Влияние характеристик передающей порошковой среды на процесс электроконсолидации
Проанализированы характеристики различных порошков передающей среды в соответствии с ее функциональным назначением – передавать давление, создаваемое в пресс-форме, на керамические преформы и обеспечивать их нагрев за счет тепла, выделяемого при прохождении электрического тока. Проведены эксперимент...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2010
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69313 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние характеристик передающей порошковой среды на процесс электроконсолидации / С.Ю. Саенко // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 3. — С. 70-81. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859591541999271936 |
|---|---|
| author | Саенко, С.Ю. |
| author_facet | Саенко, С.Ю. |
| citation_txt | Влияние характеристик передающей порошковой среды на процесс электроконсолидации / С.Ю. Саенко // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 3. — С. 70-81. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Проанализированы характеристики различных порошков передающей среды в соответствии с ее функциональным назначением – передавать давление, создаваемое в пресс-форме, на керамические преформы и обеспечивать их нагрев за счет тепла, выделяемого при прохождении электрического тока. Проведены эксперименты по изучению уплотнения различных порошков в процессе электроконсолидации керамических преформ. Установлено влияние геометрической формы, характеристики поверхности и физико-механических свойств частиц порошковой среды на процессы макродеформации и консолидации преформ. Определены коэффициенты передачи бокового давления рассмотренных порошков и выявлена качественная корреляция их значений с неоднородностью деформации спеченных изделий.
Проаналізовано характеристики різних порошків передавального середовища відповідно до його функціонального призначення – передавати тиск, створюваний в прес-формі, на керамічні преформи і забезпечувати їх нагрівання за рахунок тепла, що виділяється при проходженні електричного струму. Проведено експерименти по вивченню ущільнення різних порошків у процесі электроконсолідації керамічних преформ. Установлено вплив геометричної форми, характеристики поверхні та фізико-механічних властивостей часток порошкового середовища на процеси макродеформації і консолідації преформ. Визначено коефіцієнти передачі бічного тиску розглянутих порошків і виявлено якісну кореляцію їх значень із неоднорідністю деформації спечених виробів.
Characteristics of different powders of transmitting medium are analysed in accordance with its functional purpose to transmit pressure created in the press-die to preforms and to provide their heating due to electric current flow. Experiments on studying the compression of different powders in the process of electroconsolidation of ceramic preforms are executed. Influence of geometric shape, surface characteristics and physical/mechanical properties of powder-like medium particles on character of preform deformation is determined. Janssen coefficients of the considered powders are determined and qualitative correlation of their values with inhomogeneity of deformation of the sintered products is revealed.
|
| first_indexed | 2025-11-27T15:22:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
© С.Ю. Саенко, 2010
PACS: 81.20.Lb
С.Ю. Саенко
ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРЕДАЮЩЕЙ ПОРОШКОВОЙ СРЕДЫ
НА ПРОЦЕСС ЭЛЕКТРОКОНСОЛИДАЦИИ
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
ул. Академическая, 1, г. Харьков, 61108, Украина
Статья поступила в редакцию 9 июля 2010 года
Проанализированы характеристики различных порошков передающей среды в соот-
ветствии с ее функциональным назначением – передавать давление, создаваемое в
пресс-форме, на керамические преформы и обеспечивать их нагрев за счет тепла,
выделяемого при прохождении электрического тока. Проведены эксперименты по
изучению уплотнения различных порошков в процессе электроконсолидации керами-
ческих преформ. Установлено влияние геометрической формы, характеристики по-
верхности и физико-механических свойств частиц порошковой среды на процессы
макродеформации и консолидации преформ. Определены коэффициенты передачи
бокового давления рассмотренных порошков и выявлена качественная корреляция их
значений с неоднородностью деформации спеченных изделий.
Ключевые слова: прессование, электроконсолидация, преформа, порошок,
частица, геометрическая форма, уплотнение, коэффициент передачи давления
Введение
В современном порошковом материаловедении термин «консолидация»
обозначает совокупность процессов, направленных на получение из дис-
персного материала изделий с заданными свойствами. Основные технологии
консолидации – прессование при низких температурах (холодное, с прило-
жением давления) и спекание при высоких температурах, в котором разли-
чают спекание без приложения давления (за счет лапласовых сил) и спека-
ние под давлением, или горячее прессование.
