RU2663514C1

RU2663514C1 - Method of manufacturing a ceramic hollow rods

Info

Publication number: RU2663514C1
Application number: RU2017116731A
Authority: RU
Inventors: Андрей Павлович Чижиков; Павел Михайлович Бажин; Александр Моисеевич Столин
Priority date: 2017-05-15
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2018-08-07

Abstract

FIELD: metallurgy.SUBSTANCE: invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to the production of ceramic hollow rods used as covers for thermocouple measurements in corrosive environments, jet-forming nozzles for hydroabrasive cutting of materials, nozzles for plasmatrons, as well as hollow electrodes for electric spark alloying during the application of wear-resistant coatings. Method of manufacturing the ceramic hollow rod includes the preparation of an exothermic mixture of powders of the initial components, molding from a mixture of a cylindrical billet, initiating a combustion reaction in the SVS mode, sealing during the combustion of products with a pressure of 0.01–0.5 MPa, extrusion of combustion products. Exothermic mixture is prepared containing powders of pure metals and powders of non-metal and /or metal oxides, during their chemical reaction the combustion temperature is greater than the melting point of at least one initial component. Extrusion is carried out in a quartz caliber with a diameter of 4–10 mm, while its diameter is larger than the diameter of the outflow aperture of the forming matrix by 1.5 or more times.EFFECT: ceramic hollow rods are obtained in a single technological cycle in tens of seconds, that simplifies and increases the productivity of the rod making process.1 cl, 2 dwg, 4 ex

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению керамических полых стержней способами, сочетающими горение в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и высокотемпературное сдвиговое деформирование (СВС-экструзия) продуктов синтеза, и может быть использовано для получения полых стержней (трубок), используемых в качестве чехлов для термопарных измерений в агрессивных средах, струеформующих сопел для гидроабразивной резки материалов, сопел для плазмотронов, а также полых электродов для электроискрового легирования (ЭИЛ) при нанесении износостойких покрытий в металлургической, деревообрабатывающей промышленности, машиностроении и двигателестроении.The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to the production of ceramic hollow rods by methods combining combustion in the mode of self-propagating high temperature synthesis (SHS) and high temperature shear deformation (SHS extrusion) of synthesis products, and can be used to obtain hollow rods (tubes), used as covers for thermocouple measurements in aggressive environments, jet-forming nozzles for waterjet cutting of materials, nozzles for plasmatrons, as well as hollow electro electrodes for electrospark alloying (ESA) during the application of wear-resistant coatings in the metallurgical, woodworking industry, mechanical engineering and engine building.

Целью изобретения является упрощение и увеличение производительности процесса изготовления керамических полых стрежней, а также снижение энергозатрат при их производстве.The aim of the invention is to simplify and increase the productivity of the process of manufacturing ceramic hollow rods, as well as reducing energy consumption in their production.

Известен способ и устройство для изготовления керамических изделий (RU 97110774 А, С04В 35/65, 10.06.1999 г.), сущность которого заключается в изготовлении керамических изделий, главным образом труб и трубок из керамического материала, такого как карбид кремния, при которых изделие образуется посредством выброса керамической порошкообразной смеси, содержащей огнеупорные частицы и горючие частицы, на металлический шаблон с гладкой поверхностью, который нагревается до температуры по меньшей мере 850°C, где при наличии богатого кислородом газа горючие частицы вступают в экзотермическую реакцию для получения из огнеупорных частиц и продукта реакции горючих частиц связанного огнеупорного изделия в форме шаблона. После остывания полученное изделие удаляют из шаблона. Горючие частицы предпочтительно выбирают из кремния, алюминия, карбида кремния, диоксида алюминия, диоксида циркония и алюмодиоксида циркония.A known method and device for the manufacture of ceramic products (RU 97110774 A, С04В 35/65, 06/10/1999), the essence of which is the manufacture of ceramic products, mainly pipes and tubes of ceramic material, such as silicon carbide, in which the product formed by ejecting a ceramic powder mixture containing refractory particles and combustible particles onto a metal template with a smooth surface that is heated to a temperature of at least 850 ° C, where in the presence of an oxygen-rich gas, combustible Particles enter into an exothermic reaction to form a bonded refractory product from the refractory particles and the reaction product of the combustible particles in the form of a template. After cooling, the resulting product is removed from the template. Combustible particles are preferably selected from silicon, aluminum, silicon carbide, aluminum dioxide, zirconia and zirconia.

