещенной так, что ее входная поверхность обращена к зоне спекания, выходная поверхность обращена в канал (см., например, RU №163794; опубл. 10.08.2016).The closest solution to the claimed - the prototype - is a device for producing products from composite powders, containing a matrix made of refractory material within the sintering regimes and installed inside the matrix with the formation of a sintering zone and the possibility of opposing movement of opposed punches, one of which is equipped with a cylindrical channel, intended for the interaction of the temperature measuring means included in the device with the channel bottom, the channel bottom is made in the form of a set in the counter groove of the insert punch in the form of a spherical lens made of a refractory optically transparent material with a refractive index variable in the sintering temperature range with a flat input and convex output surfaces, placed so that its input surface faces the sintering zone, the output surface faces the channel (see , for example, RU No. 163794; publ. 08/10/2016).

К недостаткам прототипа, как и известных из уровня техники аналогов, следует отнести отсутствие одновременного использования двух или более возникающих при спекании температурных эффектов для контроля/измерения/проверки реальной температуры в зоне спекания, следствием чего является низкое качества полученных изделий из композиционного порошка из-за невозможности точного управления технологическими параметрами спекания.The disadvantages of the prototype, as well as analogues known from the prior art, include the lack of simultaneous use of two or more temperature effects arising during sintering to control / measure / verify the actual temperature in the sintering zone, which results in low quality of the obtained products from composite powder due to the impossibility of precise control of the technological parameters of sintering.

Полезная модель направлена на решение задачи повышения достоверности контроля/измерения/проверки реальной температуры в зоне спекания.The utility model is aimed at solving the problem of increasing the reliability of control / measurement / verification of real temperature in the sintering zone.

Технический результат - повышение качества получаемых изделий.The technical result is an increase in the quality of the products obtained.

Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве 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 средством измерения параметров зоны спекания с дном канала, оно дополнительно содержит источник оптического излучения, дно канала выполнено в виде установленной в ответном пазе пуансона плоско-вогнутой отрицательной (рассеивающей) линзы из тугоплавкого и проницаемого для электромагнитных волн в тепловых пределах режимов спекания материала, размещенной так, что ее плоская поверхность обращена к зоне спекания, а вогнутая отражающая поверхность обращена в канал, при этом средство измерения параметров зоны спекания выполнено в виде регистратора параметров проходящего на сквозь линзы и отраженного на вогнутой поверхности оптического излучения, возможно матрицу и пуансоны выполнять из графита, а такжне возможно плоско-вогнутую сферическую линзу выполнять из лейкосапфира или плавленого кварца, также возможно вогнутую поверхность сферической линзы выполнять полупрозрачной или металлизированной, желательно вогнутую поверхность линзы выполнять сферической, гиперболической или параболической, оптимально источник оптического излучения выполнять в виде лазера, желательно регистратор параметров оптического излучения выполнять в виде интерферометра эталона Фабри-Перо, фотодиодной матрицы, спектрофотометра, спектрографа, пирометра, болометра или тепловизора.The problem is solved, and the claimed technical result is achieved by the fact that in the device for producing products from composite powders containing a matrix made of refractory material within the sintering regimes and installed inside the matrix with the formation of a sintering zone and the possibility of opposing movement of opposed punches, one of which equipped with a cylindrical channel intended for the interaction of the sintering zone parameter entering the device with the channel bottom; additionally contains a source of optical radiation, the bottom of the channel is made in the form of a flat concave negative (scattering) lens made of a refractory and permeable to electromagnetic waves in the thermal range of the sintering material placed in the counter groove of the punch, placed so that its flat surface faces the sintering zone, and the concave reflecting surface faces the channel, while the sintering zone parameter measuring means is made in the form of a parameter recorder passing through the lenses and reflected and the concave surface of the optical radiation, it is possible to make the matrix and punches of graphite, and it is also possible to make the flat-concave spherical lens of leucosapphire or fused quartz, it is also possible to make the concave surface of the spherical lens translucent or metallized, it is desirable to make the concave surface of the lens spherical, hyperbolic or parabolic Optionally, the optical radiation source is in the form of a laser; it is desirable to perform the optical radiation parameters recorder in de Fabry-Perot interferometer, photodiode array spectrophotometer, spectrograph, pyrometer or bolometer imager.

