RU2510613C1

RU2510613C1 - Способ проведения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза цилиндрических изделий

Info

Publication number: RU2510613C1
Application number: RU2012150825/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Рябов; Алексей Евгеньевич Щербовских; Артур Павлович Керосиров; Андрей Дмитриевич Таврин
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2014-04-10

Abstract

Способ относится к порошковой металлургии, в частности к получению изделий путем самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Может применяться для создания материалов и изделий, в том числе медицинского назначения, в случае синтеза биологически совместимых материалов. Порошковые компоненты смешивают с получением однородной экзотермической смеси при их заданном соотношении, обеспечивающем самостоятельное горение. Полученную смесь прессуют в изделие заданной формы и осуществляют СВС путем поджигания одновременно во всех местах поджога. Места поджога располагают относительно центра масс изделия в горизонтальной плоскости через каждые 60-120°. Обеспечивается повышение рабочих характеристик, таких как прочность, твердость, износостойкость во всех плоскостях изделия. 2 пр.

Description

Способ относится к области металлургии, а конкретно к области самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, для получения композиционных материалов с высокой твердостью, износостойкостью и прочностью, предназначенных для всех сфер деятельности.

Известен метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза путем инициирования поджога образца точечно - сверху. В смеси шихт порошков разных химических веществ, точечно - сверху инициируют реакцию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. При протекании реакции выделяется тепло, которое нагревает соседние более холодные слои вещества и также возбуждает в них реакцию [1].

Недостатком данного метода является появление неоднородности структуры получаемого изделия, уменьшающая твердость и износостойкость при горизонтальной нагрузке. Присутствует субъективизм при выборе мест поджога. Пористые изделия имеют 15-18% прочности от прочности беспористого материала.

Известен метод инициирования горения с помощью поверхностного импульсного сверхвысокочастотного излучения - разряда. Плазма сверхвысокочастотного разряда выполняет роль нагревателя твердых частиц. Инициирование при сверхвысокочастотном воздействии принципиально не отличается от широко применяемого инициирования с помощью нагретой вольфрамовой нити. При помощи данного способа удается инициировать экзотермические химические реакции в порошковых смесях как в прессованных, так и в насыпных [2].

Недостатком данного метода является задержка начала реакции после окончания импульса. Появление неоднородности структуры получаемого изделия, которая уменьшает твердость и износостойкость. Присутствует субъективизм при выборе мест поджога. Пористые изделия имеют 15-18% прочности от прочности беспористого материала.

Известен метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза путем поджигания образца с торца изделия-прессовки, с последующим его прессованием. Горение начинается со стадии зажигания самораспространяющегося высокотемпературного синтеза-системы на торцевой поверхности образца, к которой интенсивно подводится тепло от внешнего источника, например от раскаленной вольфрамовой спирали. Это тепло достаточно быстро прогревает поверхностный слой образца и возбуждает в нем сильную экзотермическую реакцию, инициирует горение. После реакции деталь сразу прессуют прессом [3].

Недостатком метода является то, что для избавления от неоднородности структуры получаемого изделия используют дополнительное дорогостоящее и крупногабаритное оборудование - пресс. Присутствует субъективизм при выборе мест поджога. Пористые изделия имеют 15-18% прочности от прочности беспористого материала.

Данный метод взят за прототип.

Задачей изобретения является создание способа проведения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза обеспечивающего повышение рабочих характеристик в получаемом изделии: прочности, твердости, износостойкости - во всех плоскостях изделия.

Технический результат достигается тем, что места поджога располагают относительно центра масс изделия в горизонтальной плоскости через каждые 60-120°; изделие поджигается одновременно во всех местах поджога.

