Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам электроимпульсного прессования порошка, и служит для изготовления плотных изделий из электропроводных порошков или частиц.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Таким образом, использование описанного способа для электроимпульсного прессования порошковых материалов повышает качество изделий и способствует экономии материалов, используемых при изготовлении матрицы.