Полезная модель поясняется следующими изображениями:The utility model is illustrated by the following images:

- Фиг. 1 - принципиальная схема устройства для получения изделий из композиционных порошков;- FIG. 1 is a schematic diagram of a device for producing products from composite powders;

- Фиг. 2 - смеха пути отраженного излучения при калибровке;- FIG. 2 - laughter of the path of reflected radiation during calibration;

- Фиг. 3 - смеха пути отраженного излучения при нагреве;- FIG. 3 - laughter paths of reflected radiation when heated;

- Фиг. 4 - схема фокусного расстояния линзы при калибровке;- FIG. 4 is a diagram of the focal length of the lens during calibration;

- Фиг. 5 - схема фокусного расстояния линзы при нагреве;- FIG. 5 is a diagram of the focal length of the lens when heated;

- Фиг. 6 - пуансон с каналом.- FIG. 6 - a punch with a channel.

Устройство для получения изделий из композиционных порошков в соответствии со схемой на Фиг. 1 включает (но не ограничивается указанными) следующие элементы:A device for producing products from composite powders in accordance with the circuit of FIG. 1 includes, but is not limited to, the following elements:

1 - матрица;1 - matrix;

2 - пуансон монолитный;2 - monolithic punch;

3 - пуансон с каналом;3 - a punch with a channel;

4 - плоско-вогнутая сферическая линза;4 - flat-concave spherical lens;

5 - источник оптического излучения;5 - a source of optical radiation;

6 - регистратор параметров оптического излучения;6 - recorder parameters of optical radiation;

7 - система управления;7 - control system;

8 - генератор импульсов тока.8 - current pulse generator.

Основное отличие заявленного технического решения от прототипа заключается в замене перемычки (см. прототип) на плоско-вогнутую сферическую линзу 4, и введение в устройство источник оптического излучения в виде лазера, что одновременно позволяет регистрировать температуру спекания благодаря двум температурным эффектам: изменению кривизны вогнутой поверхности линзы и изменению фокусного расстояния за счет температурной зависимости коэффициента преломления материала линзы. Таким образом, линза в заявленном техническом решении будет работать как собирательная линза излучения от поверхности спекания и одновременно как зеркало, отражающее излучение от прибора оптического излучения 5 (лазер), что позволяет более точно контролировать температурные изменения и регистрировать реальную температуру в зоне спекания по сравнению с известным из уровни техники налогов.The main difference between the claimed technical solution and the prototype is to replace the jumper (see prototype) with a flat-concave spherical lens 4, and to introduce an optical radiation source in the form of a laser into the device, which simultaneously allows sintering temperature to be recorded due to two temperature effects: a change in the curvature of the concave surface lenses and a change in focal length due to the temperature dependence of the refractive index of the lens material. Thus, the lens in the claimed technical solution will work as a collective lens of radiation from the sintering surface and at the same time as a mirror reflecting radiation from the optical radiation device 5 (laser), which allows more precise control of temperature changes and to record the actual temperature in the sintering zone compared to known from the prior art taxes.

В заявленном техническом решении плоско-вогнутая сферическая линза 4 выполнена из тугоплавкого и проницаемого для электромагнитных волн в тепловых пределах режимов спекания материала с температуро-зависимым комплексным показателем преломления и двулучепреломлением, и включает плоскую входную поверхность 9, и вогнутую поверхность 10, которая является одновременно выходной (для излучения из зоны спекания 11) и отражающей (для луча от источника оптического излучения 5). При этом, линза 4 размещается так, что ее входная поверхность 9 обращена в зону спекания 11, а выходная отражающая поверхность 10 обращена в канал 12.In the claimed technical solution, a flat-concave spherical lens 4 is made of refractory and permeable to electromagnetic waves in the thermal limits of the sintering modes of the material with a temperature-dependent complex refractive index and birefringence, and includes a flat input surface 9, and a concave surface 10, which is simultaneously output (for radiation from the sintering zone 11) and reflective (for the beam from the optical radiation source 5). Moreover, the lens 4 is placed so that its input surface 9 faces the sintering zone 11, and the output reflective surface 10 faces the channel 12.