Недостатком указанного способа является трудоемкость и длительность технологического процесса изготовления трубок, сложность в извлечении шаблона, на который наносится порошковая смесь.The disadvantage of this method is the complexity and duration of the technological process of manufacturing tubes, the difficulty in removing the template on which the powder mixture is applied.

Известен способ получения огнеупорных материалов, в том числе полых стержней, методом шликерного литья в гипсовые формы (RU 2122534 C1, С04В 35/103, 27.11.1998 г.), который включает заполнение литейной массой гипсовой формы, набора толщины стенки и отделения избытка литейной массы, сушку и обжиг. Полые стержни изготавливают на основе литейных систем, состоящих из высококонцентрированной суспензии на основе высокоглиноземистого материала (муллит, шамот с содержанием 60 - 9% Al2O3) и зернистого заполнителя из высокоглиноземистого материала с размером частиц 0,1-5 мм и карбида кремния с размером частиц 0,05-0,5 мм при соотношении тонкодисперсной части и заполнителя в пределах 50-60 и 40-50% соответственно. Соотношение в заполнителе высокоглиноземистого материала и SiC составляет 50-70 и 30-50% соответственно.A known method for producing refractory materials, including hollow rods, by slip casting in gypsum molds (RU 2122534 C1, С04В 35/103, 11/27/1998), which includes filling the casting mass with a gypsum mold, gaining wall thickness and separating excess casting mass, drying and firing. Hollow rods are made on the basis of foundry systems consisting of a highly concentrated suspension based on high-alumina material (mullite, chamotte with a content of 60 - 9% Al2O3) and a granular aggregate of high-alumina material with a particle size of 0.1-5 mm and silicon carbide with a particle size of 0 , 05-0.5 mm with a ratio of finely divided parts and aggregate in the range of 50-60 and 40-50%, respectively. The ratio in the aggregate of high alumina material and SiC is 50-70 and 30-50%, respectively.

Известен способ получения полых отливок (RU 2516178 С2, B22D 7/04, 20.05.2014 г.), который включает заливку расплава в нагреваемую огнеупорную литейную форму, затвердевание отливки между литейной формой и полым охлаждаемым стержнем, извлечение отливки из литейной формы и съем отливки со стержня. Литейную форму нагревают до температуры плавления металла. Металлический охлаждаемый стержень с высокой теплопроводностью стенки вводят в литейную форму после ее заполнения расплавом со скоростью от 0,02 до 0,8 м/с. Затвердевание отливки ведут со скоростью не менее 1 мм/с. Извлечение отливки осуществляют вместе со стержнем после ее затвердевания. Съем отливки со стержня производят при движении стержня в направлении его извлечения.A known method for producing hollow castings (RU 2516178 C2, B22D 7/04, 05/20/2014), which includes pouring the melt into a heated refractory casting mold, solidifying the casting between the casting mold and the hollow cooled core, removing the casting from the casting mold and removing the casting from the rod. The mold is heated to the melting point of the metal. A metal cooled core with high thermal conductivity of the wall is introduced into the mold after it is filled with the melt at a speed of 0.02 to 0.8 m / s. The solidification of the castings is carried out at a speed of not less than 1 mm / s. Extraction of the casting is carried out together with the core after it hardens. The casting is removed from the rod when the rod moves in the direction of its extraction.

