粉末材料制品的制造方法及所用设备技术

本发明专利技术涉及粉末冶金领域。在本发明专利技术中，燃烧产物的变形是通过在挤压筒５内在０．３Ｔ－［１］～Ｔ－［２］温度下进行挤压来实现的，其中，Ｔ－［１］为燃烧产物中硬质相的熔化温度，Ｔ－［２］为粘结材料的熔化温度，上述挤压筒５由直立式组件１２装成，组件之间留有间隙，并且有阴模１４和隔热的定径管１７，同时，由部件组２１来控制挤压温度规范，该部件组２１包括温度传感器２２和从传感器２２得到信息并向阳模１０发出移动指令的控制机构２３。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及粉末冶金领域，更确切地说，是涉及粉末材料制品的制造方法及所用设备。本专利技术可以最成功地用来制造长尺寸的圆形截面粉末难熔无机材料制品，例如冲模的轴销、切削刀具的杆坯等。此外，本专利技术还可用来制造具有各种横截面形状的异形制品。已知有用热冲击挤压来制造耐热粉末材料制品的方法，它是用标准的粉末冶金方法得到圆柱形的毛坯，将该毛坯在150～460MN/m2的压力下进行静力液压，在真空中高达1450℃的温度下烧结1～6小时，并将该毛坯在玻璃质润滑剂中进行热动态挤压，然后在真空中退火1小时(文摘杂志，《冶金类》，1981年，1┏445;伦敦城工业大学，冶金及材料系;附附图说明图12，表1，参考文献9，《某些镍基耐热合金的热冲击挤压及其随后处理》)。动态挤压可以加工难熔元素含量低于50%的镍基耐热合金，并且，在许多情况下还可提高热硬度，降低孔隙度，并使第二相质点在材料中均匀分布。上述方法的主要缺点与它的多阶段性有关，这导致能量消耗大，所用工艺设备复杂，生产周期长，劳动量大。此外，如所周知，难熔元素含量高于50%的复杂合金，不宜采用动态挤压法，因为这类合金在热态下有高的脆性和硬度。已知有获得硬质合金材料制品的方法，它是在粉末原料(金属、非金属和粘结材料)混合料中进行燃烧反应，然后在所有的面上压缩，使其变形(Me＊aHoB A。T。，等人《基于燃烧的制造高温材料新方法》，见《材料学的科学基础》一书，莫斯科，科学出版社，1981，193～206页)。该方法应看作是热挤压法的一种方案，在此方法中，燃烧过程为材料变形准备了组成部分(合成和加热)。此法曾用于制造不含钨、由Ti、C、Ni、Mo元素组成的硬质合金混合料，是按要得到工业合金来配成的，即含有20%镍和30%钼作为粘结剂的碳化钛。在一定条件下，得到了性能不错、接近于工业牌号的材料。现在，带有压缩的自行扩展高温合成方法也用来制造含有某些难熔化合物的密实材料。上述方法可在一个步骤短时间(约1分钟)内制得硬质合金材料及其制品，而能量消耗最少。这种方法的主要缺点是，所得到制品的形状有限，即不可能得到长度与直径之比大(h/d＞＞1)的长尺寸制品。在此方法中用的不均衡的三轴压缩方法，导致材料中主要形成压应力。所以，用此方法制造h/d＞＞1的制品时，就失去最初所给定的形状，并在材料中产生裂纹和压不透的情况。已知有一种方法，在压力下自行燃烧结陶瓷，这是在高压下扩展放热合成反应。这时在含有合成所需元素的预制先配好的粉末混合料中进行烧结材料的合成和压实(Miyamoto K.等人《陶瓷的高压自燃烧结》，Funtai oyobi Funmatsu Jakin1987。Vol。34，N3-P。101～106(gp)。CA107，N1，P.266(1981 1H)参考文献，文摘杂志，《化学类》1988，T13，H11，7E 13M。)在此方法中，作为在压力下烧结的能源乃是在合成反应中放出的热量。为了引发过程，必须对混合料施加热脉冲(通入200～400安的电流，历时3秒)，然后，烧结过程急速进行(几秒钟)。采用这种同时进行烧结和合成的方法，能够得到诸如TiB2、ZrB2、NbB2、TiC、SiC的难熔材料以及复合材料和这些材料为基体的制品。已知有实现上述方法所用的设备，它是一种放置在高压室内的反应器，这种反应器是带有氮化硼衬垫、用叶蜡石做的六面体，混合原料装到其中。从混合料的一点或从其所有侧表面进行点燃。上述方法和设备的优点是工艺过程的时间短，能量消耗不大。其缺点是工艺性差(对于制品的每种形状，要配置专用的反应器)、生产率不高(这与必须将反应器放到高压室中有关)、制品的尺寸也有限制(这也是该设备的结构所决定的)。