Способ ударно-волновой обработки труднопрессуемых керамических и алмазоподобных порошковых материалов

(51)23 20/00, 20/08 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ УДАРНО-ВОЛНОВОЙ ОБРАБОТКИ ТРУДНОПРЕССУЕМЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ И АЛМАЗОПОДОБНЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ(71) Заявитель Государственное учреждение Научно-исследовательский институт импульсных процессов с опытным производством(72) Авторы Коморный Александр Анатольевич Смирнов Геннадий Васильевич Толошный Анатолий Александрович(73) Патентообладатель Государственное учреждение Научно-исследовательский институт импульсных процессов с опытным производством(56)4026708 А, 1992.2116176, 1998.1770085 1, 1992.395173, 1974.1732572 1, 1997.2542654 1, 1984. Трудысовещания по обработке материалов взрывом / Под редакцией Г.Е. Кузьмина, В.А. Симонова, И.В. Яковлева, В.Ф. Нестеренко. - Новосибирск. 1982. - С. 70-73.(57) Способ ударно-волновой обработки труднопрессуемых керамических и алмазоподобных порошковых материалов, включающий коаксиальную установку ампулы с образцом и заряда взрывчатого вещества, нагрев образца пропусканием тока и инициирование заряда взрывчатого вещества, причем токоподводы располагают на стороне, противоположной точке инициирования, отличающийся тем, что нагрев образца проводят до температуры 2500 С через графитовый нагреватель, при этом по наружной цилиндрической поверхности основного заряда взрывчатого вещества располагают дополнительный заряд взрывчатого вещества, а выводы токоподводов выполняют направленными в грунтовое основание. 7677 1 2006.02.28 Изобретение относится к области динамической обработки материалов и предназначено для создания необходимых технологических параметров при сварке-консолидации преимущественно продвинутых керамических и алмазоподобных композиций. Данные композиции применяются для изготовления сверхтвердых режущих элементов обрабатывающего и правящего инструмента. Известны установочные схемы для прессования порошковых материалов различными зарядами бризантных взрывчатых веществ по цилиндрической конфигурации (А.В. Крупин,В.Я. Соловьев и др. Обработка металлов взрывом. - Москва Металлургия, 1999. - С. 325). Они состоят из контейнера, который представляет собой трубу с различной толщиной стенки из черного или цветного металла или другого материала, например картона, и защитного конуса, который препятствует проникновению продуктов взрыва внутрь прессуемого порошка. Недостатком таких ампул является невозможность их применения для прессования тугоплавких керамических сверхтвердых и алмазоподобных материалов. Такие материалы имеют высокие прочностные характеристики и температуру плавления. Для получения соединения между частицами необходимо создать условия деформации и пластического течения поверхностных слоев в момент прохождения ударной волны и процесса разгрузки. Однако вследствие высокого динамического предела текучести сверхтвердых и алмазоподобных материалов таких условий добиться невозможно без предварительного разогрева обрабатываемых образцов. Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому объекту является способ (заявка Японии 4026708, 1992) ударно-волновой обработки труднопрессуемых керамических и алмазоподобных порошковых материалов, включающий коаксиальную установку ампулы с образцом и заряда взрывчатого вещества, нагрев образца пропусканием тока и инициирование заряда взрывчатого вещества, причем токоподводы располагают на стороне, противоположной точке инициирования. К недостаткам этой схемы следует отнести невозможность нагрева рабочей полости выше температуры 1000 С, т.к. в этом случае возможно возгорание заряда взрывчатого вещества. Задачей предлагаемого изобретения является получение универсальной установочной схемы для обработки различных классов труднопрессуемых керамических и алмазоподобных материалов при обеспечении полной безопасности работ с взрывчатыми материалами без применения специальных защитных сооружений. Поставленная задача достигается тем, что в известном способе ударно-волновой обработки труднопрессуемых керамических и алмазоподобных порошковых материалов,включающем коаксиальную установку ампулы с образцом и заряда взрывчатого вещества,нагрев образца пропусканием тока и инициирование заряда взрывчатого вещества, причем токоподводы располагают на стороне, противоположной точке инициирования, согласно изобретению, нагрев образца проводят до температуры 2500 С через графитовый нагреватель, при этом по наружной цилиндрической поверхности основного заряда взрывчатого вещества располагают дополнительный заряд взрывчатого вещества, а выводы токоподводов выполняют направленными в грунтовое основание. Способ осуществляют по схеме ударно-волновой обработки порошковых материалов при повышенных исходных температурах, представленной на фигуре. Данная схема состоит из электродетонатора 1, основного заряда взрывчатого вещества 2 со скоростью детонации 2, дополнительного заряда 3 со скоростью детонации 1, направленной вдоль поверхности цилиндра основного заряда, причем 12, что приводит к осевой кумуляции энергии, и ампулы сохранения. В свою очередь, ампула сохранения представляет собой закрытый с одной стороны металлический контейнер 4, который является и одним из токоподводов, электроизолирующий, и при необходимости, теплоизолирующий, слой 5 для электрической развязки токоподводов, обрабатываемый образец 6 с графитовым нагревателем 7. Для удержания образца в контейнере в процессе обработки и 2 7677 1 2006.02.28 после снятия нагружения он закрывается заглушкой 8, которая является вторым токоподводом. Предлагаемая схема работает следующим образом. Ампула сохранения в собранном состоянии устанавливается в месте проведения взрывных работ и направляется выводами токоподводов в грунтовое основание (на схеме не показано). После подсоединения токоподводов к зажимам силовой электроустановки, формования зарядов взрывчатого вещества и установки электродетонатора производится нагрев обрабатываемого образца до необходимой технологической температуры. После проведения нагрева производится инициирование зарядов взрывчатого вещества с помощью электродетонатора. Возникающая детонационная волна вызывает ударную волну в металлическом контейнере, которая и производит обработку образца. Заглушка запечатывает открытый канал контейнера и не только удерживает, но и сохраняет образец в осаженном контейнере в напряженном состоянии. За счет однонаправленности детонационных и ударных процессов в сторону грунтового основания случайного разлета концевых частей токоподводов не происходит и они остаются в месте подрыва. По предлагаемому способу проводили консолидацию ультрадисперсных алмазных порошков детонационного синтеза с исходным размером частиц 45 нм. Порошки предварительно подготавливались, уплотнялись до плотности 1520 от теоретической, и помещались в ампулу сохранения. Вокруг ампулы сохранения формовался основной заряд взрывчатого вещества из аммонита 6 ЖВ (24500 м/с). В качестве дополнительного заряда взрывчатого вещества использовался гексоген (16500 м/с). Инициирование заряда осуществлялось с помощью электродетонатора ЭД-8. Перед инициированием производился нагрев образца до температуры 2500 С в течение 16 секунд. Компактные образцы в виде дисков извлекались с помощью токарного станка. Относительная плотность образцов измерялась с помощью метода гидростатического взвешивания и составила 96 от теоретической. Установлено, что размер частиц алмаза может быть увеличен под динамической нагрузкой в 35 ГПа и выдержке несколько десятков микросекунд. Наблюдаемое укрупнение алмазных зерен до 200 мкм доказывает эффективность процесса ударно-волновой консолидации и возможность получения монолитной структуры. Предлагаемая схема ударно-волновой обработки порошковых материалов позволяет осуществлять сварку-консолидацию труднопрессуемых керамических и алмазоподобных материалов при исходных температурах до 2500 С при обеспечении безопасности взрывных работ и сохранении ампулы с образцом после релаксации ударных процессов. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.