Известен способ изготовления огнеупорных изделий (RU 2278090 С1, С04В 35/101, С04В 35/634, 20.06.2006 г.), который включает подготовку порошковых, полифракционных керамических смесей, включающих электрокорунд и добавки термопластичного связующего на основе парафина, изготовление термопластичного шликера, литье под давлением в металлическую форму, удаление связующего и окончательный обжиг при 1650°C в течение 4-5 часов. В сфероподобные порошки электрокорунда вводят 15-20% мелкодисперсной смеси каолина и глины при соотношении в мелкодисперсной смеси компонентов 1:1, причем соотношение удельных поверхностей порошка электрокорунда и мелкодисперсной смеси составляет от 0,05 до 0,07. Термопластичное связующее дополнительно содержит микрокристаллический парафин при соотношении компонентов в масс. %: парафин - 75-82; микрокристаллический парафин - 15-20; воск - 3-5. Удаление термопластичного связующего ведут на подложке из капиллярно-пористого проницаемого материала в три этапа с выдержкой в течение 1-2 часов при температурах ликвидуса воска, парафина и микрокристаллического парафина.A known method of manufacturing refractory products (RU 2278090 C1, C04B 35/101, C04B 35/634, 06/20/2006), which includes the preparation of powder, polyfraction ceramic mixtures, including electrocorundum and additives thermoplastic binder based on paraffin, the manufacture of thermoplastic slip, injection molding into a metal mold, removing the binder and final firing at 1650 ° C for 4-5 hours. 15-20% of a finely dispersed mixture of kaolin and clay is introduced into sphere-like electrocorundum powders with a ratio of 1: 1 in the finely dispersed mixture of components, and the ratio of specific surfaces of electrocorundum powder and finely dispersed mixture is from 0.05 to 0.07. The thermoplastic binder further comprises microcrystalline paraffin in a ratio of components to mass. %: paraffin - 75-82; microcrystalline paraffin - 15-20; wax - 3-5. The thermoplastic binder is removed on a substrate from capillary-porous permeable material in three stages with exposure for 1-2 hours at liquidus temperatures of wax, paraffin and microcrystalline paraffin.

Недостатками указанных способов является высокие энергозатраты для расплава исходных компонентов, трудоемкость, сложность оборудования и длительность процесса изготовления.The disadvantages of these methods are the high energy consumption for the melt of the starting components, the complexity, the complexity of the equipment and the duration of the manufacturing process.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения керамических изделий с наноразмерной структурой (RU 2414991 C1, B22F 3/23, B22F 3/20, В82В 3/00, 17.03.2010 г.), включающий приготовление экзотермической смеси порошков исходных компонентов, формование из смеси заготовки, инициирование реакции горения в режиме СВС, уплотнение перед экструзией в процессе горения продуктов давлением 0,01-0,5 МПа, экструзию продуктов горения, согласно изобретению в качестве исходных компонентов используют TiO2, С, В, Al, Zr в виде порошков с размерами частиц 1-100 мкм в соотношении, взятом на получение целевого материала состава, мас. %: 22-25 TiB2; 20-30 TiC; 35-44,5 (Al2O3-ZrO2)эвт.; остальное (ZrO2)β, при этом перед инициированием реакции горения проводят нагрев заготовки до 100-1500 С. Недостатком указанного способа является получение компактных длинномерных стержней без сквозного отверстия.The closest in technical essence to the claimed invention is a method for producing ceramic products with a nanoscale structure (RU 2414991 C1, B22F 3/23, B22F 3/20, B82B 3/00, 03/17/2010), including the preparation of an exothermic mixture of powders of the starting components , molding from a workpiece mixture, initiating a combustion reaction in the SHS mode, compaction of products with a pressure of 0.01-0.5 MPa before extrusion during combustion, extrusion of combustion products according to the invention, TiO2, C, B, Al, Zr are used as starting components in the form of powders with sizes ramie 1-100 microns in a ratio, which is taken to obtain the desired material composition, wt. %: 22-25 TiB2; 20-30 TiC; 35-44.5 (Al2O3-ZrO2) eut .; the rest (ZrO2) β, while before initiating the combustion reaction, the workpiece is heated to 100-1500 C. The disadvantage of this method is to obtain compact long rods without a through hole.

