RU2541334C1 - Manufacturing method of items from electroconductive powder materials - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: method involves filling of powder to a die, application of static pressure to it and passing of a current pulse through it; during application of pressure and passage of the current pulse, vibration of the die with frequency of 10²-10⁴ Hz and amplitude of 10^-4-5·10^-3 m is performed. At vibration of a ceramic die, interaction of its side surface with specimen material is reduced.

EFFECT: increasing durability of a ceramic die; improving removal of a specimen; as a result, items with smooth and even side surface are obtained.

1 ex, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам электроимпульсного прессования порошка, и служит для изготовления плотных изделий из электропроводных порошков или частиц.The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to methods of electropulse pressing of powder, and is used for the manufacture of dense products from electrically conductive powders or particles.

Известен способ изготовления изделий из электропроводных порошкообразных материалов [Авт. св. №976558 от 15.06.1978 г.], заключающийся в том, что порошкообразный материал засыпают в керамическую матрицу из изолирующего материала, зажатую в металлическую обойму, с торцов вставляют электроды, которые подсоединяют к импульсному источнику тока, например батарее конденсаторов. Через них к засыпке прикладывают давление 0,5-5 т/см², которое поддерживают и во время пропускания импульса тока. Конденсаторы заряжают до напряжения, определяющего величину тока в интервале 10⁴-10⁷ А/см². Затем конденсаторы разряжают через порошок, в результате чего получают плотные изделия.A known method of manufacturing products from electrically conductive powder materials [Auth. St. No. 976558 dated 06/15/1978], consisting in the fact that the powdered material is poured into a ceramic matrix of insulating material clamped in a metal holder, electrodes are inserted from the ends, which are connected to a pulsed current source, for example, a capacitor bank. Through them, a pressure of 0.5-5 t / cm ^{2 is} applied to the backfill, which is also maintained during the passage of a current pulse. Capacitors are charged to a voltage that determines the magnitude of the current in the range of 10 ⁴ -10 ⁷ A / cm ² . The capacitors are then discharged through the powder, resulting in dense products.

При прохождении импульса разрядного тока от батареи конденсаторов через поджатый порошок он разогревается. В результате приложенного статического давления и импульсного нагрева порошка происходит его уплотнение. Полученные по этому способу образцы часто имеют низкое качество боковой поверхности, из-за припекания керамической матрицы к образцу.When a discharge current pulse passes from a capacitor bank through a pre-charged powder, it heats up. As a result of the applied static pressure and pulsed heating of the powder, its compaction occurs. Obtained by this method, the samples often have low quality side surface, due to the baking of the ceramic matrix to the sample.

Решением, наиболее близким, предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту, является способ изготовления изделий из металлического порошка [Авт. св. 1257934 от 25.01.1984], заключающийся в том, что металлический порошок засыпают в матрицу из нитрида кремния плотностью 91-99%. Порошок уплотняют приложением статического давления 50-500 МПа с одновременном пропусканием импульса электрического тока напряжением 1,0-4,6 кВ. Однако при компактировании высокотемпературных материалов, таких как карбиды и нитриды металлов (TiC, TiN, Wc), из-за того, что образец достаточно сильно разогревается, а матрица становится неподвижной, возможно его взаимодействие со стенками матрицы. Происходит схватывание получаемого изделия с материалом матрицы, что значительно затрудняет его извлечение. Матрица становится непригодной для дальнейшей работы.The closest solution proposed by the technical nature and the achieved effect is a method of manufacturing products from metal powder [Auth. St. 1257934 from 01.25.1984], which consists in the fact that the metal powder is poured into a matrix of silicon nitride with a density of 91-99%. The powder is compacted by applying a static pressure of 50-500 MPa while transmitting an electric current pulse with a voltage of 1.0-4.6 kV. However, when compacting high-temperature materials, such as carbides and nitrides of metals (TiC, TiN, Wc), due to the fact that the sample is heated quite strongly and the matrix becomes stationary, its interaction with the matrix walls is possible. The resulting product sets in with the matrix material, which greatly complicates its extraction. The matrix becomes unsuitable for further work.

В связи с этим, важнейшей задачей является разработка нового способа электроимпульсного прессования порошка, повышающего долговечность керамической матрицы, улучшающего извлечение образца и повышающего качество его боковой поверхности.In this regard, the most important task is to develop a new method of electropulse pressing of the powder, which increases the durability of the ceramic matrix, improves the extraction of the sample and improves the quality of its side surface.