В последнее время интенсивно идет разработка методов активированного
спекания, принципиальным отличием которых от традиционных технологий яв-
ляется создание условий для концентрации высокой плотности выделяемой
энергии на контактах между частицами порошка. Преимущество новых техноло-
гий определяется возможностью снижения температуры и продолжительности
процесса спекания, а также достижением более высокой скорости деформации,
что способствует повышению плотности и замедляет рост зерна материала. Осо-
бый интерес среди методов активированного спекания представляет использова-
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
71
ние скоростного нагрева, что позволяет оптимизировать сочетание процессов
уплотнения и роста зерен материала. К новым методам относятся такие, как спе-
кание с контролируемой скоростью уплотнения (Rate-Controlled Sintering), акти-
вированное спекание под воздействием внешнего поля (FAST – Field Assisted
Sintering Techniques), скоростное горячее изостатическое прессование (QHIP –
Quick Hot Isostatic Pressing), микроволновое спекание (Microwave Sintering) [1–3].
Среди FAST-методов получения керамических материалов одним из пер-
спективных является процесс электроконсолидации. Этот процесс позволяет
осуществлять квазиизостатическое горячее прессование порошковых компо-
зиций за минимально короткие промежутки времени изотермической вы-
держки, что приводит к достижению высоких физико-механических харак-
теристик получаемых изделий. Суть процесса заключается в том, что нагрев
предварительно сформованных заготовок (преформ) осуществляется пря-
мым пропусканием электрического тока через упругосжимаемую среду, в
которую помещены одна или несколько преформ [4]. Назначение этой среды –
передача давления, создаваемого пуансонами, и обеспечение нагрева пре-
форм за счет джоулева тепла, выделяющегося при прохождении тока.
В ННЦ ХФТИ совместно с Арагонской Национальной лабораторией и фир-
мой «Superior Graphite» (США) разработана, изготовлена и запущена в экс-
плуатацию пилотная установка для реализации процесса электроконсолидации
(рис. 1) [5]. Данная установка обеспечивает возможность реализовать техноло-
гический процесс консолидации порошковых преформ керамик различного со-
става как в защитной среде инертных газов, так и в вакууме (≥ 1.0 Pa).
Процесс электроконсолидации осуществляется непосредственно в пресс-
форме, изготовленной из графита и углерод-углеродного композитного материа-
ла (УУКМ), имеющей внутренний диаметр 140 mm и высоту 240 mm (рис. 2).
Так как для получения многих функциональных керамик требуются высокие
(более 2000°С) температуры, то для контроля температуры в пилотной уста-
новке применен рентгенографический метод с использованием термодатчиков
плавления, размещенных в порошковой засыпке. Дополнительно использован
метод косвенного слежения за температурой с помощью термопары, установ-
ленной с внешней стороны пресс-формы. Термодатчики изготовлены из мате-
риалов с последовательно возрастающей температурой плавления (медь, ни-
кель, железо, титан, цирконий, бор, гафний), момент расплавления фиксируется
на мониторе компьютера, куда изображение внутреннего пространства пресс-
формы выводится из приемника рентгеновского излучения.
Особенности технологии электроконсолидации обусловливают необходи-
мость решать новую, по сравнению с другими способами, задачу – выбор мате-
риала передающей среды, обеспечивающей реализацию параметров спекания.
Поэтому вопросы, связанные со свойствами порошка, имеют актуальное значе-
ние для осуществления процесса электроконсолидации. Цель настоящей рабо-
ты – анализ физико-механических, тепловых и структурных характеристик по-
рошков с точки зрения соответствия требованиям, предъявляемым к сыпучей
передающей среде для осуществления процесса электроконсолидации.
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
72
а б
Рис. 1. Внешний вид (а) и схема (б) пилотной установки электроконсолидации : 1 –
гидроцилиндр; 2, 6 – верхний и нижний водоохлаждаемые токовводы; 3, 5 – верх-
ний и нижний пуансоны; 4 – пресс-форма; 7 – станина пресса; 8, 10 – кабель элек-
тропитания; 9 – вакуумная камера
а б
Рис. 2. Внешний вид (а) и конструкция (б) пресс-формы: 1 – сферическая пара; 2, 8 –
верхний и нижний пуансоны; 3 – порошковая передающая среда; 4 – преформы; 5 –
графитовый цилиндр пресс-формы; 6 – УУКМ силовой цилиндр для упрочнения
пресс-формы; 7 – графитовый войлок (теплоизоляция); 9 – нижняя опора; 10 – гра-
фитовая фольга
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
73
Обоснование выбора характеристик порошков передающей среды
Функциональное назначение передающей среды определяет требования к
ее характеристикам, основными из которых являются сохранение в процессе
уплотнения однородности по отношению к транспортным свойствам (элек-
тро- и теплопроводности), а также способность обеспечить распределение
давления на обрабатываемую преформу, близкое к изостатическому. Неод-
нородность передающей среды приведет не только к неоднородности давле-
ния в пределах полости пресс-формы, но и к градиентам температуры, что
может негативно отразиться на качестве получаемых изделий.
