×
29.11.2019
219.017.e826

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способу изготовления изделий из композиционных материалов с наполнителями и может быть использовано при производстве и изготовлении изделий из композиционных материалов посредством прессования. Прессование проводится в закрытой пресс-форме при непрерывном воздействии на прессующий пуансон энергии ультразвуковых колебаний. Характеристики ультразвукового воздействия: частота от 17 до 40 кГц, амплитуда от 8 до 30 мкм. Дополнительно вместе с частотой накладывается амплитудная модуляция в пределах от 50 до 500 Гц. После этого с изделием проводят нагрев, выдержку и ступенчатое охлаждение до комнатной температуры. При изготовлении образцов способом по изобретению предел прочности в среднем повышается на 6%, модуль упругости - на 13%. При этом относительное удлинение снижается на 12%, а скорость изнашивания снижается на 14%. Технический результат, достигаемый при использовании способа по изобретению, заключается в существенном увеличении ресурса работы и надежности узлов трения. 1 ил., 4 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к антифрикционным композиционным материалам (КМ), и может быть использовано при изготовлении деталей из композиционных материалов в различных отраслях промышленности.

Известен способ изготовления изделий из политетрафторэтилена (ПТФЭ) и КМ на его основе (см. Д.Д. Чегодаев, З.К. Наумова, И.С. Дунаевская. Фторопласты. Л.: Изд-во Химической литературы. 1960), при котором порошок ПТФЭ засыпают в пресс-форму и равномерно распределяют по всему объему, прессуют при комнатной температуре под давлением 35 МПа, спекают в свободном состоянии при температуре 360-380°С и охлаждают вместе с печью. Этот способ имеет недостатки, поскольку изделия и заготовки имеют недостаточный уровень механической прочности, высокий и нестабильный уровень усадки.

Известен другой способ изготовления изделий из КМ на основе ПТФЭ (АС №1812190, МПК C08J 5/15), при котором порошки ПТФЭ, бронзы, дисульфида молибдена и измельченных углеродных волокон смешивают в смесителе с частотой вращения ножей 2800 мин-1, прессуют заготовки при давлении 100-110 МПа и спекают при температуре 360±5°С, охлаждают от температуры спекания до 327°С со скоростью 0,3-0,4 град/мин, от 327 до 20°С - свободно вместе с печью. При этом измельченное углеродное волокно получают из углеволокнистого материала, выдержанного в жидком фреоне не менее 48 часов. После сушки материал разрезают на кусочки и измельчают в мельнице в присутствии порошка ПТФЭ при частоте вращения ножей 7000 мин-1 в течение 3-9 мин.

Основной недостаток способа заключается в том, что при холодном прессовании невозможно достичь достаточно плотной упаковки частиц матрицы и наполнителей. Обработка углеродного волокна в жидком фреоне в течение 48 часов также не обеспечивает решение этой задачи, а двух-, трехкратное увеличение давления прессования до 100-110 МПа лишь частично способствует повышению плотности упаковки частиц. В результате предел прочности композиционного материала снижается, увеличиваются затраты на производство (расходуется фреон, увеличиваются энергетические затраты и износ прессового оборудования) и снижается производительность.

Известен также другой способ изготовления изделий из КМ на основе ПТФЭ (патент RU 2324708 С2, МПК C08J 5/14, C08J 5/16), взятый в качестве прототипа, как наиболее близкий по технической сущности и предлагаемому, при котором результат достигается за счет использования энергии ультразвуковых колебаний частотой 20±3 кГц и амплитудой колебаний в пределах 8÷12 мкм при прессовании композиционной смеси. При этом колебания непрерывно воздействуют на прессующий пуансон в течение 2÷3 минут. Предварительно проводят смешивание порошков смеси в смесителе с частотой вращения ножей не менее 2800 мин-1. Холодное прессование композиции производят в закрытой пресс-форме под давлением 50±5 МПа. Отпрессованную заготовку нагревают в печи до температуры 360±5°С со скоростью 1,5-2,0°С/мин. Затем выдерживают при этой температуре 8÷9 мин на 1 мм толщины стенки изделия и охлаждают до температуры 327°С со скоростью 0,3-0,4°С/мин и от 327°С до комнатной температуры вместе с печью.