Техническим результатом предлагаемого способа является получение керамических полых стержней в одном технологическом цикле за десятки секунд, что упрощает и увеличивает производительность процесса изготовления керамических полых стрежней, а также снижение энергозатрат при их производстве.The technical result of the proposed method is to obtain ceramic hollow rods in one technological cycle for tens of seconds, which simplifies and increases the productivity of the process of manufacturing ceramic hollow rods, as well as reducing energy consumption during their production.

Технический результат достигается тем, что способ изготовления керамических полых стержней включает приготовление экзотермической смеси порошков исходных компонентов, формование из смеси заготовки, инициирование реакции горения в режиме СВС, уплотнение в процессе горения продуктов давлением 0,01-0,5 МПа, экструзию продуктов горения, при этом экзотермическую смесь подбирают из порошков оксидов неметаллов и/или металлов и чистых металлов, при химическом реагировании которых температура горения больше температуры плавления по крайней мере одного исходного компонента, а экструзию выполняют в кварцевый калибр диаметром 4-10 мм, при этом его диаметр больше диаметра выходного отверстия формующей матрицы в 1,5 и более раза, кроме того экзотермическую смесь подбирают из порошков оксидов металлов и чистых металлов и неметаллов.The technical result is achieved by the fact that the method of manufacturing ceramic hollow rods involves preparing an exothermic mixture of the powders of the starting components, molding the workpiece from the mixture, initiating the combustion reaction in the SHS mode, densification of the products during the combustion process with a pressure of 0.01-0.5 MPa, extrusion of the combustion products, the exothermic mixture is selected from powders of oxides of non-metals and / or metals and pure metals, during the chemical reaction of which the combustion temperature is higher than the melting temperature at least e one starting component and extrusion is performed in a quartz gauge of 4-10 mm, while its diameter is larger than the diameter of the outlet of the forming matrix and is 1.5 times or more, furthermore exothermic mixture is selected from the metal oxides powders and pure metals and nonmetals.

Сущность предложенного способа заключается в следующем. Смешивают исходные порошки оксидов металлов и неметаллов и чистых металлов или оксидов металлов и чистых металлов в шаровых мельницах, причем химический состав исходных компонент подбирают таким образом, чтобы перемешенная и предварительно спрессованная шихта из них могла инициироваться от вольфрамовой спирали. При этом температура горения состава должна быть больше температуры плавления по крайней мере одного компонента в исходной шихте.The essence of the proposed method is as follows. The starting powders of metal and non-metal oxides and pure metals or metal oxides and pure metals are mixed in ball mills, and the chemical composition of the starting components is selected so that a mixed and pre-pressed charge from them can be initiated from a tungsten spiral. In this case, the combustion temperature of the composition should be higher than the melting temperature of at least one component in the initial charge.