Чем больше способность частиц порошка перераспределяться под давле-
нием неразрывно и заполнять пустоты, тем однороднее температурное поле
и тем ближе к изостатическому распределение давления. Необходимым ус-
ловием также является достаточное электросопротивление сыпучей среды в
процессе уплотнения для обеспечения необходимой температуры спекания
порошкового конгломерата преформы.
К основным факторам, определяющим качество порошка как передающей
среды, относятся геометрическая форма частиц, характеристика их поверх-
ности (степень скольжения частиц друг относительно друга), а также физи-
ко-механические свойства материала порошка. Сферическая форма и глад-
кая поверхность частиц позволяют минимизировать внутреннее (частиц ме-
жду собой) и внешнее (о стенки пресс-формы) трение порошковой среды,
что способствует более свободному перемещению частиц при уплотнении.
Внешнее трение является одним из факторов, влияющих на распределе-
ние приложенного осевого давления по высоте пресс-формы. Из уравнения
баланса вертикальных сил у боковой поверхности пресс-формы [6] следует
зависимость осевого давления на любом уровне Pz от давления у поверхно-
сти подвижного пуансона P0:
0
4expz
k zP P
D
α⎛ ⎞= −⎜ ⎟
⎝ ⎠
, (1)
где k – коэффициент трения, α – коэффициент передачи бокового давления
(Janssen constant), z – расстояние от поверхности пуансона до данного уров-
ня, D – внутренний диаметр пресс-формы.
Из зависимости (1) следует, что осевое давление с уменьшением z снижа-
ется по экспоненциальному закону, причем уменьшение коэффициента тре-
ния k (например, за счет нанесения на внутреннюю поверхность пресс-
формы смазывающего покрытия) ведет к снижению неоднородности по вы-
соте, а увеличение значения коэффициента бокового давления α – к ее по-
вышению. В то же время, как будет показано ниже, рост значения коэффи-
циента α передающей среды положительно влияет на степень равномерно-
сти деформации спекаемой преформы. Из выражения (1) также очевидно,
что распределение давления по высоте пресс-формы будет тем однороднее,
чем меньше отношение ее высоты к диаметру. При реальных значениях ко-
эффициентов (k = 0.05–0.1; α = 0.2–0.4) и геометрических параметров пресс-
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
74
формы максимальное снижение осевого давления по высоте из-за внешнего
трения составит, в зависимости от значения коэффициентов, от 5 до 17%.
В реальных порошках частицы имеют форму, отличающуюся от сфериче-
ской. В работе [7] методом численного моделирования проанализировано
влияние геометрической формы частиц на плотность упаковки. Рассмотрены
характеристики монофазных упаковок частиц сложной формы, называемых
сферополиэдрами.
а б в
Рис. 3. Упаковки сферических (а), цилиндрических (б) и пластинчатых (в) частиц
Для описания несферичности частиц предложен коэффициент FL, кото-
рый характеризует степень вытянутости формы:
L
DF
D L
=
+
, (2)
где D – диаметр образующей сферы частицы, L – длина образующей сферо-
полиэдра.
Для рассматриваемых форм значение FL = 1 соответствует сфере и квад-
рату, значение FL = 0 – бесконечно длинному сфероцилиндру. Расчет пока-
зал, что для упаковок несферических частиц (объем всех частиц принимался
равным объему сферы единичного радиуса) характерно снижение плотности
упаковки с уменьшением значения коэффициента FL. Наименьшую плот-
ность имеет упаковка сфероцилиндров.
Физические и прочностные свойства материала порошка должны обеспе-
чить упругое сжатие передающей среды – в процессе электроконсолидции
частицы должны выдерживать давление без разрушения и не подвергаться
спеканию при рабочих параметрах по температуре и давлению. Поскольку
технология предназначена для создания изделий из порошковых компози-
ций тугоплавких материалов, а активное спекание начинается при темпера-
турах выше ~ 0.7 от температуры плавления, это ограничивает выбор мате-
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
75
риалов передающей среды. В основном используют различные углеграфито-
вые материалы, которые обладают достаточной прочностью на сжатие (σs ≥
≥ 100 MPa) и сохраняют свои свойства до высоких (≥ 2200°С) температур.