Рассмотренному способу также присущи недостатки, снижающие характеристики механических и триботехнических свойств композиционного материала, поскольку данный способ не в полной мере использует возможности ультразвукового воздействия, которые учитывали бы, как массу прессуемого изделия, так и его конкретные конструктивные особенности, в частности, пространственную сложность и толщину стенок.

Задача изобретения - повышение характеристик механических и триботехнических свойств композиционного материала и экономичности технологического процесса получения изделий из КМ с учетом их физико-химических свойств и структурных особенностей.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления изделий из композиционных материалов, при котором производят их смешивание, холодное прессование в закрытой пресс-форме при непрерывном воздействии на прессующий пуансон энергии ультразвуковых колебаний, нагревание, выдержку и ступенчатое охлаждение до комнатной температуры, осуществляют ультразвуковое воздействие на частотах от 17 до 40 кГц при максимальной амплитуде от 8 до 30 мкм с наложением амплитудной модуляции с частотой от 50 до 500 Гц.

Для реализации предлагаемого способа был применен специально разработанный ультразвуковой высокоамплитудный аппарат с пьезокерамическим излучателем и специально изготовленным волноводом-инструментом из высокопрочного титанового сплава.

На фиг. представлена упрощенная схема аппарата, который состоит из ультразвукового генератора 1 с режимом регулируемой амплитудной модуляции выходного сигнала, выход которого подключен к излучателю 2 с подсоединенным к нему ультразвуковым волноводом-инструментом 3 в виде специального волновода-пуансона, представляющего собой полуволновой стержень с экспоненциальным законом изменения площади поперечного сечения и совершающий под рабочей нагрузкой продольные колебания с заданной частотой и амплитудой.

Отработка заявляемого способа производилась на композиции с составом: ПТФЭ 95% + нитрид бора 5%, по следующей технологии.

Композицию из порошков смешивают в смесителе с частотой вращения ножей 2800 мин-1, прессуют заготовки под давлением 50-55 МПа с одновременным воздействием на прессуемую смесь энергии ультразвукового воздействия на частотах от 17,5 до 40 кГц и максимальной амплитудой от 8 до 30 мкм осуществляют с наложением амплитудной модуляции глубиной от 30% до 80% с частотой от 50 до 500 Гц в зависимости от массы прессуемого изделия и спекают при температуре 360±5°С в течение 8-9 мин на 1 мм толщины стенки изделия, охлаждают от температуры спекания до 327°С со скоростью 0,3-0,4°С/мин, а далее до 20°С - свободное охлаждение с печью

При введении ультразвуковых колебаний различных частот, отличающихся друг от друга на несколько порядков, создаются благоприятные условия для взаимного действия интенсивных акустических потоков.

При ультразвуковом воздействии на КМ, ПТФЭ начинает терять механические свойства и переходит в пластичную массу, которая обволакивает частицы наполнителя. Распространение ультразвуковых волн в прессуемом материале последовательное («сверху» в «низ»), что создает неравномерное распределение акустических волн при воздействии на материал, а также влияет на увеличение времени прессования. В поверхностном слое изменяется структура материала, которая влияет на скорость звука в образцах.

В условиях ультразвуковых колебаний существенно снижается сила сцепления (взаимодействия) частиц композиционной смеси, они легко смещаются относительно друг друга и под давлением прессования достигается значительное сближение и плотная упаковка частиц смеси. Но обычное использование ультразвуковых колебаний не обеспечивает требуемые для качественного прессования уровни сближения и упаковки частиц смеси, особенно при их значительной разнице в размерах и физических свойствах. Наличие пустот, каверн, либо крупных, слабо контактирующих друг с другом комков существенно снижает возможности ультразвукового воздействия. Кроме того, специфика акустических колебаний, распространяющихся в мелкодисперсных средах, определяет связь наиболее эффективной частоты воздействия с уровнем дисперсности и величиной давления при прессовании.