Способ реализуется в приготовлении однородной экзотермической смеси порошковых компонентов при их заданном соотношении, обеспечивающем самостоятельное горение, прессовании порошка в изделие заданной формы, поджоге изделия, места поджога располагаются относительно центра масс в горизонтальной плоскости через каждые 60-120°, центр масс у цилиндра находится в центре отрезка соединяющего центры его оснований, места поджога с последующим охлаждением изделия. Первое место поджога выбирается случайно в горизонтальной плоскости, которая пересекает отрезок, соединяющий центры оснований, в середине и перпендикулярна ему. Следующее место поджога располагается через 60-120° относительно первого. Действие повторяется до тех пор, пока не дойдем до 1 места поджога. Получаемые пористые изделия имеют прочность 18-45% беспористого материала. Опытным путем было доказано, что при реализации поджога в диапазоне размещения мест поджога 60-120° получаем наивысшие характеристики у получаемого изделия, такие как прочность, износостойкость и твердость.

Способ представлен следующими примерами.

Пример 1. Готовят экзотермическую смесь массой 100 грамм из порошков титана марки ПТС, кремния и углерода технического (сажа)марки П804Т для получения стехиометрического карбосилицида титана. Затем порошки перемешивают в течение 3 часов в шаровой мельнице объемом 1 литр при соотношении шаров и шихты 3:1. Из шихты односторонним прессованием в цилиндрической матрице получают шихтовые изделия диаметром 70 мм массой 50 г и относительной плотностью 0,4-0,45. Изделия размещают в реакторе. Находят у него центр масс и располагают места поджога относительно него через 60°. Инициируют самораспространяющуюся высокотемпературную реакцию раскаленными вольфрамовыми спиралями. После прохождения реакции по всему объему изделия полученный материал извлекают из реактора, охлаждают и анализируют известными методами.

Полученный пористый материал представляет собой образец с пористостью от 35-40%, где доля открытой пористости составляют 80-85% от общей пористости. Прочность на сжатие σ_сж образцов составила 370-420 МПа.

Пример 2. Готовят экзотермическую смесь массой 100 грамм из порошков титана марки ПТС, кремния и углерода технического (сажа) марки П804Т для получения стехиометрического карбосилицида титана. Затем порошки перемешивают в течение 3 часов в шаровой мельнице объемом 1 литр при соотношении шаров и шихты 3:1. Из шихты односторонним прессованием в цилиндрической матрице получают шихтовые изделия диаметром 70 мм массой 50 г и относительной плотностью 0,4-0,45. Изделия размещают в реакторе. Находят у него центр масс и располагают места поджога относительно него через 120°. Инициируют самораспространяющуюся высокотемпературную реакцию раскаленными вольфрамовыми спиралями. После прохождения реакции по всему объему изделия полученный материал извлекают из реактора, охлаждают и анализируют известными методами.

Полученный пористый материал представляет собой образец с пористостью от 45-55%, где доля открытой пористости составляют 90-95% от общей пористости. Прочность на сжатие σ_сж образцов составила 363-411 МПа.

Положительный эффект от использования предложенного способа выражается в том, что он обеспечивает повышение рабочих характеристик в получаемом изделии: прочность, твердость, износостойкость во всех плоскостях изделия.

Предложенная совокупность существенных признаков не известна из доступных источников информации уровня техники, из которого явным образом не следует для специалиста-материаловеда, и может быть серийно воспроизведена в производстве, то есть соответствует критериям патентоспособности.

Способ может применяться и широко использоваться в промышленных условиях для создания материалов и изделий, в том числе медицинского назначения, в случае синтеза биологически совместимых материалов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. http://wsyachina.narod.ru/technology/svs.html.

2. Журнал технической физики, 2008, том 78. Вып.10. Инициирование реакции СВС импульсным микроволновым разрядом.

3. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов: Учеб. пособ./Под научной ред. В.Н. Анциферова. - М.: Машиностроение-1, 2007. - 567 с.

Claims

Способ проведения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза цилиндрических изделий, включающий приготовление однородной экзотермической смеси порошковых компонентов при их заданном соотношении, обеспечивающем их самостоятельное горение, прессование шихты в изделие заданной формы, проведение самораспространяющегося высокотемпературного синтеза путем поджигания и охлаждение изделия, отличающийся тем, что места поджога располагают относительно центра масс изделия в горизонтальной плоскости через каждые 60-120°, при этом изделие поджигают одновременно во всех местах.