Выбор оптимальных размеров частиц передающей среды не является од-
нозначным, хотя, на первый взгляд, кажется – чем больше дисперсность по-
рошка, тем выше его способность перераспределяться и заполнять пустоты в
процессе уплотнения. Ниже приведены некоторые факторы, ограничиваю-
щие нижний предел размеров частиц передающей среды.
При интерпретации экспериментальных результатов широкое распростра-
нение получили континуальные представления о деформации порошковых
тел, согласно которым рассматривается квазисплошная вязкосжимаемая по-
ристая среда, а не совокупность контактирующих частиц [8]. Согласно этой
теории при сжатии порошка в цилиндрической обойме пресс-формы осевым
давлением P скорость уплотнения без спекания описывается выражением
0
d 3
d 4 (1 )
P
t
θ θ
= −
η −θ
, (3)
где θ – пористость среды, η0 – коэффициент сдвиговой вязкости соответст-
вующего беспористого материала, t – время.
Из уравнения (3) следует, что скорость уплотнения не зависит от размера
частиц в процессе уплотнения без спекания. Скорость же спекания опреде-
ляется дисперсностью порошка, поскольку с уменьшением размера частиц
возрастает его удельная поверхность, а следовательно, и удельная поверхно-
стная энергия, что активизирует процесс спекания. Математически это опи-
сывается уравнением скорости уплотнения за счет только капиллярных сил:
0 0
d 9
d 2t r
θ σθ
= −
η
, (4)
где σ – поверхностное натяжение, r0 – радиус частиц.
Для порошка передающей среды важно, чтобы в процессе электроконсоли-
дации скорость уплотнения превосходила скорость спекания. Влияние раз-
мерного эффекта на технологические свойства порошков особенно сильно
сказывается при переходе к частицам микроскопического уровня (≤ 100 nm –
по классификации Г. Гляйтера [9]). Однако нанопорошки (≤ 0.1 µm) не явля-
ются достаточно хорошей передающей средой, поскольку проявляют резкую
размерную зависимость многих характеристик материала, в том числе суще-
ственное снижение температуры спекания и тенденцию к формированию аг-
ломератов уже в процессе подготовки порошков. Это явление носит типично
размерный характер и не свойственно частицам с размерами в десятки и сот-
ни микрон [10]. По литературным данным, предпочтительные размеры частиц
графитового порошка передающей среды находятся в пределах 80–500 µm
[11]. Возможно, в случае консолидации преформ сложной формы верхнюю
границу размеров частиц передающей среды следует снизить.
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
76
Экспериментальные исследования и обсуждение результатов
Влияние характеристик порошка передающей среды на процесс электро-
консолидации исследовали при получении образцов керамических материа-
лов титаната диспрозия и гафната диспрозия, предлагаемых в качестве по-
глощающих элементов ядерных реакторов. Преформами служили цилиндри-
ческие образцы, изготовленные из порошковых композиций двух составов:
1) Dy2O3 + 55.9 mol.% TiO2 и 2) Dy2O3 + 48 mol.% HfO2 + 4 mol.% Nb2O5.
Преформы готовили по схеме: дозирование и смешивание порошков → вве-
дение связующего, формование заготовок в стальной пресс-форме заданных
геометрических размеров холодным прессованием → отгонка связующего
нагревом при температуре 120°C → предварительное спекание на воздухе
при температуре 700°C. Окончательное спекание преформ проводили по
технологии электроконсолидации.
На начальном этапе после запуска пилотной установки в качестве пе-
редающей среды использовали порошок, изготовленный на основе пиро-
литического графита марки ГЭ (графит электролитический). С целью
уменьшения внешнего трения частиц на стенках пресс-формы перед за-
сыпкой порошка на ее внутренние стенки наносили покрытие из порошка
нитрида бора (BN), смешанного с раствором спирта в дистиллированной
воде. В указанной передающей среде были спрессованы преформы при
параметрах: давление – 30 MPa, температура – 1450°C, время прессования –
20 min.
Частицы порошка передающей среды имели неправильную геометриче-
скую форму, размер частиц в диапазоне 330–400 μm (рис. 4,a). Передающая
способность такой среды не была удовлетворительной, что показали резуль-
таты исследования физико-механических свойств полученных изделий.
