Пристрій для одержання консолідованих порошкових матеріалів

Реферат: UA 85062 U UA 85062 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до порошкової металургії, а саме до пристроїв для одержання консолідованих порошкових матеріалів. Відомий пристрій для іскроплазмового спікання порошків (Патент України № 71816, МПК (2006.01) В22F 3/14, опубл. 25.07.12. Бюл. № 14 ), що містить матрицю з пуансонами, яка встановлена в герметичній камері, що утворена верхньою та нижньою півкамерами, електропровідні вставки, струмопідводи, прохідні ізолятори та джерело живлення, і оснащений струмопідвідними коробами, які закріплені на бічній поверхні верхньої і нижньої півкамер, в яких розміщені гнучкі струмопідводи, та двома струмоведучими плитами, одна з яких розміщена над матрицею, а друга - під нею з можливістю переміщення уздовж осі пристрою, причому струмоведучі плити виконані з каналами для охолоджуючої рідини. Ознаками, які збігаються з суттєвими ознаками пристрою, що заявляється, є такі: матриця з пуансонами, яка встановлена в герметичній камері, що утворена двома півкамерами, дві струмоведучі плити з електропровідними вставками, які виконані з каналами для охолоджуючої рідини і розміщені в півкамерах над і під матрицею, а одна з них встановлена з можливістю переміщення уздовж осі пристрою, джерело живлення струмоведучих плит. До причини, що перешкоджає одержанню необхідного технічного результату слід віднести те, що в пристрої консолідований порошковий матеріал одержують внаслідок дії на вихідний порошок високої температури та статичного тиску в результаті чого під впливом сил тертя формується неоднорідна структура матеріалу. Найбільш близьким за суттю ознак до корисної моделі є пристрій для одержання консолідованих порошкових матеріалів (Заявка № u201212107 з рішенням № 2661/ЗУ/13 від 05.02.2013 про видачу деклараційного патенту на корисну модель, МПК (2006.01) В22F 3/14), що містить матрицю з пуансонами, яка встановлена в герметичній камері, що утворена двома півкамерами, дві струмоведучі плити з електропровідними вставками, які виконані з каналами для охолоджуючої рідини і розміщені в півкамерах над і під матрицею, а одна з них встановлена з можливістю переміщення уздовж осі пристрою, джерело живлення, струмопідвідні короби, що закріплені на бічній поверхні півкамер, в яких розміщені гнучкі струмопідводи, та ізолятори, який оснащений електророзрядним генератором пружних коливань з поршнем, причому електророзрядний генератор пружних коливань з'єднаний з однією з півкамер, а поршень встановлений в цій півкамері з можливістю переміщення уздовж осі пристрою і на ньому через ізолятор закріплена струмоведуча плита. Ознаками, які збігаються з суттєвими ознаками пристрою, що заявляється, є такі: матриця з пуансонами, яка встановлена в герметичній камері, що утворена верхньою та нижньою півкамерами, дві струмоведучі плити з електропровідними вставками, які виконані з каналами для охолоджуючої рідини і розміщені верхня над, а нижня - під матрицею, джерело живлення струмоведучих плит, електророзрядний генератор пружних коливань, що виконаний у вигляді заповненої рідиною розрядної камери з позитивним та негативним електродами, які з'єднані з генератором імпульсних струмів, і має поршень, що встановлений з можливістю переміщення уздовж осі пристрою, на якому встановлена нижня струмоведуча плита. До причини, що перешкоджає одержанню необхідного технічного результату слід віднести те, що в пристрої консолідований порошковий матеріал одержують внаслідок дії на вихідний порошок високої температури, імпульсного навантажування та статичного тиску, при цьому висока температура реалізується за рахунок використання низьковольтного джерела живлення, що утворює неоднорідне температурне поле в порошках, що консолідують, та формується неоднорідна структура матеріалу. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити пристрій для одержання консолідованих порошкових матеріалів шляхом заміни джерела живлення струмоведучих плит та оснащення його новим блоком, що дозволить здійснювати синхронізовану дію на порошок в матриці імпульсним навантаженням, яке генерують імпульсними електричними розрядами у рідині при подачі імпульсів високої напруги на електроди електророзрядного генератора пружних коливань, та високовольтними імпульсними електричними розрядами в шару порошку, які призводять до короткочасного відносно низькотемпературного нагрівання порошку, що запобігає зростанню зерен порошкового матеріалу, що консолідується, та керувати послідовністю й тривалістю роботи генераторів імпульсних струмів і змінювати параметри електророзрядного генератора пружних коливань, який діє на порошок і високовольтних імпульсних електричних розрядів в шарі порошку в матриці, і за рахунок цього керувати формуванням структури порошкового матеріалу, який консолідується, і одержувати безпористий високощільний консолідований порошковий матеріал з підвищеними фізикомеханічними характеристиками. Це особливо важливо для одержання порошкових матеріалів з наноструктурою. 