На фиг. 1 приведено осуществление способа. Полученную перемешанную смесь формуют в цилиндрические заготовки относительной плотностью 0,5-0,7. Далее заготовку помещают в экструзионную пресс-форму (1), инициируют вольфрамовой спиралью волну горения в режиме СВС. После определенного времени задержки происходит выдавливание синтезированного материала (2) через формующую матрицу (3) в направлении (4) и материл попадает в направляющий калибр (5). В момент формования изделия, после выхода материала через отверстие матрицы образующийся стержень, имеет диаметр, больший, чем диаметр отверстия матрицы. Это явление носит название эффекта «разбухания» струи [Торнер Р.В. Теоретические основы переработки полимеров. М.: Химия, 1977. 467 с.]. Суть эффекта заключается в увеличении диаметра струи материала по отношению к диаметру выходного отверстия при его выдавливании через узкий канал небольшой длины. Сущность явления состоит в следующем: при приложении внешнего давления материал проходит через выходное отверстие матрицы, при этом он уплотняется в пресс-форме, упругая энергия накапливается в материале и затем, после выхода из матрицы, она высвобождается. Это явление объясняется наличием у материала упругих свойств и в теоретических подходах обратимые сдвиговые деформации, развивающиеся при течении, связываются с разностью нормальных напряжений и величиной «разбухания» струи.In FIG. 1 shows the implementation of the method. The resulting mixed mixture is molded into cylindrical blanks with a relative density of 0.5-0.7. Next, the preform is placed in an extrusion mold (1), a combustion wave in the SHS mode is initiated by a tungsten spiral. After a certain delay time, the synthesized material (2) is extruded through the forming matrix (3) in the direction (4) and the material enters the guiding gauge (5). At the time of forming the product, after the material leaves the matrix hole, the resulting rod has a diameter larger than the diameter of the matrix hole. This phenomenon is called the effect of "swelling" of the jet [R. Turner. Theoretical foundations of polymer processing. M .: Chemistry, 1977. 467 p.]. The essence of the effect is to increase the diameter of the jet of material with respect to the diameter of the outlet when it is extruded through a narrow channel of small length. The essence of the phenomenon is as follows: when external pressure is applied, the material passes through the outlet of the matrix, while it is compressed in the mold, elastic energy is accumulated in the material and then, after exiting the matrix, it is released. This phenomenon is explained by the presence of elastic properties in the material and, in theoretical approaches, the reversible shear deformations that develop during the flow are associated with the difference in normal stresses and the magnitude of the "swelling" of the jet.

Для СВС-материалов, с учетом того, что температура их горения должна быть больше температуры плавления по крайне мере одного компонента, при горении на небольшое время в экструзионной пресс-форме образуется вязкоупругая жидкость. В зоне реакции и прилегающей зоне прогрева одновременно идут процессы плавления исходных компонентов и кристаллизации продуктов синтеза. Таким образом, благодаря теплоизоляции за зоной горения образуется расплав с распределенными по нему кристаллизовавшимися частицами продуктов, т.е. вязкоупругая жидкость (2), аналогичная расплаву полимеров. Затем при приложении давления эта жидкость деформируется в пресс-форме (1), накапливает упругую деформацию и при дальнейшем выдавливании через формующее отверстие в матрице (3) с диаметром меньшим, чем отверстие направляющего калибра (5), наблюдается эффект разбухания струи. Т.к. калибр (5) имеет более низкую температуру поверхности, чем вязкоупругая жидкость, то она начинает кристаллизоваться на стенках, перемещаясь по калибру по направлению выдавливания (4). При условии, что диаметр калибра (5) больше выходного отверстия формующей матрицы (3) в 1,5 и более раза, объема выдавленного материала не хватает заполнить все пространство калибра, в результате получают полый стержень (6). При соотношении диаметра калибра к выходному отверстию формующей матрицы менее 1,5 раза полый стержень получить невозможно, так как весь объем выдавливаемого материала заполняет весь калибр. Минимальный диаметр используемого калибра (4 мм) связан с тем, что выходное отверстие матрицы при этом составляет 2,7 мм и при ее меньшем диметре происходит закупорка синтезируемым материалом. При использовании калибров диаметрами более 10 мм, минимальный диаметр формующей матрицы составляет 6,7 мм, при котором материал не способен накапливать упругую деформацию в пресс-форме и вытекает наружу при приложении давления.For SHS materials, taking into account the fact that their burning temperature must be higher than the melting temperature of at least one component, when burning for a short time, a viscoelastic fluid is formed in the extrusion mold. In the reaction zone and the adjacent heating zone, simultaneously the processes of melting of the starting components and crystallization of the synthesis products proceed. Thus, due to thermal insulation behind the combustion zone, a melt is formed with crystallized particles of products distributed over it, i.e. viscoelastic fluid (2), similar to polymer melt. Then, when pressure is applied, this fluid deforms in the mold (1), accumulates elastic deformation, and upon further extrusion through the forming hole in the matrix (3) with a diameter smaller than the opening of the guiding gauge (5), the effect of swelling of the jet is observed. Because gauge (5) has a lower surface temperature than a viscoelastic fluid, then it begins to crystallize on the walls, moving along the gauge in the direction of extrusion (4). Provided that the diameter of the caliber (5) is 1.5 times or more greater than the outlet of the forming matrix (3), the volume of extruded material is not enough to fill the entire space of the caliber, as a result, a hollow rod (6) is obtained. If the ratio of the diameter of the caliber to the outlet of the forming matrix is less than 1.5 times, it is impossible to obtain a hollow core, since the entire volume of extruded material fills the entire caliber. The minimum diameter of the caliber used (4 mm) is due to the fact that the matrix outlet at the same time is 2.7 mm and with its smaller diameter, the synthesized material becomes clogged. When using calibers with diameters of more than 10 mm, the minimum diameter of the forming matrix is 6.7 mm, at which the material is not able to accumulate elastic deformation in the mold and flows out when pressure is applied.