Имела место значительная степень неоднородности передачи давления, что
привело к неравномерной деформации изделий. Деформация в направлении
приложения усилия прессования значительно превышала поперечную де-
формацию. Сравнение геометрических параметров образцов до и после
прессования показало, что их радиальная усадка составляет всего 21% от
осевой (образцы № 1, 2 в табл. 1).
а б в
Рис. 4. Вид частиц порошков передающей среды: а – порошок графита марки ГЭ; б –
смесь порошков состава (60% ГЭ + 40% BN); в – порошок графита марки 9400
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
77
Таблица 1
Изменение геометрических размеров (диаметра D и высоты H) образцов
составов 1 (Dy2O3 + 55.9 mol.% TiO2) и 2 (Dy2O3 + 48 mol.% HfO2 + 4 mol.% Nb2O5)
в результате обработки методом электроконсолидации
Исходные
размеры, mm
Режимы
прессования
Конечные
размеры, mm δD δH№
образца
Среда
прессования
D H T, °С P, MPa D1 H1 %
δD/δH
Состав 1
1 8.20 8.52 10.4 48.7 0.21
2 ГЭ 9.15 16.60 8.24 8.33 9.9 47.9 0.21
3 9.12 19.80 7.72 11.30 15.4 42.9 0.36
4
60% ГЭ +
+ 40% BN 9.17 17.90
1450 30
7.82 11.10 14.7 38.8 0.39
Состав 2
5 11.36 7.40 9.08 13.3 20.1 0.66
6 10.16 20 7.42 8.20 13.1 19.3 0.68
7 11.03 7.30 8.11 14.5 26.5 0.55
8
Графит
марки 9400 8.54
9.94
1600
40 7.20 7.52 15.7 24.3 0.65
С целью более плотного заполнения пустот передающей среды в порошок
электролитического графита добавили мелкодисперсный порошок BN (до
40 wt.%) (рис. 4,б). При осуществлении процесса электроконсолидации об-
разцов состава 1 в такой среде проявился низкий уровень технологичности
этого порошка: при температурах выше ~ 1400°C начиналось спекание час-
тиц, передающая среда превращалась в монолит, и после окончания процес-
са возникали большие трудности при очистке внутренней полости пресс-
формы, извлечении изделия и механической обработке его поверхности. В
то же время несколько повысились однородность передачи давления и соот-
ветственно равномерность деформации обрабатываемого изделия. По срав-
нению с прессованием идентичных образцов в среде электролитического
графита диаметральная усадка в смеси порошков возросла в среднем до 37%
от осевой деформации (образцы № 3, 4 в табл. 1).
Значительного прогресса в результатах эксплуатации пилотной установки
электроконсолидации удалось достичь после появления возможности ис-
пользовать в качестве передающей среды графитовый порошок марки 9400
фирмы Superior Graphite (США). Частицы порошка имеют форму, близкую к
сферической, и гладкую поверхность (рис. 4,в). Они упруго деформируются,
выдерживают давление прессования без разрушения, устойчивы к повыше-
нию температуры до 2200°C, размер частиц около 200 µm. Частицы облада-
ют способностью обеспечивать неразрывное перераспределение под давле-
нием и заполнение пустот, а также не склонны к образованию агломератов.
К положительным свойствам порошка марки 9400 как передающей среды
относится возможность многократно применять одну и ту же засыпку, а
также способность порошка после окончания процесса свободно «стекать»
со стенок пресс-формы и изделия.
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
78
Использование графита 9400 в качестве передающей среды позволило наи-
более успешно реализовать ряд разработанных технологических процессов для
изготовления партий изделий состава 2. Сформованные по вышеописанной
схеме преформы помещали в пресс-форму установки электроконсолидации,
после чего ее заполняли графитовым порошком марки 9400. Прессование вы-
полняли в вакууме при температуре 1600°C, при двух значениях осевого давле-
ния – 20 и 40 MPa. Время выдержки при указанных параметрах 20 min.
Сравнение геометрических параметров образцов до и после процесса
электроконсолидации в порошке графита марки 9400 (образцы № 5–8 в табл.
1) показало, что неравномерность деформации изделия зависит от давления
прессования – при более высоком давлении неравномерность выше. При
давлении прессования 20 MPa радиальная усадка образцов составляет в
среднем 67%, а при давлении 40 MPa – 59% от осевой. При этом по сравне-
нию с образцами № 1–4 равномерность деформации образцов, спрессован-
ных в графите марки 9400, повысилась примерно в 2–3 раза.