Вогнутая поверхность 10 линзы 4 в зависимости от температурного изменения ее кривизны способна одновременно отражать и отклонять путь отраженного луча 13 источника оптического излучения 5, и изменять пространственного положения фокуса линзы 4 в плоскость параллельно нормали площади апертуры 14 регистратора 6.The concave surface 10 of the lens 4, depending on the temperature change in its curvature, is capable of simultaneously reflecting and deflecting the path of the reflected beam 13 of the optical radiation source 5, and changing the spatial position of the focus of the lens 4 into a plane parallel to the normal to the aperture area 14 of the recorder 6.

Кривизна вогнутой поверхности 10 линзы 4 и длина фокусного расстояния 15 плоско-вогнутой линзы 4 являются зависимыми параметрами от температуры и коэффициента преломления линзы 4, который в свою очередь является функцией температуры зоны спекания 11.The curvature of the concave surface 10 of the lens 4 and the focal length 15 of the flat-concave lens 4 are dependent on the temperature and refractive index of the lens 4, which in turn is a function of the temperature of the sintering zone 11.

Изменение кривизны вогнутой поверхности 10 линзы 4 в зависимости от температуры приводит к отклонению отраженного излучения 13 от центра юстировки 16 в приемной площади апертуры 14 регистратора 6 (см., фиг. 2 и 3), таким образом плоско-вогнутая сферическая линза 4, в свою очередь, изменяет положение центра распределения интенсивности возбужденной моды лазерного пучка, и приводит к сдвигу центра поперечного сечения интенсивности моды опорного лазерного излучения в зависимости от температуры. В этом случае, в качестве регистратора отклонения отраженного лазерного пучка от центра юстировки приемной апертуры, используется фотоприемная матрица.A change in the curvature of the concave surface 10 of the lens 4 depending on the temperature leads to a deviation of the reflected radiation 13 from the center of the alignment 16 in the receiving area of the aperture 14 of the recorder 6 (see, Figs. 2 and 3), thus a flat-concave spherical lens 4, in its in turn, it changes the position of the center of the intensity distribution of the excited mode of the laser beam, and leads to a shift in the center of the cross section of the intensity of the mode of the reference laser radiation depending on temperature. In this case, as a recorder of the deviation of the reflected laser beam from the center of alignment of the receiving aperture, a photodetector array is used.

Изменение длины фокусного расстояния 15 линзы 4 в зависимости от температуры приводит к варьированию величины площади поперечного сечения 17 области фокусировки (поперечное сечение фокального объема) излучения из зоны спекания 11 (см., фиг. 4 и 5) и, в свою очередь, варьирует величину мощности падающего излучения, в площадь апертуры 14, на единицу площади поперечного сечения 17 области фокусировки. В этом случае, в качестве регистратора оптического излучения 6 для измерения температуры в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазоне с использованием линзы 4, проницаемой для электромагнитных волн, используется пирометр, резонансный болометр, тепловизор, спектрометра или спектрофотометра с установленным перед площадью апертуры 13 регистратора 6 стандартным полупрозрачным вогнутым или плоским зеркалом, дополнительной рассеивающей полупрозрачной линзой, плоскопаралельной полуволновой или четвертьволновой пластиной, прозрачной для электромагнитных волн в видимом диапазоне, полупроницаемой для электромагнитных волн в видимом, ИК или ультрафиолетовом диапазонах.Changing the length of the focal length 15 of the lens 4 depending on the temperature leads to a variation in the size of the cross-sectional area 17 of the focusing area (cross-section of the focal volume) of the radiation from the sintering zone 11 (see, Figs. 4 and 5) and, in turn, varies power of incident radiation, into the aperture area 14, per unit cross-sectional area 17 of the focus area. In this case, a pyrometer, a resonance bolometer, a thermal imager, a spectrometer or a spectrophotometer with a standard recorder 6 installed in front of the aperture area 13 are used as an optical radiation recorder 6 for measuring temperature in the infrared, visible, and ultraviolet range using a lens 4 permeable to electromagnetic waves translucent concave or flat mirror, additional scattering translucent lens, plane-parallel half-wave or quarter-wave plate, transparent oh for electromagnetic waves in the visible range, semi-permeable to electromagnetic waves in the visible, IR or ultraviolet ranges.