Чем более высоким является уровень дисперсности среды, тем эффективнее использование более высокочастотных колебаний, поскольку снижается амплитуда колебаний (которая должна быть сопоставима с размерами прессуемых частиц) при сохранении энергетического уровня воздействия. С другой стороны, для эффективного воздействия на крупные объединения частиц и внутренние пустоты, необходимо использование низкочастотных колебаний, причем требуемый уровень снижения может превышать один-два порядка. Для достижения необходимой эффективности ультразвукового воздействия предлагается:

- изменять прямо пропорционально частоту ультразвукового воздействия от 17 кГц до 40 кГц и обратно пропорционально амплитуду от 30 мкм до 8 мкм, соответственно в зависимости от среднего уровня дисперсности используемых композиционных материалов;

- изменять прямо пропорционально частоту и обратно пропорционально амплитуду ультразвукового воздействия в зависимости от толщины стенок и конструктивной сложности прессуемых изделий из полимерных композиционных материалов;

- изменять частоту модуляции от 50 Гц до 500 Гц обратно пропорционально массе прессуемого изделия и зернистости материала. Для обеспечения большего эффекта прессования при наложении низкочастотной амплитудной модуляции совместно с высокочастотной, которая обеспечивает последовательное термическое воздействие и ультразвуковое уплотнение, происходит дополнительная равномерная вибрация («сжатие» «разжатие») прессуемого изделия. Из вышеописанного можно прийти к выводу, что для больших масс изделия целесообразно использовать меньшую амплитудную модуляцию (50 Гц), для меньших масс большую (500 Гц).

Сближение частиц до уровня межмолекулярного взаимодействия способствует значительному усилению связей между частицами, которые окончательно стабилизируются в процессе последующей термообработки (спекании), благодаря чему достигается значительное повышение механической прочности композиционного материала.

Кроме того, использование энергии ультразвуковых колебаний позволяет исключить малоэффективную операцию обработки углеродных волокон в жидком фреоне в течение 48 часов с последующей сушкой и в 2 раза со 110 до 65 МПа снизить давление прессования.

После получения изделий по предлагаемому способу, определение предела прочности при растяжении σв и относительного удлинения при растяжении производилось по методикам ГОСТ 11262-80, модуля упругости - по методике ГОСТ 9550-81.

Износостойкость КМ определяют по скорости изнашивания на машине трения, работающей по схеме трения «палец - диск». Пальцы диаметром 5 мм изготавливают из испытуемого материала, диск (контртело) - из закаленной углеродистой или легированной стали. Испытание ведут при скорости скольжения 1 м/с и контактном давлении 3 МПа.

Необходимое давление прессования и продолжительность воздействия ультразвука определяются из условия получения максимальной прочности композиционного материала. Согласно исследованиям описанным в статье (Negrov, D.A. Mechanical and operational properties of boron nitride-modified polytetrafluoroethylene / Negrov, D.A., Eremin, E.N., Filippov, Y.O. // AIP Conference Proceedings 2007,040012 DOI: 10.1063/1.5051939), для получения наилучшего значения показателей механических свойств (предел прочности, модуль упругости), оптимальное время прессования с наложением ультразвуковых волн на материал ПТФЭ модифицированным нитридом бора составляет 90 секунд, при давлении прессования 65 МПа с момента начала прессования, т.е. с момента контакта волновода-пуансона с прессуемой смесью.

Для оценки эффективности заявляемого способа проведены испытания пальцев, изготовленных по известному и заявляемому способам. В таблицах 1-4 приведены сравнительные данные об относительном изменении показателей механических и триботехнических свойств.

Из приведенных данных следует, что при изготовлении образцов по заявляемому способу предел прочности в среднем повышается на 6%, модуль упругости - на 13%. При этом относительное удлинение и скорость изнашивания снижаются в среднем на 12 и 14%. Комплексное улучшение механических и триботехнических свойств композиционного материала, изготовленного по предлагаемому способу, выражающееся в повышении модуля упругости и износостойкости, а так же снижение, позволяет существенно увеличить ресурс работы и надежность узлов трения (подшипников скольжения, направляющих, герметизирующих устройств) и машин в целом.

