УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВАКУУМНОГО ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ КЕРМЕТОВ Российский патент 1994 года по МПК B22F3/14 

Изобретение относится к порошковой металлургии и предназначается для изготовления полых цилиндрических стержней на основе карбида бора и алюминия (кермет), предназначенных для регулирования уровня мощности в ядерных реакторах. Формовочное устройство также может быть использовано для изготовления керметных деталей газовых турбин (полые цилиндры, кольца уплотнения, лопаточные диски) и других устройств, детали которых эксплуатируются в экстремальных условиях.

Известны различные способы и устройства для изготовления керметных деталей. Это прессование в стальных пресс-формах. Холодное и горячее шликерное литье. Мундштучное и изостатическое прессование. Причем керметные детали, полученные на известных устройствах по известным способам, имеют неравномерную плотность по объему, что снижает их эксплуатационные свойства.

Известно горячее прессование керметов, в котором изделие получают спеканием порошков при одновременном воздействии давления и температуры. Для осуществления этого способа также известно формовочное устройство горячего прессования керметов, содержащее систему вакуумирования, систему напуска защитной или восстановительной среды, систему нагружения, нагреватель и пресс-форму.

Это формовочное устройство также не обеспечивает равномерной плотности по объему изготовляемых изделий, что накладывает ограничения на их применение в эксплуатации при экстремальных условиях.

Задача изобретения повысить равномерность распределения плотности по объему и бездефектность структуры материала керметного изделия, что позволит значительно расширить диапазон эксплуатационных свойств.

Задача повышения плотности по объему и бездефектности структуры материала керметного изделия решается в формовочном устройстве горячего прессования керметов, содержащем систему вакуумирования, систему напуска защитной или восстановительной среды, систему нагружения, нагреватель и пресс-форму, пресс-форма выполнена центробежной из магнитного термостойкого материала, коаксиально укреплена на диске вала, размещена в объеме вакуумной камеры из немагнитного материала и взаимодействует с вращающимся магнитным полем, причем опоры вала размещены в крышках гильзы вакуумной камеры, а сами крышки скреплены с корпусом электромагнитного устройства.

На чертеже изображено формовочное устройство горячего прессования керметов в разрезе.

Формовочное устройство состоит из пресс-формы 1, верхней крышки 2 пресс-формы, диска 3 в виде нижней крышки пресс-формы, вала 4, опор вращения 5 и 6, верхней и нижней крышек 7 и 8, гильзы 9 вакуумной камеры 10, патрубка 11 вакуумной откачки, штуцера 12 напуска защитной или восстановительной среды, патрубка 13 заливки жидкого ингредиента, мембраны 14, емкости 15 жидкого ингредиента, нагревателя 16, корпуса 17 электромагнитного устройства в виде статора асинхронного электродвигателя. Позицией 18 обозначен цилиндр из кермета.

Формовочное устройство работает следующим образом при изготовлении кермета карбид бора - металл (алюминий). Во вращающуюся под действием магнитного поля пресс-форму 1, размещенную в вакуумной камере 10, которая размещена в корпусе 17 статора асинхронного электродвигателя и вакуумирована через патрубок 11, подается через патрубок 13, приготовленный известным способом шликер для образования пористого каркаса под заливку расплавленным алюминием или силумином. Пористый каркас из порошка карбида бора определенной фракции реализуется из шликера путем центробежного формирования, подогрева шликера за счет тепла токов Фуко в теле пресс-формы 1 и удаления жидкого ингредиента шликера вакуумной откачкой через патрубок 11. Дальнейшее воздействие на борокарбидный каркас центробежными силами, регулируемыми в широком диапазоне частотой электрического тока в статоре, теплом от эффекта Фуко в корпусе пресс-формы 1 и теплом от нагревателя 16, позволяет создать оптимальную пористую структуру каркаса и произвести его запечку, с последующим глубоким вакуумированием объема и заливкой расплавленным алюминием из емкости 15 жидкого ингредиента через мембрану 14, патрубок 13, что обеспечивает бездефектную плотную упаковку атомов алюминия в пористом каркасе из карбида бора. Частотная регулировка вращающегося магнитного поля, взаимодействующего с материалом корпуса пресс-формы 1 с одновременным уменьшением мощности нагревателя 16 и непрерывной вакуумной откачкой позволит провести направленную кристаллизацию и получить бездефектную структуру кермета 18 с заранее заданными свойствами, с равномерной плотностью по всему объему цилиндра, с повышенной разрывной прочностью.

Наличие в формовочном устройстве центробежной формы из магнитного материала, системы нагружения в виде вращающегося магнитного поля, системы вакуумирования рабочего объема, устройства заливки жидкого ингредиента, нагревателей, системы напуска защитной или восстановительной среды, позволяет производить изделия из керметов, преимущественно цилиндрической формы, с заранее заданными свойствами и высокого качества, что дает возможность значительно расширить диапазон эксплуатационных свойств этих изделий. Все это позволяет значительно увеличить ресурс работы устройств, в которых применение керметных изделий необходимо и целесообразно.

Сущностью изобретения является устройство для вакуумного горячего прессования керметов. Во вращающуюся под действием магнитного поля пресс-форму 1, размещенную в вакуумной камере 10, которая размещена в корпусе 17 статора асинхронного электродвигателя и вакуумирована через патрубок 11, подается через патрубок 13 шликер для образования пористого каркаса из карбида бора. Дальнейшее воздействие на борокарбидный каркас центробежными силами, регулируемыми в широком диапазоне частотой электрического тока в статоре, теплом в корпусе пресс-формы 1 и теплом от нагревателя 16, позволяет создавать оптимальную пористую структуру каркаса и провести его спекание с последующей заливкой расплавом алюминия из емкости 15 через мембрану 14, патрубок 13. Частотная регулировка вращающегося магнитного поля, взаимодействующего с материалом корпуса пресс-формы с одновременным уменьшением мощности нагревателя 16 и непрерывной вакуумной откачкой, позволяет провести направленную кристаллизацию и получить бездефектную структуру кермета 18. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВАКУУМНОГО ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ КЕРМЕТОВ, содержащее систему вакуумирования, вакуумную камеру с крышками, размещенные в ней пресс-форму и узел ее вращения в виде установленного в опорах на валу диска, привод перемещения пресс-формы, узел нагрева и систему нагружения, отличающееся тем, что оно снабжено электромагнитным узлом, имеющим корпус в виде статора электродвигателя, вакуумная камера размещена в корпусе электромагнитного узла и выполнена в виде гильзы из немагнитного материала, пресс-форма - в виде матрицы для центробежного прессования из магнитного термостойкого материала и коаксиально укреплена на диске, а крышки вакуумной камеры скреплены с корпусом электромагнитного узла и в них размещены опоры вала.