RU188873U1

RU188873U1 - Device for electric pulse pressing of powder materials

Info

Publication number: RU188873U1
Application number: RU2018145064U
Authority: RU
Inventors: Сергей Сергеевич Башлыков; Дмитрий Павлович Шорников; Мария Сергеевна Тарасова; Борис Александрович Тарасов
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2019-04-25

Abstract

Техническое решение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при производстве изделий из порошковых материалов, в частности топливных таблеток для атомных реакторов, химической и других отраслях промышленности.Указанный технический эффект достигается тем, что в устройстве для электроимпульсного прессования порошковых материалов, включающее импульсный источник энергии, металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала, согласно изобретению, керамическая матрица выполнена из сиалона (оксинитрид алюминия-кремния SiAlON).Это обеспечивает получение большего количества образцов из порошков тугоплавких материалов в сиалоновой матрице без ее разрушения, чем в других керамических матрицах.The technical solution relates to the field of powder metallurgy and can be used in the manufacture of products from powder materials, in particular, fuel pellets for nuclear reactors, chemical and other industries. energy, metal holder with a ceramic matrix of insulating material according to the invention, the ceramic matrix is made of sialon (Silicon aluminum oxynitride, SiAlON) .This provides more samples of refractory materials powders Sialon matrix without destroying than other ceramic matrices.

Description

Техническое решение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при производстве изделий из порошковых материалов, в частности топливных таблеток для атомных реакторов, химической и других отраслях промышленности.The technical solution relates to the field of powder metallurgy and can be used in the manufacture of products from powder materials, in particular fuel pellets for nuclear reactors, chemical and other industries.

Известно устройство для компактирования порошковых материалов, описанное в [патенте полезной модели №115719 от 14.09. 2015 г. Пресс-форма для горячего прессования]. В этом изобретении матрица, в которой проводится спекание порошковой засыпки, выполнена из графита, который является электропроводным материалом. Проведение электроимпульсного прессования в такой матрице невозможно, так как при пропускании импульса тока, ток проходил бы по матрице, а не по порошку, и выделения в нем тепла было бы недостаточно, что бы его нагреть и уплотнить.A device for compacting powder materials is known, described in [patent of utility model No. 115719 of 14.09. 2015. Mold for hot pressing]. In this invention, the matrix in which the sintering of powder filling is carried out is made of graphite, which is an electrically conductive material. Conducting electropulse pressing in such a matrix is impossible, since by passing a current pulse, the current would pass through the matrix, and not through the powder, and the release of heat in it would not be enough to heat and compact it.

Известно устройство для электроимпульсного прессования порошка, описанное в [А.С. №1257934 от 25. 01. 1984 г. Способ изготовления изделий из металлического порошка]. В этом изобретении матрица, в которой проводилось спекание порошка, выполнена из нитрида кремния (Si₃N₄) и корунда (окиси алюминия Al₂O₃). Матрица из Al₂O₃ позволяет получать в ней образцы из различных порошковых материалов только одноразово. Она разрушается при извлечении из нее изделия. Матрица из Si₃N₄ более стойкая и позволяет получать в ней изделия многократно без разрушения. Однако при электроимпульсном прессовании тугоплавких материалов, таких как вольфрам, нитриды и карбиды металлов, она тоже разрушалась после нескольких процессов получения изделий.A device for electropulse pressing of a powder, described in [A.S. No. 1257934 from 25. 01. 1984, the method of manufacturing products from metal powder]. In this invention, the matrix in which the powder was sintered was made of silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) and corundum (aluminum oxide Al ₂ O ₃ ). The matrix of Al ₂ O ₃ allows you to get samples from different powder materials only once. It collapses when removing the product from it. The matrix of Si ₃ N ₄ more resistant and allows you to get the product many times without destruction. However, when electropulse pressing refractory materials, such as tungsten, nitrides and carbides of metals, it also collapsed after several processes of obtaining products.

Решением, наиболее близким предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту, является устройство для электроимпульсного прессования порошка [Патент на полезную модель №181536,Устройство для электроимпульсного прессования электропроводных порошков, от 23.03.2018]. Это устройство включает в себя импульсный источник энергии, металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон, вставленный в шток, нижний неподвижный пуансон, установленный на нижнем основании, пластину с двумя втулками, на которой закреплена обойма с матрицей, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижнем основании.The solution closest to the proposed technical essence and the achieved effect is a device for electropulse pressing of powder [Utility Model Patent No. 181536, Device for electropulse pressing of electrically conductive powders, dated 23.03.2018]. This device includes a pulsed energy source, a metal holder with a ceramic matrix of insulating material, an upper movable punch inserted into the rod, a lower fixed punch mounted on the lower base, a plate with two bushings on which the holder is fixed with a matrix, and the bushings are spring-loaded and have the ability to slide vertically along the rails mounted on the bottom base.