Способ изготовления изделий из композиционных материалов, при котором осуществляют смешивание наполнителей, холодное прессование в закрытой пресс-форме при воздействии на прессующий пуансон энергии ультразвуковых колебаний, нагревание, выдержку и ступенчатое охлаждение до комнатной температуры, отличающийся тем, что ультразвуковое воздействие на частотах от 17 до 40 кГц и амплитудой от 8 до 30 мкм осуществляют с наложением амплитудной модуляции с частотой от 50 до 500 Гц.
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 41.
02.10.2019
№219.017.cde5

Датчик микропримесей аммиака

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака, и может быть использовано для экологического мониторинга. Датчик содержит полупроводниковое основание и подложку....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700035
Дата охранного документа: 12.09.2019
26.10.2019
№219.017.dadc

Устройство защиты обмоток однофазного трансформатора от электрических повреждений

Использование: в области электроэнергетики для защиты трансформаторов от замыканий в его обмотках. Технический результат - повышение надежности функционирования устройства защиты обмоток однофазного трансформатора от электрических повреждений за счет снижения зависимости его чувствительности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704127
Дата охранного документа: 24.10.2019
01.12.2019
№219.017.e97c

Линейная магнитоэлектрическая машина

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – увеличение электромагнитного усилия. Линейная магнитоэлектрическая машина содержит неподвижный статор в виде броневого сердечника, подвижный якорь и постоянные магниты якоря. Подвижный якорь выполнен призматической формы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707559
Дата охранного документа: 28.11.2019
19.12.2019
№219.017.ef44

Способ газификации невырабатываемых остатков жидкого кислорода и керосина в баках ступени ракеты-носителя и устройство для его реализации

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Способ газификации невырабатываемых остатков жидкого кислорода и керосина предусматривает подачу источника тепловой энергии из отдельной ёмкости (8) в баки (2, 3) с остатками компонентов топлива в жидкой (4, 5) и газообразной фазах, газа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709291
Дата охранного документа: 17.12.2019
29.12.2019
№219.017.f3fd

Полупроводниковый газовый датчик микропримесей кислорода

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей кислорода. Изобретение может быть использовано для экологического мониторинга. Техническим результатом изобретения является повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710523
Дата охранного документа: 26.12.2019
04.02.2020
№220.017.fd46

Комбинированная виброизолирующая опора

Комбинированная виброизолирующая опора содержит резинокордные оболочки (РКО) пассивной и активной систем виброизоляции. Верхняя и нижняя РКО активной системы виброизоляции вместе с опорной площадкой, кронштейнами и реверсором установлены внутри РКО пассивной системы. Достигается компактность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002712724
Дата охранного документа: 30.01.2020
06.02.2020
№220.017.ff8e

Способ защиты однофазного печного трансформатора с короткой сетью в виде группы шин от электрических повреждений

Использование: в области электроэнергетики для защиты печных трансформаторов с короткой сетью в виде группы шин от витковых замыканий в первичной обмотке трансформатора, а также коротких замыканий и обрывов в цепи шин короткой сети. Технический результат – расширение функциональных возможностей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713204
Дата охранного документа: 04.02.2020
13.03.2020
№220.018.0b91

Способ упрочнения твердосплавного инструмента

Изобретение относится к упрочнению твердосплавного лезвийного инструмента. Осуществляют предварительное покрытие наружных поверхностей лезвийного инструмента термоизоляционным слоем толщиной от 10 до 20 мкм. Осуществляют нагрев лезвийного инструмента до температуры 900-1000°С. Производят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716329
Дата охранного документа: 11.03.2020
02.04.2020
№220.018.12af

Гидропневматический диод с закольцованным движением рабочей среды

Изобретение относится к резисторным струйным диодам и может найти применение в струйной гидро- и пневмотехнике. Гидропневматический диод содержит корпус (1) с прямоточным каналом (2) прямоугольного сечения для прохода жидкой или газообразной среды, в котором установлены друг против друга...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002718196
Дата охранного документа: 31.03.2020
12.04.2020
№220.018.1443

Способ и устройство идентификации постоянных магнитов по объемной намагниченности

