Способ горячего прессования порошков тугоплавких соединений и устройство для его осуществления

(72 и Я (53 (56 В 1 Игнате ельство СССР 3/14, 1983. ерметы. Киев: 70, рис.19 аГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫГИЯПРИ П(НТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ) Институт сверхтвеАН УССР(54) СПОСОБ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯПОРОШКОВ ТУГОПЛАВКИХ СОЕДИНЕНИЙ ИУСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения высокопрочной керамики конструкционногоназначения из порошков тугоплавкихсоединений (нитридов, карбидов, силицидов, боридов). Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет увелич145 б 282 ния длины изделия и повьппение прочности. Способ включает засыпку порошка в пресс-форму, а горячее прес"сование осуществляют в две стадии:на первой горячее прессование ведутпри начальном давлении, составляющем0,35-0,85 конечного давления, и приначальной температуре на 50-100 Сниже конечной температуры до плотности 80-957., а на второй горячеепрессование ведут с перемещениемпрессовки при конечных температуреи давлении. Для реализации способащужложено устройство, содержащее Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам для получения высокопрочной керамики конструкционного назначения из порошков тугоплавких соединений (нитридов, карбидов, силицидов, боридов).Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет увеличения длины изделия и повьппение прочности.Способ горячего прессования включает засыпку порошка в пресс-форму, а горячее прессование осуществляют 15 в две стадии: на первой горячее прес- сование ведут при начальном давлении Р , составляющем 0,35-0;85 конечного Ндавления Р , и при начальной темперак ьотуре Т на 50-100 С ниже конечной 20нтемпературы Тгорячего прессования до плотности 80-953, а на второй стадии горячее прессование ведут при конечных температуре и давлении горячего прессования для данного порош ка.Устройство для реализации предложенного способа содержит размещенную в индукторе матрицу и встречные пуансоны, в котором прессовая камера мат рицы выполнена из двух полостей с различными площадями поперечных сечений, одна из которых в 1,1-1,5 раза больше другой, пуансон, установленньп в полости прессовой камеры, имеющей меньшую площадь поперечного сечения, выполнен подпружиненным в осеразмещенную в нагревателе матрицуи встречные пуансоны. Прессовая ка-.мера матрицы выполнена из двух полостей с различными площадями поперечных сечений, одна из которых в 1,11,5 раза больше площади поперечногосечения другой. При этом пуансон,установленный в полости с меньшейплощадью поперечного сечения, выполнен подпружиненным в осевом направлении, а матрица снабжена упором,обеспечивающим ее неподвижность навторой стадии прессования, 2 с,п,ф-лы, 1 ил., 2 табл,вом направлении, а матрица снабженаупором, обеспечивающим ее неподвижность на второй стадии прессования.Горячее прессование происходитв две стадии.На первой стадии под давлениемР и температуре Т порошок уплотня"ноется до 80-957 в полости прессовоикамеры, имеющей большую площадь поперечного сечения Б. На второй стадии давление в полости с большей площадью поперечного сечения повьппаетсядо значения Рза счет нагруженияпуансона, установленного в этой полости, При этом давление в полостипрессовой камеры, имеющей меньшуюплощадь поперечного сечения Б остается равным Рп. За счет этого происходит перемещение заготовки, уплотнненной на первой стадии, из первоиполости прессовой камеры с большейплощадью поперечного сечения во вторую под давлением Р-Р с одновременным обжатием прессовки по диаметру. Температуру на второй стадиипрессования повышают до значенияТ = Т +(50-100 С),На чертеже представлена схемаустройства для осуществления предложенного способа при горячем прессовании полого изделия в начале процесса прессования,Устройство состоит из пресс-формы с засыпанным порошком 1 тугоплавкого соединения, матрицы 2, котораяустановлена на пуансоне 3 и имеет1. Способ горячего прессованияпорошков тугоплавких соединений,включающий засыпку порошка в прессформу, горячее прессование верхними нижним пуансонами и извлечениеизделия, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет увеличения длины изделия и повышенияпрочности, горячее прессование осуществляют в две стадии: на первойстадии начальное давление составляет 0,35-0,85 конечного давления ипрокладывают его к верхнему и нижнему пуансонам при температуре нао50-100 С нижне конечной температурыгорячего прессования до плотности80-957., на второй стадии температуруувеличивают до конечной температурыгорячего прессования, а давлениеверхнего пуансона повышают до величины конечного давления,з 