Сущность предлагаемого изобретения подтверждается следующими примерами.The essence of the invention is confirmed by the following examples.

Пример 1. Приготавливают экзотермическую смесь порошков исходных компонентов в соотношении масс. %: (27,8) B2O3 - (40) Al - (32,3) Cr2O3, формуют из смеси заготовки массой 30 г, диаметром 25 мм, высотой 27 мм, инициируют реакцию горения в режиме СВС вольфрамовой спиралью диаметром 0,8 мм и напряжением 20 В, уплотняют в процессе горения продуктов давлением 0,01 МПа, а затем экструдируют продукты горения через формующую матрицу диаметром 2 мм, и диаметром кварцевого калибра 4 мм (диаметр кварцевого калибра больше диаметра выходного отверстия матрицы в 2 раза). Температура горения системы составляет 2010°C, которая превосходит температуры плавления исходных компонентов: алюминия (660°C) и оксида бора (450°C), но в тоже время ниже температуры плавления оксида хрома (2435°C) и образующихся в ходе реакции оксида алюминия (2072°C) и борида хрома (2100°C). Таким образом, в зоне реакции и прилегающей зоне прогрева одновременно идут процессы плавления исходных компонентов и кристаллизации продуктов синтеза. В результате образуется расплав с распределенными по всему объему закристаллизовавшимися частицами, т.е. вязкоупругая жидкость, которую выдавливают в калибр. В результате получают стержень диаметром 4 мм, с толщиной стенки 1 мм, длиной 60 мм.Example 1. Prepare an exothermic mixture of powders of the starting components in the mass ratio. %: (27.8) B2O3 - (40) Al - (32.3) Cr2O3, formed from a mixture of preforms weighing 30 g, diameter 25 mm, height 27 mm, initiate the combustion reaction in the SHS mode with a tungsten spiral with a diameter of 0.8 mm and a voltage of 20 V, they are compacted during the combustion of products with a pressure of 0.01 MPa, and then the combustion products are extruded through a forming matrix with a diameter of 2 mm and a diameter of quartz gauge of 4 mm (the diameter of the quartz gauge is 2 times larger than the diameter of the outlet of the matrix). The burning temperature of the system is 2010 ° C, which exceeds the melting temperature of the starting components: aluminum (660 ° C) and boron oxide (450 ° C), but at the same time lower than the melting temperature of chromium oxide (2435 ° C) and the oxide formed during the reaction aluminum (2072 ° C) and chromium boride (2100 ° C). Thus, in the reaction zone and the adjacent heating zone, the processes of melting of the starting components and crystallization of the synthesis products proceed simultaneously. As a result, a melt is formed with crystallized particles distributed throughout the volume, i.e. viscoelastic fluid that is squeezed into the caliber. The result is a rod with a diameter of 4 mm, with a wall thickness of 1 mm, a length of 60 mm.

