способ проведения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза цилиндрических изделий

Формула изобретения

Способ проведения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза цилиндрических изделий, включающий приготовление однородной экзотермической смеси порошковых компонентов при их заданном соотношении, обеспечивающем их самостоятельное горение, прессование шихты в изделие заданной формы, проведение самораспространяющегося высокотемпературного синтеза путем поджигания и охлаждение изделия, отличающийся тем, что места поджога располагают относительно центра масс изделия в горизонтальной плоскости через каждые 60-120°, при этом изделие поджигают одновременно во всех местах.

Описание изобретения к патенту

Способ относится к области металлургии, а конкретно к области самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, для получения композиционных материалов с высокой твердостью, износостойкостью и прочностью, предназначенных для всех сфер деятельности.

Известен метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза путем инициирования поджога образца точечно - сверху. В смеси шихт порошков разных химических веществ, точечно - сверху инициируют реакцию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. При протекании реакции выделяется тепло, которое нагревает соседние более холодные слои вещества и также возбуждает в них реакцию [1].

Недостатком данного метода является появление неоднородности структуры получаемого изделия, уменьшающая твердость и износостойкость при горизонтальной нагрузке. Присутствует субъективизм при выборе мест поджога. Пористые изделия имеют 15-18% прочности от прочности беспористого материала.

Известен метод инициирования горения с помощью поверхностного импульсного сверхвысокочастотного излучения - разряда. Плазма сверхвысокочастотного разряда выполняет роль нагревателя твердых частиц. Инициирование при сверхвысокочастотном воздействии принципиально не отличается от широко применяемого инициирования с помощью нагретой вольфрамовой нити. При помощи данного способа удается инициировать экзотермические химические реакции в порошковых смесях как в прессованных, так и в насыпных [2].

Недостатком данного метода является задержка начала реакции после окончания импульса. Появление неоднородности структуры получаемого изделия, которая уменьшает твердость и износостойкость. Присутствует субъективизм при выборе мест поджога. Пористые изделия имеют 15-18% прочности от прочности беспористого материала.

Известен метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза путем поджигания образца с торца изделия-прессовки, с последующим его прессованием. Горение начинается со стадии зажигания самораспространяющегося высокотемпературного синтеза-системы на торцевой поверхности образца, к которой интенсивно подводится тепло от внешнего источника, например от раскаленной вольфрамовой спирали. Это тепло достаточно быстро прогревает поверхностный слой образца и возбуждает в нем сильную экзотермическую реакцию, инициирует горение. После реакции деталь сразу прессуют прессом [3].

Недостатком метода является то, что для избавления от неоднородности структуры получаемого изделия используют дополнительное дорогостоящее и крупногабаритное оборудование - пресс. Присутствует субъективизм при выборе мест поджога. Пористые изделия имеют 15-18% прочности от прочности беспористого материала.

Данный метод взят за прототип.

Задачей изобретения является создание способа проведения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза обеспечивающего повышение рабочих характеристик в получаемом изделии: прочности, твердости, износостойкости - во всех плоскостях изделия.

Технический результат достигается тем, что места поджога располагают относительно центра масс изделия в горизонтальной плоскости через каждые 60-120°; изделие поджигается одновременно во всех местах поджога.

Способ реализуется в приготовлении однородной экзотермической смеси порошковых компонентов при их заданном соотношении, обеспечивающем самостоятельное горение, прессовании порошка в изделие заданной формы, поджоге изделия, места поджога располагаются относительно центра масс в горизонтальной плоскости через каждые 60-120°, центр масс у цилиндра находится в центре отрезка соединяющего центры его оснований, места поджога с последующим охлаждением изделия. Первое место поджога выбирается случайно в горизонтальной плоскости, которая пересекает отрезок, соединяющий центры оснований, в середине и перпендикулярна ему. Следующее место поджога располагается через 60-120° относительно первого. Действие повторяется до тех пор, пока не дойдем до 1 места поджога. Получаемые пористые изделия имеют прочность 18-45% беспористого материала. Опытным путем было доказано, что при реализации поджога в диапазоне размещения мест поджога 60-120° получаем наивысшие характеристики у получаемого изделия, такие как прочность, износостойкость и твердость.

Способ представлен следующими примерами.

Пример 1. Готовят экзотермическую смесь массой 100 грамм из порошков титана марки ПТС, кремния и углерода технического (сажа)марки П804Т для получения стехиометрического карбосилицида титана. Затем порошки перемешивают в течение 3 часов в шаровой мельнице объемом 1 литр при соотношении шаров и шихты 3:1. Из шихты односторонним прессованием в цилиндрической матрице получают шихтовые изделия диаметром 70 мм массой 50 г и относительной плотностью 0,4-0,45. Изделия размещают в реакторе. Находят у него центр масс и располагают места поджога относительно него через 60°. Инициируют самораспространяющуюся высокотемпературную реакцию раскаленными вольфрамовыми спиралями. После прохождения реакции по всему объему изделия полученный материал извлекают из реактора, охлаждают и анализируют известными методами.

Полученный пористый материал представляет собой образец с пористостью от 35-40%, где доля открытой пористости составляют 80-85% от общей пористости. Прочность на сжатие _сж образцов составила 370-420 МПа.

Пример 2. Готовят экзотермическую смесь массой 100 грамм из порошков титана марки ПТС, кремния и углерода технического (сажа) марки П804Т для получения стехиометрического карбосилицида титана. Затем порошки перемешивают в течение 3 часов в шаровой мельнице объемом 1 литр при соотношении шаров и шихты 3:1. Из шихты односторонним прессованием в цилиндрической матрице получают шихтовые изделия диаметром 70 мм массой 50 г и относительной плотностью 0,4-0,45. Изделия размещают в реакторе. Находят у него центр масс и располагают места поджога относительно него через 120°. Инициируют самораспространяющуюся высокотемпературную реакцию раскаленными вольфрамовыми спиралями. После прохождения реакции по всему объему изделия полученный материал извлекают из реактора, охлаждают и анализируют известными методами.

Полученный пористый материал представляет собой образец с пористостью от 45-55%, где доля открытой пористости составляют 90-95% от общей пористости. Прочность на сжатие _сж образцов составила 363-411 МПа.

Положительный эффект от использования предложенного способа выражается в том, что он обеспечивает повышение рабочих характеристик в получаемом изделии: прочность, твердость, износостойкость во всех плоскостях изделия.

Предложенная совокупность существенных признаков не известна из доступных источников информации уровня техники, из которого явным образом не следует для специалиста-материаловеда, и может быть серийно воспроизведена в производстве, то есть соответствует критериям патентоспособности.

Способ может применяться и широко использоваться в промышленных условиях для создания материалов и изделий, в том числе медицинского назначения, в случае синтеза биологически совместимых материалов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. http://wsyachina.narod.ru/technology/svs.html.

2. Журнал технической физики, 2008, том 78. Вып.10. Инициирование реакции СВС импульсным микроволновым разрядом.

3. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов: Учеб. пособ./Под научной ред. В.Н. Анциферова. - М.: Машиностроение-1, 2007. - 567 с.