Таким образом, заявленное устройство для измерения температуры использует термооптическое устройство, а именно плоско-вогнутую (отрицательную) линзу с температурив зависимыми коэффициентом показателя преломления и кривизной отражающей поверхности, выполнена из двулучепреломляющего кристалла, в следствии этого, оптические свойства рассеивающей линзы, такие как коэффициент отражения, дисперсия, рефракция, становятся температурно зависимыми оптическими параметрами и дают возможность построить управляемую систему измерения температуры с использованием методов регистрации отраженного лазерного излучения и регистрации излучения проходящего через линзу, выходящего из объема спекания.Thus, the claimed device for measuring temperature uses a thermo-optical device, namely a flat-concave (negative) lens with a temperature-dependent coefficient of refraction index and curvature of the reflecting surface, made of birefringent crystal, as a result, the optical properties of the scattering lens, such as reflection coefficient , dispersion, refraction, become temperature-dependent optical parameters and make it possible to build a controlled temperature measurement system using methods of recording reflected laser radiation and detecting radiation passing through a lens exiting the sintering volume.

Поскольку в зоне спекания рабочее давление весьма высоко, сопряжение линзы 4 с ответным пазом 17 пуансона 3 оптимально осуществлять по плоской торцевой и цилиндрической поверхностям линзы 4 - в этом случае практически отсутствуют концентраторы напряжения в зоне их контакта, что делает сопряжение максимально надежным с точки зрения возможности разрушения сопрягаемых элементов.Since the working pressure in the sintering zone is very high, it is optimal to pair the lens 4 with the counter groove 17 of the punch 3 along the flat end and cylindrical surfaces of the lens 4 - in this case, there are practically no stress concentrators in the zone of their contact, which makes the pairing as reliable as possible destruction of mating elements.

С точки зрения близости физико-механических свойств, что важно для одинакового поведения элементов в процессе взаимной работы, с учетом оптических требований к линзе 4, оптимально выполнять матрицу 1 и пуансоны 2, 3 из графита, а линзу - из лейкосапфира (см., например, RU №2539682; опубл. 20.01.2015) или плавленного кварца (см., например, http://www.azimp.ru/thorlabs/uv-fused-silica-plano-concave/38433/).From the point of view of the proximity of physicomechanical properties, which is important for the identical behavior of elements in the process of mutual work, taking into account the optical requirements for lens 4, it is optimal to perform matrix 1 and punches 2, 3 from graphite, and the lens from leucosapphire (see, for example , RU No. 2539682; publ. 01.20.2015) or fused silica (see, for example, http://www.azimp.ru/thorlabs/uv-fused-silica-plano-concave/38433/).