1 UA 85062 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для одержання консолідованих порошкових матеріалів, що містить матрицю з пуансонами, яка встановлена в герметичній камері, що утворена верхньою та нижньою півкамерами, дві струмоведучі плити з електропровідними вставками, які виконані з каналами для охолоджуючої рідини і розміщені верхня над, а нижня - під матрицею, джерело живлення струмоведучих плит, електророзрядний генератор пружних коливань, що виконаний у вигляді заповненої рідиною розрядної камери з позитивним та негативним електродами, які з'єднані з генератором імпульсних струмів, І має поршень, що встановлений з можливістю переміщення уздовж осі пристрою, на якому встановлена нижня струмоведуча плита, згідно з корисною моделлю, він оснащений другим генератором імпульсних струмів, який є джерелом живлення струмоведучих плит, та блоком керування генераторами імпульсних струмів. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками пристрою, що заявляється, і технічним результатом необхідно відзначити таке. Ознаки «він оснащений другим генератором імпульсних струмів, який є джерелом живлення струмоведучих плит, та блоком керування генераторами імпульсних струмів» дозволять здійснювати синхронізовану дію на порошок в матриці імпульсним навантаженням, яке генерують імпульсними електричними розрядами у рідині при подачі імпульсів високої напруги на електроди електророзрядного генератора пружних коливань, та високовольтними імпульсними електричними розрядами в шарі порошку, які призводять до короткочасного відносно низькотемпературного нагрівання порошку, що запобігає зростанню зерен порошкового матеріалу, що консолідується, та керувати послідовністю й тривалістю роботи генераторів імпульсних струмів та змінювати параметри імпульсних розрядів в рідині і високовольтних імпульсних електричних розрядів в шарі порошку в матриці, нагрівання порошку, і за рахунок цього керувати формуванням структури порошкового матеріалу, який консолідується, і одержувати безпористий високощільний консолідований порошковий матеріал з підвищеними фізико-механічними характеристиками. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображено повздовжній розріз пристрою. Пристрій для консолідації порошків містить матрицю 1 з пуансонами 2 та 3, яка встановлена в герметичній камері, що утворена верхньою 4 та нижньою 5 півкамерами, дві струмоведучі плити верхня 6 та нижня 7 з електропровідними вставками 8 та 9 відповідно, ізолятори 10, 11 та 12, високовольтні генератори імпульсних струмів 13 та 14, електророзрядний генератор пружних коливань 15. Електророзрядний генератор пружних коливань 15 виконаний у вигляді заповненої рідиною розрядної камери з електродами 16, що з'єднані з високовольтним генератором імпульсних струмів 13, і з робочого торця має поршень 17. Електророзрядний генератор пружних коливань 15 з'єднаний з нижньою півкамерою 5, а поршень 17 встановлений в півкамері 5 з можливістю переміщення уздовж осі пристрою, і на ньому через ізолятор 12 закріплена нижня струмоведуча плита 7. Струмоведуча плита 6 розміщена в півкамері 4 над матрицею 1, а струмоведуча плита 7 в півкамері 5 - під матрицею 1 і виконані з каналами 18 для охолоджуючої рідини, які підключені до системи прочування охолоджуючої рідини (на кресленні не показано). Струмоведуча плита 6 ізольована від верхньої півкамери 4 ізолятором 11 і через ізолятор 10 з'єднана з штоком 19 гідроциліндра 20 й встановлена з можливістю переміщення уздовж осі пристрою для забезпечення можливості встановлення заповненої порошком матриці 1 на електропровідній вставці 9 струмоведучої плити 7 для здійснення процесу електроплазмового спікання порошку, а також для вилучення матриці 1 з пристрою після завершення процесу. Високовольтний генератор імпульсних струмів 14 підключений до розрядного контуру, до якого входять: струмопідвід 21, нижня струмоведуча плита 7, електропровідна вставка 9, нижній пуансон 3, матриця 1 з порошком, що консолідується, верхній пуансон 2, електропровідна вставка 8, верхня струмоведуча плита 6. Для герметизації камери між півкамерами 4,5 розміщено ущільнення 22, на верхній струмоведучій плиті 6 - ущільнення 23, а на поршні 17 - ущільнення 24. Для обмеження ходу поршня 17 на корпусі електророзрядного генератора пружних коливань 15 встановлений упорний фланець 25. На бічній поверхні півкамери 5 розміщені патрубок 26 для відведення повітря (або підведення інертного газу) та ілюмінатор 27 для контролю за рівнем температури поверхні матриці 1. Пристрій оснащено стойками 28 та плитою 29 для кріплення гідроциліндра 20 (елементи підключення гідравлічної системи на кресленні не показані). Пристрій оснащено блоком керування 30 генераторами імпульсних струмів 13 та 14, який дозволяє синхронізовано керувати послідовністю й тривалістю роботи генераторів імпульсних 2 UA 85062 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 струмів та змінювати параметри електророзрядного генератора пружних коливань 15, який діє на порошок, і високовольтних імпульсних електричних розрядів в шару порошку в матриці. Пристрій працює таким чином. Матрицю 1 заповнюють порошком і при піднятій півкамері 4 встановлюють її разом з пуансонами 