Пример 2. В условиях примера 1, отличающийся тем, в процессе горения уплотняют продукты давлением 0,2 МПа, проводят инициирование реакции горения в режиме СВС вольфрамовой спиралью диаметром 1 мм и напряжением 60 В, экструзию продуктов горения производят через формующую матрицу диаметром 4 мм, и диаметром кварцевого калибра 6 мм (диаметр кварцевого калибра больше диаметра выходного отверстия матрицы в 1,5). В результате получают стержень диаметром 6 мм, с толщиной стенки 1,5 мм, длиной 100 мм (фиг. 2).Example 2. Under the conditions of example 1, characterized in that during the combustion process the products are compressed with a pressure of 0.2 MPa, the combustion reaction is initiated in the SHS mode with a tungsten spiral with a diameter of 1 mm and a voltage of 60 V, the extrusion of the combustion products is carried out through a forming matrix with a diameter of 4 mm, and the diameter of the quartz caliber is 6 mm (the diameter of the quartz caliber is 1.5 times larger than the diameter of the matrix outlet). The result is a rod with a diameter of 6 mm, with a wall thickness of 1.5 mm, a length of 100 mm (Fig. 2).

Пример 3. Приготавливают экзотермическую смесь исходных компонентов в соотношении масс. %: (78,7) Cr2O3 - (21,3) Al, формуют из смеси заготовки массой 30 г, диаметром 25 мм, высотой 25 мм, инициируют реакцию горения в режиме СВС вольфрамовой спиралью диаметром 0,8 мм и напряжением 40 В, уплотняют в процессе горения продуктов давлением 0,3 МПа, а затем экструдируют в формующую матрицу диаметром 3 мм, и диаметром кварцевого калибра 6 мм (диаметр кварцевого калибра больше диаметра выходного отверстия матрицы в 2). Адиабатическая температура горения указанного состава, согласно термодинамическому расчету, составляет около 1727°C, она достигается за счет реакции алюмотермического восстановления хрома из оксида. Данное значение превышает температуру плавления алюминия (Т_пл 660°C), входящего в исходную смесь, но в тоже время ниже температуры плавления оксида хрома (2435°C). В результате в ходе процесса горения образуется расплав алюминия и твердые продукты реакции, т.е. вязкоупругая жидкость. В результате получают полый стержень диметром 6 мм, толщиной стенки 1,8 мм и длиной 70 мм.Example 3. Prepare an exothermic mixture of the starting components in the mass ratio. %: (78.7) Cr2O3 - (21.3) Al, formed from a mixture of preforms weighing 30 g, diameter 25 mm, height 25 mm, initiate the combustion reaction in the SHS mode with a tungsten spiral with a diameter of 0.8 mm and a voltage of 40 V, they are compacted during the combustion of products with a pressure of 0.3 MPa, and then extruded into a forming matrix with a diameter of 3 mm and a diameter of quartz gauge of 6 mm (the diameter of the quartz gauge is larger than the diameter of the outlet of the matrix by 2). According to the thermodynamic calculation, the adiabatic combustion temperature of the indicated composition is about 1727 ° C; it is achieved due to the aluminothermic reduction of chromium from oxide. This value exceeds the melting temperature of aluminum (T _PL 660 ° C), which is included in the initial mixture, but at the same time lower than the melting temperature of chromium oxide (2435 ° C). As a result, during the combustion process, aluminum melt and solid reaction products are formed, i.e. viscoelastic fluid. The result is a hollow rod with a diameter of 6 mm, a wall thickness of 1.8 mm and a length of 70 mm.

