УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПАКТНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ ГАЗА В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B22F3/14 

Изобретение относится к области получения и обработки тугоплавких неорганических материалов в режиме горения компонентов реакционной шихты в реагирующей газовой атмосфере при высоком давлении газа и может быть использовано для изготовления изделий их керамических материалов методом сочетания самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и последующего компактирования.

Известна установка синтеза твердоcплавных изделий [1] содержащая пресс со столом, реакционную пресс-форму с полым корпусом, теплоизоляционной оболочкой, инициирующей спиралью и основанием, формообразующими пуансонами, газоотводящими каналами, устройство временной задержки и систему управления.

Основным недостатком этой установки является отсутствие контейнера высокого давления, что делает невозможным получение на ней керамических изделий.

Наиболее близкой к предлагаемой является установка для получения компактных изделий из нитридной керамики в режиме горения [2]
Установка включает в себя силовую раму, контейнер с затворами, систему газоподвода, систему контроля и управления, систему инициирования горения, пресс со столом, реакционную пресс-форму с пуансонами, тепловые экраны, систему охлаждения и нагреватель.

Основным недостатком прототипа является низкое давление реагирующего газа, что не позволяет получать на этой установке изделий требуемой чистоты из-за неполноты реагирования материалов.

Целью изобретения является повышение качества получаемых изделий.

Цель достигается тем, что в установке для получения компактных керамических изделий при высоких давлениях газа в режиме горения, содержащей силовую раму, контейнер с затворами, реакционную пресс-форму с пуансонами, систему управления, систему инициирования горения и газовую систему, полость контейнера разделена на два отделения стенкой со сквозным отверстием, в которое встроен подвижный цилиндр, установленный с возможностью взаимодействия с одним из пуансонов, система управления снабжена программным устройством, а в газовую систему дополнительно введены электромагнитные клапаны высокого давления, соединенные с программным устройством.

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем.

Реакционная пресс-форма с пуансонами позволяет проводить прессование после прохождения волны горения. Стенка, разделяющая контейнер, позволяет создавать перепад давления между полостями контейнера. Сквозное отверстие в стенке, в которое встроен подвижный цилиндр, передающий усилие на один из пуансонов, позволяет превратить давление газа в механическое усилие для прессования изделий. Дополнительно введенные в газовую систему электромагнитные клапаны позволяют создавать перепад давления в полостях контейнера. Система управления, снабженная программным устройством, подающим команды на электромагнитные клапаны, позволяет автоматизировать процесс прессования. Совокупность всех признаков установки позволяет повысить качество получаемых изделий за счет уменьшения их пористости.

На чертеже показана схема предлагаемой установки.

Установка для получения компактных керамических изделий при высоких давлениях газа в режиме горения содержит реакционную пресс-форму 1, пуансоны 2, контейнер 3, затворы 4, поддерживающую раму 5, подвижной цилиндр 6, систему 7 инициирования горения, систему 8 управления, газовую систему 9, электромагнитные клапаны 10-13 высокого давления, исходную шихту 14.

Контейнер включает в себя две полости: А рабочий объем, Б объем подпрессовки.

Установка работает следующим образом.

В реакционную пресс-форму 1 вставляется нижний пуансон 2 и засыпается исходная шихта 14. Затем пресс-форма с пуансоном и шихтой помещается в рабочий объем А контейнера 3. Затем закрываются затворы 4, поджимаются поддерживающей рамой 5. После этого включается система 8 управления с программным устройством. Далее система управления работает по следующей программе:
I. Клапаны 11,12,13 открыты, клапан 10 закрыт. Включается газовая система 9 и происходит заполнение обоих отделений контейнера газом (азот, аргон, СО₂) до необходимого давления (1-5000 атм).

II; Клапаны 11,12 открыты, клапаны 10,13 закрыты. Происходит инициирование горения в исходной шихте 14 с помощью системы 7 инициирования.

III. Через заданное (в зависимости от состава шихты) время задержки (0-120 с) клапаны 11,12,13 закрыты, клапан 10 открыт. Происходит стравливание газа из рабочего объема А и одновременно прессование образца за счет перепада давлений в объемах А и Б. Давление газа посредством цилиндра 6 и пуансона 2 передается на исходную шихту 14.

IV. Через время выдержки под давлением (0-60 с) клапаны 10,11,12 открыты, клапан 13 закрыт. Происходит полное стравливание газа из обеих полостей контейнера.

Затем отводится поддерживающая рама 5, открывается затвор 4, происходит извлечение пресс-формы и выпрессовка полученного изделия.

Совокупность указанных элементов установки обеспечивает возможность получения беспористых изделий из керамики за одну операцию без предварительного прессования и на одной установке, что повышает качество получаемых изделий.

Предлагаемая установка позволяет получать изделия из керамики, практически беспористые (плотность 98-100% от теоретической), обладающие высокой однородностью структуры, что обеспечивается прессованием заготовки сразу после прохождения волны горения.

Базовым объектом к заявляемой установке является установка, принятая за прототип [2] Недостатком базового объекта является недостаточная чистота получаемой керамики из-за низкого давления реагирующего газа. По сравнению с базовым объектом заявляемая установка обеспечивает получение широкого спектра изделий как по пористости, так и по составу, что повышает качество получаемых изделий. Установка очень проста в обслуживании.

Сущность: в реакционную пресс-форму 1 вставляется пуансон 2 и засыпается исходная шихта 14. Затем пресс-форма с пуансоном и шихтой помещается в рабочий объем А контейнера 3, закрываются затворы 4, поджимаются поддерживающей рамой 5, включается система управления с программным устройством 8. При открытых клапанах 11, 12, 13 и закрытом клапане 10 включается газовая система 9 и происходит заполнение обоих отделений контейнера газом (азот, аргон, CO₂ ) до необходимого давления. При открытых клапанах 11,12 и закрытых клапанах 10,13 происходит инициирование горения в шихте 14 с помощью системы 7 инициирования. Через заданное время задержки клапаны 11,12,13 закрыты, клапан 10 открыт. Происходят стравливание газа из рабочего объема А и прессование образца за счет перепада давлений в объемах А и Б. Давление газа посредством цилиндра 6 и пуансона 2 передается на шихту 14. Через время выдержки под давлением клапаны 10,11,12 открыты, клапан 13 закрыт. Происходит полное стравливание газа из обеих полостей контейнера. Затем отводят раму 5, открывают затвор 4 и извлекают пресс-форму. 1 ил.

УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПАКТНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ ГАЗА В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ, содержащая силовую раму, контейнер с затворами, реакционную пресс-форму с пуансонами, систему управления, систему инициирования горения и газовую систему, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества получаемых изделий, полость контейнера разделена на два отделения стенкой со сквозным отверстием, в которое встроен цилиндр, установленный с возможностью перемещения и взаимодействия с одним из пуансонов, при этом система управления выполнена с программным устройством, а газовая система с электромагнитными клапанами высокого давления, соединенными с программным устройством.