Устройство работает следующим образом. Порошок электропроводного материала, заключенный в керамическую матрицу и зажатую в стальную металлическую обойму, поджимается составными пуансонами сверху и снизу. Давление Р к верхнему пуансону прикладывается от нагружающего устройства через шток. После чего, от импульсного источника тока на засыпку порошка подают импульс тока. Импульс разрядного тока, протекая через поджатый порошок, разогревает его. За счет приложенного давления происходит уплотнение засыпки и получается плотный образец.The device works as follows. Powder electrically conductive material, enclosed in a ceramic matrix and clamped in a steel metal holder, pressed by composite punches at the top and bottom. The pressure P to the upper punch is applied from the loading device through the rod. After that, a current impulse is supplied from a pulsed current source to the powder filling. The pulse of discharge current, flowing through the pursed powder, heats it. Due to the applied pressure, the backfill is compacted and a dense sample is obtained.

Однако, как было сказано выше, из-за того, что матрица в этой установке выполнена из А1₂О₃, то получать в ней образцы из различных порошковых материалов можно только однократно.However, as mentioned above, due to the fact that the matrix in this installation is made of A1 ₂ O ₃ , it is possible to obtain samples of different powder materials in it only once.

В связи с этим, важнейшей задачей является разработка нового устройства, позволяющее проводить процесс электроимпульсного прессования порошков тугоплавких материалов, таких как вольфрам, нитриды и карбиды металлов в более стойкой многоразовой матрице.In this regard, the most important task is to develop a new device that allows the process of electropulse pressing of powders of refractory materials, such as tungsten, nitrides and metal carbides in a more stable reusable matrix.

Технический эффект, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании нового изделия, обеспечивающего с помощью электроимпульсного прессования, получение большего количества образцов из порошков тугоплавких материалов в матрице без ее разрушения.The technical effect, the achievement of which the invention is directed, is to create a new product, providing with the help of electropulse pressing, obtaining a larger number of samples from powders of refractory materials in the matrix without destroying it.

Указанный технический эффект достигается тем, что в устройстве для электроимпульсного прессования порошковых материалов, включающее импульсный источник энергии, металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон, вставленный в шток, нижний неподвижный пуансон, установленный на нижнем основании, пластину с двумя втулками, на которой закреплена обойма с матрицей, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижнем основании, согласно изобретению, керамическая матрица выполнена из оксинитрид алюминия-кремния SiAlON.This technical effect is achieved by the fact that in the device for electropulse pressing of powder materials, including a pulsed energy source, a metal holder with a ceramic matrix of insulating material, the upper movable punch inserted into the rod, the lower stationary punch mounted on the lower base, a plate with two bushings on which the holder is fixed with the matrix, and the sleeves are spring-loaded and have the ability to slide vertically along the guides mounted on the lower base, with According to the invention, the ceramic matrix is made of aluminum-silicon oxynitride SiAlON.

На фиг. 1 представлено устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов.FIG. 1 shows a device for electropulse pressing of powder materials.

На фиг. 2 представлена керамическая матрица в металлической обойме. Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой показано устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов. Оно включает импульсный источник энергии 1, верхний подвижный пуансон 2 и нижний неподвижный пуансон 3. Нижний пуансон 3 вставлен в опору 4, которая помещена на плиту 5. Верхний подвижный пуансон 2 электрически изолирован от нижнего пуансона 3 изолирующими втулками 6, надетыми на крепление стойки 7. Давление Р к верхнему пуансону 2 прикладывается от нагружающего устройства 8 (пневмопресса) через шток 9, которые изолированы друг от друга неэлектропроводной прокладкой 10. Электропроводный порошок 11 помещают в керамическую матрицу 12, выполненную из сиалона и зажатую в металлическую обойму 13 (фиг. 2). На плите 5 установлены двое направляющих 14 и 15 с пружинами 16 и 17, на которые надеты втулки 18 и 19, соединенные с пластиной 20. Эта пластина соединена с металлической обоймой 13.FIG. 2 shows a ceramic matrix in a metal case. The invention is illustrated FIG. 1, which shows a device for electropulse pressing of powder materials. It includes a pulsed energy source 1, the upper movable punch 2 and the lower fixed punch 3. The lower punch 3 is inserted into the support 4, which is placed on the slab 5. The upper movable punch 2 is electrically isolated from the lower punch 3 with insulating sleeves 6, mounted on the stand 7 fastening The pressure P to the upper punch 2 is applied from the loading device 8 (pneumatic press) through the rod 9, which are insulated from each other by a non-conductive gasket 10. The conductive powder 11 is placed in a ceramic matrix 12 made of sialon and clamped in a metal case 13 (Fig. 2). On the plate 5 there are installed two guides 14 and 15 with springs 16 and 17, on which the sleeves 18 and 19 are attached, connected to the plate 20. This plate is connected to the metal yoke 13.