Устройство для получения изделий из композиционных порошков работает следующим образом: в матрицу 1 устанавливается с натягом пуансон 2. В полости между матрицей 1 и пуансоном 2 засыпается порошковый материал, который заполняет зону спекания 11. Линза 4 устанавливается с натягом в ответный паз 18 пуансона 3 таким образом, что вогнутая поверхность 10 линзы 4 была обращена в канал 12. Следом пуансон 3 устанавливается в матрицу 1 так, что плоская входная поверхность 9 линзы 4 сопрягалась с зоной спекания 11. Далее осуществляется подпрессовка порошкового материала пуансонами 2 и 3. После чего, собранная конструкция зажимается, например, в установке искрового плазменного спекания (на чертеже не показана), таким образом, чтобы пуансоны 2 и 3 опирались на токоподводы пресса (на чертеже не показаны), при этом вогнутая поверхность 10 линзы 4 должна быть обращена к продолжению канала 12 внутри установки искрового плазменного спекания (на чертеже не показано). Через токоподводы пресса (на чертеже не показаны), подводят импульсы тока от генератора 8 и одновременно увеличивается давление в зоне спекания 11 за счет встречного движения пуансонов 2 и 3. При подаче напряжения электрический ток проходит через верхний токоподвод пресса (на чертеже не показан), пуансона 3, матрицу 1, пуансона 2 и нижний токоподвод пресса (на чертеже не показан). Проходя через эти графитовые элементы, электрический ток нагревает их, обеспечивая таким образом нагрев зоны спекания 11 до температуры спекания. При нагреве, зона спекания 11 излучает электромагнитные волны в широком спектре длин волн, входящие в линзу 4 через входную поверхность 9. Плоско-вогнутая линза 4 рассеивает излучение, исходящее из зоны спекания 11, и одновременно она отражает и фокусирует отраженное излучение 13 от источника оптического излучения 5 в площадь апертуры 14 регистратора 6, через канал 12.A device for producing products from composite powders works as follows: a punch 2 is inserted with an interference fit into the matrix 1. Powder material is filled in the cavity between the matrix 1 and the punch 2, which fills the sintering zone 11. The lens 4 is fitted with an interference fit in the counter groove 18 of the punch 3 with so that the concave surface 10 of the lens 4 was turned into the channel 12. Next, the punch 3 is installed in the matrix 1 so that the flat entrance surface 9 of the lens 4 is mated to the sintering zone 11. Next, the powder is pressed about the material with punches 2 and 3. After that, the assembled structure is clamped, for example, in a spark plasma sintering plant (not shown in the drawing), so that the punches 2 and 3 rest on the press current leads (not shown in the drawing), while it is concave the surface 10 of the lens 4 should face the extension of the channel 12 inside the spark plasma sintering apparatus (not shown in the drawing). Through current leads of the press (not shown in the drawing), current pulses are supplied from the generator 8 and at the same time the pressure in the sintering zone 11 increases due to the oncoming movement of the punches 2 and 3. When voltage is applied, electric current passes through the upper current lead of the press (not shown), the punch 3, the matrix 1, the punch 2 and the lower current supply of the press (not shown). Passing through these graphite elements, an electric current heats them, thereby providing heating of the sintering zone 11 to the sintering temperature. When heated, the sintering zone 11 emits electromagnetic waves in a wide spectrum of wavelengths entering the lens 4 through the input surface 9. The flat-concave lens 4 scatters the radiation emanating from the sintering zone 11, and at the same time it reflects and focuses the reflected radiation 13 from the optical source radiation 5 into the aperture area 14 of the recorder 6, through channel 12.

При изменении температуры в зоне спекания 11, отклонение отраженного излучения 13 от центра юстировки приемной площади апертуры 14 и длина фокусного расстояния 15 линзы 4 тоже изменяется, так как кривизна и коэффициент преломления линзы 4 является функцией температуры зоны спекания 11.When the temperature in the sintering zone 11 changes, the deviation of the reflected radiation 13 from the alignment center of the receiving area of the aperture 14 and the focal length 15 of the lens 4 also changes, since the curvature and refractive index of the lens 4 is a function of the temperature of the sintering zone 11.

Регистратор 6 фиксирует отклонение отраженного излучения 13 от центра юстировки приемной площади апертуры 14 фотодиодной матрицы и по величине его отклонения определяет температуру зоны спекания 11. При этом, изменение длины фокусного расстояния 15 линзы 4 приводит к варьированию величины площади поперечного сечения 17 области фокусировки линзы 4, что приводит к изменению величины мощности падающего в приемную площадь апертуры 14 регистратора 6 излучения на единицу площади сечения 17 и определяет температуру зоны спекания 11.The registrar 6 fixes the deviation of the reflected radiation 13 from the center of the adjustment of the receiving area of the aperture 14 of the photodiode array and determines the temperature of the sintering zone 11. By changing the focal length 15 of the lens 4, the cross-sectional area 17 of the focus area of the lens 4 varies. which leads to a change in the power of the radiation incident to the aperture 14 of the radiation recorder 6 per unit area of section 17 and determines the temperature of the sintering zone 11.

