Заготовка для формования горячим прессованием изделия сложной формы
Полезная модель относится к порошковой металлургии и может быть использована для изготовления монолитных деталей сложной формы из керамических материалов. Сущность полезной модели состоит в том, что заявленная заготовка для формирования сложной формы содержит установленные в прессформе брикет из пластифицированного порошкообразного материала и формообразующей вставки, выполненной из того же материала, что и брикет. По сопрягаемым поверхностям брикета и формообразующей вставки установлен барьерный слой. Материал барьерного слоя инертен по отношению к материалу брикета и формообразующей вставки и превышает его по температуре плавления. Брикет и формообразующая вставка могут быть выполнены из керамического порошкообразного материала, а барьерный слой - из углеродосодержащего или нитридосодержащего материала на органической связке, при этом толщина барьерного слоя составляет 0,01-0,05 от толщины брикета. 3 з.п.ф., 1 илл., 2 фото.
Полезная модель относится к технологии машиностроения и может быть использована в порошковой металлургии для изготовления монолитных деталей сложной формы, в частности для изготовления защитного керамического слоя узлов летательных аппаратов, транспортных средств и в индивидуальных средствах защиты и т.п.
В настоящее время актуальной задачей является получение высокоплотных изделий сложной формы из тугоплавких материалов. Наиболее сложным является изготовление таких деталей из керамических материалов на основе карбидов бора, титана, кремния и т.п.
Известно изготовление изделий сложной формы из керамических материалов электроэрозионной обработкой, алмазным шлифованием. Процессы весьма трудоемкие, приводящие к большому проценту брака и значительному расходу дорогостоящего абразивного инструмента.
Известно также изготовление изделий сложной формы из керамического материала с помощью формообразующих вкладышей.
Так, в А.С. СССР 
1766660, В28В 1/00 опубл. 07.10.92 г., Б.И. 37, известна заготовка для изготовления керамических изделий сложной формы, содержащая брикет из формовочной массы и формообразующие вкладыши, установленные в литьевой форме. Вкладыши выполнены трехслойными из материала с различной температурой деструкции. Внутренний упрочненный слой выполнен из оргстекла или графита. Промежуточный компенсирующий слой получен намоткой органической нити на упрочняющий слой, формирующий внутреннюю поверхность полости изделия. Слой изготовлен из нити, пропитанной органическим клеем или эпоксидным компаундом.
Формообразующие вкладыши после формовки удаляются (выжигаются) в процессе термообработки. Использование многослойных формообразующих вкладышей с различными температурами плавления или возгонки уменьшает вероятность разрушения получаемых изделий.
Известна заготовка для формирования керамических изделий спеканием (патент РФ 2019532, С04В 35/56, опубл. 15.09.94 г., Б.И 17), содержащая разовую модель, окруженную формуемой смесью и по форме соответствующую полости в формуемом изделии. Разовая модель выполнена из материала, удаляемого вследствие испарения при контакте с расплавом металла, которым пропитывают формуемую смесь. Материал разовой модели выбран из группы: полистирол, полиуретан, пенопласт, воск, их смеси. Способ с использованием данной заготовки достаточно сложен, характеризуется низкой производительностью процесса и не дает возможности получения высокоплотного керамического изделия.
Наиболее близком по технической сущности к заявленному решению является заготовка для формирования изделий сложной формы из керамического материала (А.С. 1694551, С04В 35/56, опубл. 30.11.91 г., Б.И. 44), содержащая установленные в прессформе пластифицированный карбидосодержащий брикет и формующую вставку из древесины.
Использование такой заготовки не дает возможности получения высокоплотных керамических изделий сложной формы, так как при уплотнении основного материала вставка из древесины будет деформироваться, что не позволит получить нужную форму.
Задачей настоящей полезной модели является изготовление высокоплотных изделий сложной формы из порошковых керамических материалов.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в следующем:
- возможность изготовления широкого класса высокоплотных изделий из различных тугоплавких порошковых материалов;
- не требуется дорогого абразивного инструмента.
Для решения поставленной задачи, в известной заготовке для формования изделий сложной формы, содержащей брикет из пластифицированного порошкообразного материала и формообразующую вставку, установленные в прессформу, согласно заявляемой полезной модели формообразующая вставка выполнена из того же материала, что и брикет, а по сопрягаемым поверхностям брикета и формообразующей вставки установлен барьерный слой из материала, инертного по отношению к материалу брикета и формообразующей вставки и превышающего его по температуре плавления.
Брикет и формообразующая вставка изготовлены из керамического порошкообразного материала, а барьерный слой выполнен из углеродосодержащего материала или из нитридосодержащего материала на органической связке, при этом толщина барьерного слоя составляет 0,01-0,05 от толщины брикета.