Устройство работает следующим образом. Порошок тугоплавкого материала 11, заключенный в матрицу 12, зажатую в обойму 13, поджимается пуансонами 2 и 3. Давление Р к верхнему пуансону 2 прикладывается от пневмопресса 8 через шток 9. Включается импульсный источник энергии 1, и в нем накапливается необходимое количество энергии, которое определяется видом и массой уплотняемого порошка. После этого пропускают импульс тока от импульсного источника 1 через поджатый порошок 11, который разогревает его. В этот промежуток времени верхний подвижный пуансон 2, являющийся продолжением штока 9 от нагружающего устройства 8, совершает перемещение вниз. Обойма 13, вместе с матрицей 12 и засыпкой порошка 11, также начинают двигаться вниз, происходит его уплотнение.The device works as follows. The powder of the refractory material 11, enclosed in the matrix 12, clamped into the holder 13, is pressed by the punches 2 and 3. The pressure P to the upper plug 2 is applied from the pneumatic press 8 through the rod 9. The pulsed energy source 1 is activated and the necessary amount of energy is accumulated in it determined by the type and mass of compacted powder. After that, a current pulse from the pulsed source 1 is passed through the pursed powder 11, which heats it. In this period, the upper movable punch 2, which is a continuation of the rod 9 from the loading device 8, moves down. The yoke 13, together with the die 12 and the filling of the powder 11, also begin to move downward, its compaction occurs.

Благодаря тому, что керамическая матрица выполнена из оксинитрид алюминия-кремния SiAlON, имеющий более высокие физико-химические свойства (такие как термостойкость, термосопротивление) по сравнению с корундом (окиси алюминия Al₂O₃) и нитридом кремния (Si₃N₄), стойкость ее многократного использования должна быть выше, чем у матрицы из корунда и нитрида кремния. Это подтвердило ее испытание.Due to the fact that the ceramic matrix is made of aluminum oxynitride aluminum SiAlON, having higher physico-chemical properties (such as heat resistance, thermal resistance) compared with corundum (aluminum oxide Al ₂ O ₃ ) and silicon nitride (Si ₃ N ₄ ), durability of its repeated use should be higher than that of a matrix of corundum and silicon nitride. This confirmed her test.

Предлагаемое устройство было опробовано при получении таблеток из нитрида урана и титана. В одной матрице из сиалона было изготовлено порядка семидесяти штук изделий. В тоже время в матрице из корунда можно было изготовить только одно изделие, а в матрице из нитрида кремния порядка пятидесяти штук.The proposed device was tested in the preparation of tablets of uranium nitride and titanium. In one sialon matrix, about seventy pieces were manufactured. At the same time, in the matrix of corundum, it was possible to make only one product, and in the matrix of silicon nitride about fifty pieces.

Таким образом, применение описанного устройства для электроимпульсного прессования порошковых материалов позволяет повысить стойкость матрицы и тем самым сократить расходы на изготовления оснастки.Thus, the use of the described device for electropulse pressing of powder materials allows to increase the durability of the matrix and thereby reduce the cost of manufacturing tooling.

Claims

A device for electropulse pressing of powder materials, containing a pulsed energy source, a metal holder with a ceramic matrix of insulating material, an upper movable punch inserted into a rod, a lower stationary punch mounted on a lower base, a plate with two bushings on which a holder with a matrix is fixed, moreover, the sleeves are spring-loaded and made with the possibility of sliding vertically along the guides mounted on the lower base, characterized in that the ceramic matrix you olnena of silicon aluminum oxynitride-SiAlON.