Пример 4. Приготавливают экзотермическую смесь порошков исходных компонентов в соотношении масс. %: (72,1) WO3 - (8,4) Al - (16,2) Cr - (3,4)В формуют из смеси заготовки массой 40 г, диаметром 35 мм, высотой 35 мм, инициируют реакцию горения в режиме СВС вольфрамовой спиралью диаметром 1,2 мм и напряжением 80 В, уплотняют в процессе горения продуктов давлением 0,5 МПа, экструдируют продукты горения через формующую матрицу диаметром 6 мм, и диаметром кварцевого калибра 10 мм соответственно (диаметр кварцевого калибра больше диаметра выходного отверстия матрицы в 1,7). Адиабатическая температура горения указанного состава, согласно термодинамическому расчету, составляет около 2727°C, она достигается за счет реакции алюмотермического восстановления вольфрама. Данное значение превышает температуры плавления исходных компонентов: алюминия (660°C), хрома (1907°C), бора (2076°C) и оксида вольфрама (1473°C), и продуктов реакции: оксида алюминия (2072°C), оксида хрома (2435°C) и находится вблизи значения температуры плавления борида вольфрама (2920°C). В результате получают полый стержень диметром 10 мм, толщиной стенки 2 мм и длиной 80 мм.Example 4. Prepare an exothermic mixture of powders of the starting components in the mass ratio. %: (72.1) WO3 - (8.4) Al - (16.2) Cr - (3.4) B are formed from a mixture of preforms weighing 40 g, diameter 35 mm, height 35 mm, initiate a combustion reaction in the mode SHS with a tungsten spiral with a diameter of 1.2 mm and a voltage of 80 V, compacted during the combustion of products with a pressure of 0.5 MPa, extruded the combustion products through a forming matrix with a diameter of 6 mm, and a diameter of a quartz caliber of 10 mm, respectively (the diameter of the quartz caliber is larger than the diameter of the outlet of the matrix at 1.7). According to the thermodynamic calculation, the adiabatic combustion temperature of the specified composition is about 2727 ° C; it is achieved due to the aluminothermic reduction of tungsten. This value exceeds the melting points of the starting components: aluminum (660 ° C), chromium (1907 ° C), boron (2076 ° C) and tungsten oxide (1473 ° C), and reaction products: aluminum oxide (2072 ° C), oxide chromium (2435 ° C) and is close to the melting point of tungsten boride (2920 ° C). The result is a hollow rod with a diameter of 10 mm, a wall thickness of 2 mm and a length of 80 mm.

Таким образом, предлагаемая совокупность признаков изобретения позволяет получать полые керамические стержни диаметром 4-10 мм, которые могут быть использованы в качестве чехлов для термопарных измерений в агрессивных средах, струеформующих сопел для гидроабразивных резки материалов, сопел для плазмотронов, а также полых электродов для электроискрового легирования при нанесении износостойких покрытий в металлургической, деревообрабатывающей промышленности, машиностроении и двигателестроении.Thus, the proposed combination of features of the invention allows to obtain hollow ceramic rods with a diameter of 4-10 mm, which can be used as covers for thermocouple measurements in aggressive environments, jet-forming nozzles for waterjet cutting of materials, nozzles for plasmatrons, as well as hollow electrodes for electrospark alloying when applying wear-resistant coatings in the metallurgical, woodworking industry, mechanical engineering and engine building.

Claims

1. A method of manufacturing a ceramic hollow core, including the preparation of an exothermic mixture of powders of the starting components, molding from a mixture of a cylindrical billet, initiating a combustion reaction in the SHS mode, densification during combustion of products with a pressure of 0.01-0.5 MPa, extrusion of combustion products, characterized in that carry out the preparation of an exothermic mixture containing powders of pure metals and powders of oxides of non-metals and / or metals, the chemical reaction of which the combustion temperature is higher than the temperatures s melting of at least one initial component, and the extrusion is performed in a quartz caliber with a diameter of 4-10 mm, while its diameter is 1.5 times or more than the diameter of the outlet of the forming matrix.

2. The method according to p. 1, characterized in that the preparation of an exothermic mixture containing powders of metal oxides and pure metals, as well as additional non-metal powders.