Техническим результатом заявленного способа является создание новой технологии, обеспечивающей с помощью электроимпульсного прессования получение образцов с более повышенными характеристиками, чем у прототипа и увеличивающей срок службы матрицы.The technical result of the claimed method is the creation of a new technology that provides using electropulse pressing to obtain samples with higher characteristics than the prototype and increasing the life of the matrix.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления изделий из электропроводных порошковых материалов, включающем засыпку порошка в матрицу, приложение к нему статического давления и пропускание через него импульса тока, во время приложения давления и пропускания импульса тока осуществляют вибрацию матрицы с частотой 10²-10⁴ Гц и амплитудой 10^-4-5·10^-3 м.The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing products from electrically conductive powder materials, including filling the powder into a matrix, applying a static pressure thereto and passing a current pulse through it, during the application of pressure and passing a current pulse, the matrix is vibrated with a frequency of 10 ² -10 ⁴ Hz and an amplitude of 10 ^-4 -5 · 10 ^-3 m.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой показано устройство для электроимпульсного прессования порошка. Оно включает высоковольтный трансформатор 1, выпрямитель 2, конденсаторную батарею 3, электрический разрядник 4, выполняющий роль ключа для замыкания электрической цепи, который управляется специальной системой поджига 5, систему управления 6, служащую для управления зарядкой и разрядкой батареи конденсаторов, верхний подвижный пуансон 7 и нижний неподвижный пуансон 8. Нижний пуансон 8 помещен на основание 9.The invention is illustrated in FIG. 1, which shows a device for electropulse pressing of powder. It includes a high-voltage transformer 1, a rectifier 2, a capacitor bank 3, an electric discharger 4, which acts as a key for closing the electric circuit, which is controlled by a special ignition system 5, a control system 6, which controls the charging and discharging of the capacitor bank, the upper movable punch 7 and lower stationary punch 8. The lower punch 8 is placed on the base 9.

Верхний подвижный пуансон 7 электрически изолирован от нижнего пуансона 8 изолирующими втулками 10, надетыми на крепление стойки 11. Давление P к верхнему пуансону 7 прикладывается от нагружающего устройства (на чертеже не показано) через шток 12. Электропроводный порошок 13 помещают в матрицу 14 из электроизолирующего материала, зажатую в металлическую обойму 15. На основании 9 установлены двое направляющих 16 и 17 с пружинами 18 и 19, на которые надеты втулки 20 и 21, соединенные с пластиной 22. Эта пластина соединена с обоймой 15 и двумя стержнями 23 и 24, нижние концы которых соединены с фланцем 25, на котором закреплен вибратор 26.The upper movable punch 7 is electrically isolated from the lower punch 8 by insulating sleeves 10, mounted on the rack 11 mount. Pressure P is applied to the upper punch 7 from the loading device (not shown in the drawing) through the rod 12. The electrically conductive powder 13 is placed in a matrix 14 of electrically insulating material clamped in a metal sleeve 15. On the base 9 there are two guides 16 and 17 with springs 18 and 19, on which sleeves 20 and 21 are connected, connected to the plate 22. This plate is connected to the holder 15 and two rods 23 and 24, n zhnie ends of which are connected with a flange 25 on which the vibrator 26 is fixed.