Регистратор 6 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 в пределах заданного диапазона, гарантирующего качественное спекание изделия.The registrar 6 transmits a signal to the control system 7 to compare and control the actual temperature with the required during the sintering process. After processing the signal, the control system 7 monitors the operation of the generator 8 and makes corrections to maintain the temperature within a predetermined range, which guarantees high-quality sintering of the product.

Точно так же устройство работает, будучи включенным в состав установки горячего прессования.In the same way, the device works when it is included in the hot-pressing unit.

Экспериментально установлено, что предложенное техническое решение позволяет существенно повысить качество изготавливаемых изделий, поскольку температура в зоне спекания измеряется на 3-7% точнее, чем в прототипе.It was experimentally established that the proposed technical solution can significantly improve the quality of manufactured products, since the temperature in the sintering zone is measured 3-7% more accurately than in the prototype.

Изложенное позволяет сделать вывод о том, что поставленная задача полезной модели - повышение достоверности контроля/измерения/проверки реальной температуры в зоне спекания - решена, а заявленный технический результат - повышение качества получаемых изделий - достигнут.The foregoing allows us to conclude that the task of the utility model — increasing the reliability of monitoring / measuring / checking the real temperature in the sintering zone — has been solved, and the claimed technical result — improving the quality of the products obtained — has been achieved.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:

- 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;- an object embodying the claimed technical solution, when implemented, relates to the field of high temperature sintering of various powder materials and compositions, in particular, to devices for producing products from composite powders by hot pressing or spark plasma sintering;

- 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;- for the claimed object in the form described in the formula, the possibility of its implementation using the methods and methods described above or known from the prior art on the priority date is confirmed;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed object meets the criteria of patentability "novelty" and "industrial applicability" under applicable law.

Claims

1. A device for producing products from composite powders containing a means for measuring the parameters of the sintering zone and made of a matrix and punches made of a material that is refractory within the sintering regimes and mounted on the inside of the matrix to form a sintering zone and oppositely positioned with the possibility of oncoming movement, one of which is equipped with a cylindrical channel intended for the interaction of the means of measuring the parameters of the sintering zone with the bottom of the channel, characterized in that it contains a source of optical radiation I, and the bottom of the channel is made in the form of a flat concave negative scattering lens made of a refractory and permeable to electromagnetic waves in the thermal limits of the sintering material set in its reciprocal groove of the punch, its flat surface facing the sintering zone, and the concave reflecting surface into the channel, when this means of measuring the parameters of the sintering zone is made in the form of a registrar of parameters passing through the lens and reflected on the concave surface of the optical radiation.

2. The device according to claim 1, characterized in that the matrix and punches are made of graphite.

3. The device according to claim 1, characterized in that the flat-concave spherical lens is made of leucosapphire.

4. The device according to claim 1, characterized in that the flat-concave spherical lens is made of fused silica.

5. The device according to p. 1, characterized in that the concave surface of the spherical lens is metallized.

6. The device according to p. 1, characterized in that the concave surface of the lens is made spherical.

7. The device according to claim 1, characterized in that the concave surface of the lens is hyperbolic.

8. The device according to claim 1, characterized in that the concave surface of the lens is made parabolic.

9. The device according to p. 1, characterized in that the optical radiation source is made in the form of a laser.

10. The device according to p. 1, characterized in that the recorder of the parameters of optical radiation is made in the form of an interferometer standard Fabry-Perot.

11. The device according to claim 1, characterized in that the optical radiation parameter recorder is made in the form of a photodiode array.

12. The device according to claim 1, characterized in that the recorder of the optical radiation parameters is made in the form of a spectrophotometer.

13. The device according to p. 1, characterized in that the registrar of optical radiation parameters is made in the form of a spectrograph.

14. The device according to claim 1, characterized in that the recorder of the optical radiation parameters is made in the form of a pyrometer.

15. The device according to p. 1, characterized in that the registrar of optical radiation parameters is made in the form of a bolometer.

16. The device according to p. 1, characterized in that the registrar of optical radiation parameters is made in the form of a thermal imager.