1456282 ступенчатую прессовую камеру с нанесенным слоем изолирующего вещества 4, причем ступени прессовой камеры вы-, полнены либо с прямолинейными переходами 5, либо с переходами по криволинейным поверхностям. Прессовую камеру в верхней части ограничивает пуансон 6, а в нижней - пуансон 3, установленный совместно со стержнем 7 на нижней охлаждаемой изолированной плите 8, ход которой ограничивает опорная плита (упор) 9, на которой установлен индукционный нагреватель 10, имеющий теплоизоляцию, водоохлаждение, электропитание (не показаны), Нижняя охлаждаемая плита 8 подпружинена, например, гидравлическим регулируемым устройством, состоящим из силового гидроцилиндра 11, связанного с ним регулирующего гидроцилиндра 12 с нагружающим устройством 13. Для осуществления нагружения верхнего пуансона 6 на нем установлена верхняя теплоизолированная 25 охлаждаемая плита 14, связанная с гидроприводом нагружения (не показаны) .П р и м е рПредварительно подготовленную шихту иэ порошка нитрида кремния с 8 мас.Е оксида иттрия засыпают.в прессовую камеру матрицы 2 с установленным нижним пуансоном 3. При этом полости прессовых камер Б и Б предварительно покрыва 35 ют аэрозольным методом порошковым слоем гексагонального нитрида бора толщиной до 1 мм (коллоидный раствор нитрида бора, этилового спирта и клея БФ), Площади поперечных сече О ний полостей прессовой камеры Б = - 36,7 см (диаметр 68 мм), Б = 28,3 см (диаметр 60 мм). После установки верхнего пуансона 6 прессформу в сборе помещают в индуктор 10 45 пресса горячего прессования. После этого производят нагрев до темпераотуры 1710 С и нагружают пуансон 6 усилием Р = Р Б = 24 тс и проводят двустороннее горячее прессование порошка. За счет различных сечений Б ) Б, нижний пуансон при уплотнении перемещается быстрее и при достижении положения, при котором нижний пуансон заполнил всю плотность Б, матрицы, двустороннее горячее прес- сование заканчивается (первая стадия), Плотность заготовки после первой стадии прессования составляет 917. от теоретической. Далее под матрицу 2 подводят упор 9, производятоподъем температуры до 1760 С и поднимают давление до Р = 100 ИПа(увеличивают усилие верхней плиты 14пресса до 36,7 тс), При этом усилие,приложенное к нижнему пуансону 3,остается неизменным и равным 24 тс,что достигается при помощи гидроцилиндра 11, установленного на нижнейплите 8. Вследствие разности давлений заготовка 1 перемещается в полость прессовой камеры меньшего сечения Б, при этом происходит обжатие заготовки 1 в радиальном направлении. После перехода всей заготовки в полость меньшего сечения Б горячее прессование заканчивают, отключают индуктор 10 и после охлаждениядо 1400 С снимают давление и охлаждают пресс-форму до нормальной температуры. После окончательного охлаждения пресс-форму распрессовывают и извлекают прессовку.Для сравнения проведены эксперименты по получению керамики на основе нитрида кремния по известному способу,По предложенному способу проведено горячее прессование порошков других тугоплавких соединений, в частности карбида бора и диборида титана. Результаты опытов приведены втабл. 1 и 2,Формула изобретения5 1456282 62. Устройство для горячего прессо- оно снабжено упорами размещеннымиЭ, вания порошков тугоплавких соедине- под матрицей, внутренняя полость мат ний, содержащее размещенную в нагре- рицы выполнена с участками различнователе матрицу и подвижные пуансоныБ,го диаметра, которые находятся в соо т л и ч а ю щ е е с я тем, что, отношении 1, 1-1,5, а пуансон, устас целью расширения технологических новленный со стороны участка меньше- возможностей за счет увеличения дли" го диаметра, выполнен подпружиненным ны изделия и повышения прочности, в осевом направлении,Таблица 1 еС ьТ Р /Р РкИПА Тнлотностьосле 1тадии, Ж Нитрид кремния Предлагаемый 42,5 50 1,3 1,4 1,3 Известный5 1760 1760 50 100 Карбид бора Предлагаемый7 42 5 50 1,2 1,3 Известный11 2050 2050 50 100 12 Диборид титана Предлагаемый13 4215 50 Оз 85 95 2100 2150 50 Способ Р, МПА г1 2 3щф 2 6510 100 3 17 5 50 4 32,5 50 8 65,0 100 9 17 5 50 10 32,5 50 1710 1760 50 1685 1760 75 1710 1760 50 1660 1760 10 2000 2050 50 1975 2050 75 2000 2050 50 1950 2050 100 0,85 95 0,65 91 0,35 87 0,65 80 0,85 95 0,65 870,35 84 0,65 801456282 2 Э 1,4 14 65 О 100 15 17,5 50 16 32 5 50 1,5 100 18 Таблицаг Разброс значе- Соотношениений прочности полученных7 изделий Способ Прочность наизгиб, МПа Нитрид кремния10,0 Предлагаемый 7,5 580 3,590 3,7,5 звестый О,70 490 рбид бо Предлгаемыи 2,10,0 9,0 51 9,490 70 Известный17 Изв ный 1Заказ 7512/13, Тираж 710 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Предла-.гаемьй13 Известньй17 1456282 10 Продолжение табл.2