Пример конкретной реализации способа. Порошок электропроводного материала 13, заключенный в керамическую матрицу 14 и зажатую в металлическую обойму 15, поджимается пуансонами 7 и 8. Давление P к верхнему пуансону 7 прикладывается от нагружающего устройства через шток 12. С помощью системы управления 6 включается высоковольтный трансформатор 1 и через выпрямитель 2 осуществляется зарядка конденсаторной батареи 3. По достижении на батарее необходимого напряжения, величина которого определяется размером засыпки и видом уплотняемого порошка, отключают высоковольтный трансформатор. Затем включают вибратор 26, который обеспечивает вибрационную нагрузку частотой 10²-10⁴ Гц и амплитудой 10^-4-5·10^-3 м и от системы поджига 5 запускают электрический разрядник 4, при этом происходит замыкание электрической цепи. Импульс разрядного тока от батареи конденсаторов 3, протекая через поджатый порошок, разогревает его, при этом высота засыпки порошка уменьшается. В этот промежуток времени верхний подвижный пуансон 7, являющийся продолжением штока 12 нагружающего устройства, совершает перемещение вниз. Обойма 15 вместе с матрицей 14 и засыпкой порошка 13 также начинают двигаться вниз, происходит уплотнение порошка. Кроме того, от вибратора 26 вибрационная нагрузка через фланец 25, стержни 23 и 24, пластину 25 передается обойме 15 с матрицей 14. Эта матрица по втулкам 20, 21 совершает колебательные движения вверх-вниз вдоль направляющих 16, 17 с пружинами 18, 19, в результате чего схватывание боковой поверхности керамической матрицы с материалом образца существенно уменьшается.An example of a specific implementation of the method. The powder of the conductive material 13, enclosed in a ceramic matrix 14 and clamped in a metal cage 15, is pressed by the punches 7 and 8. The pressure P is applied to the upper punch 7 from the loading device through the rod 12. Using the control system 6, the high-voltage transformer 1 is turned on and through the rectifier 2 the capacitor bank is charged 3. Upon reaching the required voltage on the battery, the value of which is determined by the size of the backfill and the type of powder being compacted, the high-voltage transformer is turned off. Then, a vibrator 26 is turned on, which provides a vibrational load with a frequency of 10 ² -10 ⁴ Hz and an amplitude of 10 ^-4 -5 · 10 ^-3 m and from the ignition system 5, an electric spark gap 4 is started, and an electric circuit is closed. The discharge current pulse from the capacitor bank 3, flowing through the pre-charged powder, heats it, while the height of the powder filling decreases. During this period of time, the upper movable punch 7, which is a continuation of the rod 12 of the loading device, moves down. The holder 15 together with the matrix 14 and the filling of the powder 13 also begin to move down, the powder is densified. In addition, from the vibrator 26, the vibration load through the flange 25, the rods 23 and 24, the plate 25 is transmitted to the holder 15 with the matrix 14. This matrix along the bushings 20, 21 performs oscillatory movements up and down along the guides 16, 17 with the springs 18, 19, as a result, the setting of the side surface of the ceramic matrix with the sample material is significantly reduced.

При осуществлении способа с вибрацией матрицы частотой ниже 10² Гц (100 колебаний в секунду) и амплитудой меньше 10^-4 м (0,1 мм) не обеспечивается эффективного смещения стенок матрицы относительно порошка, происходило частичное взаимодействие матрицы с образцом.When implementing the method with matrix vibration with a frequency below 10 ² Hz (100 vibrations per second) and an amplitude of less than 10 ^-4 m (0.1 mm), the matrix walls are not effectively displaced relative to the powder, and the matrix partially interacted with the sample.

При увеличении частоты и амплитуды вибрации выше 10⁴ Гц (10000 колебаний в секунду) и амплитудой 5·10^-3 м (5 мм) не приводило к существенному улучшению характеристик получаемых изделий. Кроме того, начинает наблюдаться разрушение матрицы.With increasing frequency and amplitude of vibration above 10 ⁴ Hz (10,000 vibrations per second) and an amplitude of 5 · 10 ^-3 m (5 mm) did not lead to a significant improvement in the characteristics of the products obtained. In addition, the destruction of the matrix begins to be observed.

Проведенное электроимпульсное прессование порошка TiC указанным способом в керамической матрице из нитрида кремния с вибрацией матрицы частотой 2·10³ Гц, амплитудой 10^-3 м, 7·10⁵ А/см² и давлением 450 МПа позволило получить изделия с плотностью 98-99,5% от теоретической. Керамическая матрица пригодна для дальнейшего использования и ее стойкость выросла в 1,6 раза.Conducted electrical pulse pressing of TiC powder in the indicated manner in a silicon nitride ceramic matrix with a matrix vibration of a frequency of 2 · 10 ³ Hz, an amplitude of 10 ⁻³ m, 7 · 10 ⁵ A / cm ² and a pressure of 450 MPa, made it possible to obtain products with a density of 98-99, 5% of theoretical. The ceramic matrix is suitable for further use and its durability has grown 1.6 times.

Таким образом, использование описанного способа для электроимпульсного прессования порошковых материалов повышает качество изделий и способствует экономии материалов, используемых при изготовлении матрицы.Thus, the use of the described method for electropulse pressing of powder materials improves the quality of products and contributes to the saving of materials used in the manufacture of the matrix.

Claims (1)

Способ изготовления изделий из электропроводных порошковых материалов, включающий засыпку порошка в керамическую матрицу, приложение к нему статического давления и пропускание через него импульса тока, отличающийся тем, что во время приложения давления и пропускания импульса тока осуществляют вибрацию матрицы с частотой 10²-10⁴ Гц и амплитудой 10^-4-5·10^-3 м. A method of manufacturing products from electrically conductive powder materials, including filling the powder into a ceramic matrix, applying static pressure thereto and passing a current pulse through it, characterized in that during the application of pressure and passing a current pulse, the matrix is vibrated with a frequency of 10 ² -10 ⁴ Hz and an amplitude of 10 ^-4 -5 · 10 ^-3 m.

Images