下面一种方法最接近所申请的专利技术，这种制造粉末材料制品的方法，粉末材料选用含有至少一种过渡金属、至少一种非金属和至少一种金属基粘结料的一组材料，这种方法包括下列步骤制备上述材料的粉状混合料;在混合料中引发燃烧反应，在燃烧产物中形成由上述过渡金属和非金属组成的硬质相;然后使燃烧产物变形再取出制成品。已知有实施这种方法的设备，它包括带有放置粉状混合料挤压筒的压模;引发挤压筒内混合料燃烧反应的引燃装置;使挤压筒内燃烧产物变形的阳模;还有产生使燃烧产物变形所需压力的压力机，该压力机有与阳模作运动上联接的滑座，并装有控制滑座移动的操纵系统。〔Richardson G.Y.，等人《用自扩散合成法热压陶瓷》(Ceram。Eng。Sci。Proc.1986。Vol.7，n7～8，P761～770)(文摘杂志，《化学类》，M.，1987，No.4，4n20)《用自扩散合成的热压陶瓷》〕。按照上述方法，将混合原料压成块状，并装到设备中去。实施此法用的设备含有带阴模的石墨压模，它的挤压筒用厚度为1.5cm的陶瓷纤维绝缘层覆盖。因此，压模可用感应方法加热到1000℃高温。在点燃之前，对压模中的混料团块加34Mpa的压力。其引发混合料燃烧反应的装置位于压模的挤压筒之外，燃烧波沿着置于压模底部渠道内的混合粉料扩展到混料团块。当反应剂点燃后，压力大大降低(约为初始压力的50%)，然后，在大约2秒内，压力重新又提高到34MPa，之后，保持5～10分钟。用带有控制系统的热压压力机将材料压紧。用这种方法得到了含有10～30(体积)%Ti作为粘结材料的TiC基材料，以及TiC-TiB2基材料。上述方法及实施该方法所用设备的特点是，不可能得到长尺寸的制品(高度与直径之比＞＞1)，因为它采用了单轴压缩的方式，导致在材料中只产生压应力。在上述设备中制得的试件系圆盘状，直径为2.5cm，厚度为0.3cm。曾试图在那样的加载方式下制得具有h/d＞＞1的制品，结果以试件中出现裂纹而告终，并在其个别部位出现未压透的情况。此外，由于缺少对材料的温度控制，可能导致制品体积内材料组织和成分的不均匀性，这样的不均匀性常常在材料变形时产生，其组分处于各种团聚状态，例如，坚硬的基体处于固态，而金属粘结剂处于液态。本专利技术的任务是避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种改进的制造粉材料制品的方法，粉末材料选用含有至少一种过渡金属、至少一种非金属和至少一种金属基粘结料的一组材料，该方法包括下列步骤预先制备由上述材料组成的粉状混合料;在混合料中引发燃烧反应，并在燃烧产物中形成由上述过渡金属和非金属组成的硬质相;然后使燃烧产物变形并取出制成品。并提供实施此方法的设备，使得在其中燃烧产物经过变形，获得密实的长尺寸(h/d＞＞1)制品，并且在制品的整个体积内具有均匀的组织和成分。采用下列措施来解决所提出任务，提供一种用粉末材料制造制品的方法，这些材料选用含有至少一种过渡金属、至少一种非金属和至少一种以金属为基的粘结料的一组材料，该方法包括下列步骤制备上述材料组成的粉状混合料;在混合料中引发燃烧反应，并在燃烧产物中形成由上述过渡金属和非金属组成的硬质相;然后使燃烧产物变形并取出制成品，其中，按照本专利技术，燃烧产物的变形是通过挤压来实现的，挤压温度T为0.3T1～T2(其中，T1为燃烧产物中硬质相的熔化温度，T2为粘结材料的熔化温度)，挤压压力P为2000～5000kg/cm2。本专利技术的实质在于，挤压时材料应力状态是同时承受压缩和剪本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造粉末材料制品的方法，该粉末材料选用含有至少一种过渡金属、至少一种非金属和至少一种以金属为基的粘结料的一组材料，该方法包括如下步骤：制备由上述材料组成的粉状混合料；在混合料中引发燃烧反应，并在燃烧产物中形成由上述过渡金属和非金属组成的硬质相；然后使燃烧产物变形；并取出制成品；该方法的特征在于，燃烧产物的变形是通过挤压实现的，燃烧产物的挤压温度Ｔ为０．３Ｔ↓［１］～Ｔ↓［２］，（其中，Ｔ↓［１］为燃烧产物中硬质相的熔化温度，Ｔ↓［２］为粘结材料的熔化温度），挤压压力Ｐ为２０００～５０００ｋｇ／ｃｍ↑［２］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大格里高里维奇墨札罗瓦，亚历山大莫赛维奇斯托林，瓦狄母温尼米罗维奇普德尔斯瓦，莱尼得米哈依罗维奇布切特斯克，塔特耶尼克莱瓦史克兰，
申请(专利权)人：苏联科学院宏观动力学结构研究所，
类型：发明
国别省市：SU[苏联]