Выполнение формообразующей вставки из того же материала, что и брикет, позволяет получать высокоплотные изделия без искажения требуемой формы, так как уплотнение и спекание основного изделия и формообразующей вставки происходит одинаково.
Выполнение барьерного слоя из материала с температурой плавления выше, чем основного материала изделия и инертного по отношению к нему, гарантированно обеспечивает разделение изделия и формообразующей вставки и неспекание их по сопрягаемым поверхностям. Барьерный слой выполняется толщиной от 0,01 до 0,05 толщины брикета, для того, чтобы при уплотнении брикета и формообразующей вставки не происходило значительного искажения сопрягаемых поверхностей.
После охлаждения и извлечения заготовки из прессформы разборку осуществляют выталкиванием формообразующей вставки, после чего удаляют с сопрягаемых поверхностей остатки барьерного слоя.
Совокупность заявляемых признаков позволяет изготавливать керамические детали сложной формы методом горячего прессования с плотностью 0,95-1,0 от теоретической.
На фото 1 и фото 2 приведены виды изделий из керамического материала, полученные заявляемым способом.
На фигуре 1 приведена схема горячего прессования сложного изделия с использованием заявляемой заготовки.
1 - верхний пуансон;
2 - матрица;
3 - втулка;
4 - нижний пуансон;
5 - брикет из пластифицированного порошкообразного материала;
6 - формообразующая вставка;
7 - барьерный слой.
Во втулку 3 установлена матрица 2, в матрицу 2 установлен нижний пуансон 4, а на него брикет 5 с формообразующей вставкой 6, разделенные барьерным слоем 7. Сверху установлен верхний пуансон 1.
Для подтверждения критерия «промышленная применимость» с использованием заявляемой заготовки было изготовлено изделие сложной формы из керамического материала на основе карбида бора с температурой плавления 2350°С. Способ изготовления такого изделия заключается в следующем:
брикет изготавливают из порошка карбида бора с пластификатором - раствор полиизобутилена в бензине методом прокатки до толщины 15 мм. Вырубным ножом или тонкой проволокой по шаблону вырезается формообразующая вставка 6. На сопрягаемые поверхности вставки 6 устанавливают барьерный слой 7, толщиной 0,15-0,2 мм из порошка углерода с пластификатором, температура плавления углерода около 4000°С. Затем вставку 6 с барьерным слоем 7 устанавливают в отверстие брикета. Брикет помещают в матрицу 2 прессформы и прижимают
нижним 4 и верхним 1 пуансонами. Прессформу устанавливают в камеру индукционной пресс-установки и проводят процесс горячего прессования при температуре 2000-2100°С и давлении 250-300 МПа. После охлаждения и извлечения заготовки из прессформы производят разборку посредствам выталкивания формообразующей вставки 6. После зачистки поверхности изделия от остатков барьерного слоя установлено, что изделие изготовлено в размер чертежа, средняя плотность составляет 2,51 г/см3 (0,996 от теоретической).
Экспериментально установлено, что с использованием заявляемой заготовки возможно также получение высокоплотных изделий сложной формы из порошков тугоплавких материалов - карбида титана, карбида вольфрама, карбида кремния, диборида титана и их соединений и т.д. Применение изобретения открывает возможности для изготовления изделий любой сложности с высокой плотностью до 0,95-1,0 от теоретической, которые невозможно изготовить известными ранее способами. Изготовление барьерного слоя из углеродосодержащего материала позволяет одновременно получать изделие с упрочненным поверхностным слоем. Изготовление барьерного слоя из нитридосодержащего материала позволяет получать изделия сложной формы из материалов химически активных по отношению к кислороду и углероду. Простота и надежность данного способа позволяет повысить производительность изготовления изделий, упростить конструкции прессформ для горячего прессования и сэкономить дорогостоящий абразивный инструмент.
Заготовка для формования горячим прессованием изделия сложной формы, содержащая брикет из пластифицированного порошкообразного материала и формообразующую вставку, установленные в пресс-форме, отличающаяся тем, что формообразующая вставка выполнена из того же материала, что и брикет, а по сопрягаемым поверхностям брикета и формообразующей вставки установлен барьерный слой из материала, инертного по отношению к материалу брикета и формообразующей вставки и превышающего его по температуре плавления.
2. Заготовка по п.1, отличающаяся тем, что брикет и формообразующая вставка выполнены из керамического порошкообразного материала.
3. Заготовка по п.1, отличающаяся тем, что барьерный слой выполнен из углеродосодержащего или нитридосодержащего материала на органической связке.
4. Заготовка по п.1 или 3, отличающаяся тем, что толщина барьерного слоя составляет 0,01-0,05 от толщины брикета.