Изобретение относится к идентификации постоянных магнитов по объемной намагниченности из опытной партии, изготовленной из одинаковой марки сплава, форме и геометрии. Устройство для определения одинаковой намагниченности опытных образцов постоянных магнитов содержит основание, настольные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002718641
Дата охранного документа: 10.04.2020
Показаны записи 1-10 из 42.
20.04.2013
№216.012.371f

Штамповый сплав

Изобретение относится к области металлургии, а именно к инструментальным сплавам высокой теплостойкости, используемым для изготовления литых и кованых штампов горячего деформирования. Сплав содержит элементы в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,10-0,15, никель 11,0-13,0, молибден 4,0-8,0,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479664
Дата охранного документа: 20.04.2013
10.04.2014
№216.012.b094

Транзисторный генератор для резонансных нагрузок

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в различных технологических процессах, идущих с использованием ультразвуковых колебаний, формируемых пьезоэлектрическими излучателями. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510919
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.05.2014
№216.012.bf6d

Порошковая проволока

Изобретение может быть использовано для электродуговой наплавки оборудования и инструмента, работающих в условиях термомеханического циклического нагружения, например деталей медеразливочных машин, прессового инструмента горячего деформирования, валков горячей прокатки. Порошковая проволока...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514754
Дата охранного документа: 10.05.2014
27.08.2014
№216.012.eecd

Устройство для профилактики гнойно-септических осложнений

Изобретение относится к медицине, а именно к профилактике гнойно-септических воспалительных осложнений у родильниц из группы высокого инфекционного риска. Устройство содержит ультразвуковой генератор с командным устройством, пьезокерамический излучатель с контактными волноводами и систему для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526952
Дата охранного документа: 27.08.2014
10.04.2015
№216.013.3fb1

Ультразвуковой волновод инструмент для хирургии

Изобретение относится к медицине и может быть использовано как хирургический инструмент для удаления компонентов эндопротеза при ревизионном эндопротезировании крупных суставов. Ультразвуковой волновод представляет собой конструкцию из полуволновых цилиндрического и экспоненциальных элементов,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547793
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.08.2015
№216.013.72fb

Способ проведения металлических винтов для остеосинтеза и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к травматологии и ортопедии и предназначено для оперативного лечения травм опорно-двигательного аппарата. Способ проведения металлических винтов для остеосинтеза через кость заключается в том, что осуществляют доступ к поврежденной кости, сопоставление костных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561005
Дата охранного документа: 20.08.2015
27.04.2016
№216.015.39d6

Порошковая проволока

Изобретение относится к порошковым проволокам. Порошковая проволока состоит из стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: плавиковый шпат 1,0-2,0; феррохром 20,0-24,0; ферромолибден 0,5-2,0; карбид бора 4,0-12,0; железный порошок 0-16,5;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582402
Дата охранного документа: 27.04.2016
27.08.2016
№216.015.4f7c

Способ селекции препотентных (терминальных) хряков для гибридизации свиней

Изобретение относится к области зоотехнии, может быть использовано при выращивании, селекции и гибридизации свиней. Способ селекции препотентных (терминальных) хряков для гибридизации свиней Sys scrofa включает взятие крови у хрячков и свинок с живой массой 100 кг, определение в ней наличия...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595428
Дата охранного документа: 27.08.2016
13.01.2017
№217.015.8366

Способ активации репаративного остеогенеза

Изобретение относится к травматологии и ортопедии и может быть применимо для активации репаративного остеогенеза. Устанавливают аппарат внешней фиксации, имеющий полый стержень-шуруп, фиксирующийся в кронштейне. Упомянутый полый стержень-шуруп вводят на расстоянии 20-40 мм от места перелома в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601858
Дата охранного документа: 10.11.2016
13.01.2017
№217.015.85f2

Устройство активации репаративного остеогенеза

Изобретение относится к медицине. Устройство для активации репаративного остеогенеза содержит стержень-шуруп канюлированный, включающий самонарезающую и резьбоформирующую часть с одной стороны, с другой стороны - резьбовую часть и безрезьбовой участок между ними, а также сквозное отверстие и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603325
Дата охранного документа: 27.11.2016
+ добавить свой РИД