2 і 3 на поверхню електропровідної вставки 9 нижньої струмоведучої плити 7. За допомогою штока 19 гідроциліндра 20 півкамеру 4 переміщують до її торкання з півкамерою 5 і герметизації внутрішнього об'єму пристрою. При цьому торцеві поверхні пуансона 2 і електропровідної вставки 8 контактують між собою. Через патрубок 26 пристрій підключають до вакуумної системи або до системи подання інертного газу (на кресленні не показано). За допомогою штока 19 гідроциліндра 20 прикладають статичне навантажування на пуансони 2, 3 та матрицю 1 з порошком. При цьому переміщення поршня 17 донизу обмежено упорним фланцем 24. Порошок в матриці 1 ущільнюють до регламентованого рівня електричного опору порошку. Включають систему прокачування охолоджуючої рідини (на кресленні не показано) і через підвідні патрубки та відвідні патрубки подають охолоджуючу рідину у канали 18 струмоведучих плит 6 та 7. Від генератора імпульсних струмів 13 подають імпульси високої напруги на електроди 16 електророзрядного генератора пружних коливань 15. Здійснюється пробій рідинного проміжку між електродами 16 й реалізується імпульсний електричний розряд в рідині, який призводить до формування ударних хвиль і високошвидкісних гідропотоків, що генерують імпульсне навантаження на порошок. Від високовольтного генератора імпульсних струмів 14 подають серію імпульсів високої напруги на струмоведучі плити 6 та 7 й реалізують імпульсний електричний розряд в шарі порошку, який знаходиться в матриці, що приводить до короткочасного відносно низькотемпературного нагрівання порошку. Відбувається нагрівання порошку серією імпульсів високої напруги і його консолідація в умовах одночасної дії температури, статичного тиску та імпульсного навантаження. Блок керування генераторами імпульсних струмів 30 дозволяє синхронізовано керувати послідовністю й тривалістю роботи генераторів імпульсних струмів 13 та 14 та змінювати параметри електророзрядного генератора пружних коливань 15, який діє на порошок, і високовольтних імпульсних електричних розрядів в шарі порошку в матриці і тим самим змінювати імпульсне навантаження на порошок та температуру його нагрівання. Рівень температури поверхні матриці 1 контролюють за допомогою оптичного пірометра (на кресленні не показано) через ілюмінатор 26. Після виходу на регламентований для даного порошку рівень температури виконують витримку матриці 1 з порошком в умовах сталості статичного тиску та температури. Через деякий час знімають статичне навантаження, вимикають високовольтні генератори імпульсних струмів 13 та 14, припиняють подачу охолоджуючої рідини через канали 18. Потім вимикають пристрій від вакуумної системи (або системи подання інертного газу), піднімають шток 18 гідроциліндра 19 і півкамеру 4 та вилучають матрицю 1, з якої виймають заготовку. Процес консолідації порошків виконують відповідно експериментально встановленим рекомендаціям з величини напруги та струму, що використовують в пристрої, а також статичного та імпульсного тиску, температури та тривалості дії на порошок, що спікають. Таким чином, використання пристрою для консолідації порошкових матеріалів дозволить здійснювати сихронізовану дію на порошок в матриці імпульсним навантаженням, яке генерують імпульсними електричними розрядами у рідині при подачі імпульсів високої напруги на електроди електророзрядного генератора пружних коливань, та високовольтними імпульсними електричними розрядами в шару порошку, які приводять до короткочасного відносно низькотемпературного нагрівання порошку, що запобігає зростанню зерен порошкового матеріалу, що консолідується, та керувати послідовністю й тривалістю роботи генераторів імпульсних струмів та змінювати параметри електророзрядного генератора пружних коливань, який діє на порошок і високовольтних імпульсних електричних розрядів в шарі порошку в матриці, і за рахунок цього керувати формуванням структури порошкового матеріалу, який консолідується, і одержувати безпористий високощільний консолідований порошковий матеріал з підвищеними фізико-механічними характеристиками, що особливо важливо для одержання порошкових матеріалів з наноструктурою. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 Пристрій для одержання консолідованих порошкових матеріалів, що містить матрицю з пуансонами, яка встановлена в герметичній камері, що утворена верхньою та нижньою півкамерами, дві струмоведучі плити з електропровідними вставками, які виконані з каналами для охолоджуючої рідини і розміщені верхня над, а нижня - під матрицею, джерело живлення 3 UA 85062 U 5 струмоведучих плит, електророзрядний генератор пружних коливань, що виконаний у вигляді заповненої рідиною розрядної камери з позитивним та негативним електродами, які з'єднані з генератором імпульсних струмів, і має поршень, що встановлений з можливістю переміщення уздовж осі пристрою, на якому встановлена нижня струмоведуча плита, який відрізняється тим, що він оснащений другим генератором імпульсних струмів, який є джерелом живлення струмоведучих плит, та блоком керування генераторами імпульсних струмів. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4