Для дальнейших исследований влияния характеристик порошка пере-
дающей среды на процесс электроконсолидации на основе расчетов и экспе-
риментальных данных был определен коэффициент передачи бокового дав-
ления для разных порошков. С этой целью выполнены прочностные испы-
тания трубчатых образцов из УУКМ. Для нагружения образца использовали
гидравлические прессы с усилием до 20 и 50 t [12].
Для выполнения расчета прочности создаваемой конструкции необходима
достоверная информация о прочностных характеристиках материала. В то же
время УУКМ – это материал, свойства которого существенно зависят от типа
углеродных волокон ткани, способов намотки и процессов пиролитического
уплотнения. В связи с этим испытания проводили в два этапа. На первом об-
разец заполняли вкладышами из резины, создавая условия для практически
изостатического распределения давления, и повышали прессовую нагрузку до
разрушения образца. На втором этапе испытывали идентичные образцы, но с
засыпкой порошков. Были выполнены испытания на трех сериях образцов с
засыпкой порошка: 1) графита марки ГЭ, 2) смеси порошков (60% ГЭ + 40% BN)
и 3) порошка графита марки 9400. Коэффициент передачи бокового давления
для каждого порошка определяли по формуле
0i
i
i
Q
Q
α = , (4)
где индекс i = {1, 2, 3} – номер порошка соответственно графита ГЭ, смеси
порошков и графита 9400; αi – коэффициент передачи бокового давления i-го
порошка; Q0i – разрушающая нагрузка для образца из серии i с вкладышами
из резины; Qi – разрушающая нагрузка для образца с засыпкой соответст-
вующего порошка.
Результаты экспериментов (по средним значениям для каждой серии)
приведены в табл. 2.
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
79
Таблица 2
Разрушающая нагрузка и коэффициенты передачи бокового давления
для порошковых сред
Диаметр образца, mm Разрушающая сила, t№
серии Порошковая среда
наружный внутрен-
ний Q0i Qi
Коэффи-
циент αi
1 Графит ГЭ 75.7 65.0 3.1 17.0 0.18
2 60% ГЭ + 40% BN 75.7 65.0 3.1 10.0 0.31
3 Графит 9400 80.4 57.0 8.5 19.7 0.43
Хотя на неоднородность деформации образцов в процессе электроконсо-
лидации оказывают влияние и другие факторы, например параметры прес-
сования, все же можно отметить четкую качественную корреляцию полу-
ченных значений коэффициента бокового давления и неоднородности де-
формации, которые имели место при электроконсолидации керамических
изделий из порошковых композиций составов 1 и 2 с использованием раз-
ных порошков передающей среды.
Выводы
Рассмотрена роль одного из определяющих элементов технологии элек-
троконсолидации – порошковой среды, передающей давление и теплоту по-
мещенным в нее преформам. Проанализировано влияние основных характе-
ристик частиц порошка передающей среды (формы, размера, состояния по-
верхности, физико-механических свойств) на функциональную способность
порошковой среды. Проведены эксперименты по изучению уплотнения раз-
личных порошков на основе графита в процессе электроконсолидации кера-
мических преформ и выполнено расчетно-экспериментальное определение
коэффициентов передачи бокового давления. Выявлена качественная корре-
ляция значений этого коэффициента со степенью неоднородности деформа-
ции спеченных изделий. Показано, что наиболее близкое к изостатическому
распределение давления на преформу обеспечивает графитовый порошок с
формой частиц, наиболее близкой к сферической, и размером ≤ 200 µm.
1. В.В. Скороход, Сучасне матеріалознавство XXI сторіччя, Наукова думка, Київ
(1998).
2. A.V. Ragulya, V.V. Skorokhod, 14th Plansee Seminar 2, 735 (1997).
3. W.H. Sutton, Ceramic Bulletin 68, 376 (1989).
4. W.M. Goldberger, B.D. Merkle, and D. Boss, Metal Powder Industries Federation 6,
91 (1994).
5. С.Ю. Саенко, С.И. Грибов, А.В. Пилипенко, Труды XVIII Международной кон-
ференции по физике радиационных повреждений и радиационному материало-
ведению (2008), с. 342.
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
80
6. F.C. Chang, R.R. Fessler, B.D. Merkle, J.M. Borton, W.M Goldberger, Particulate
Science and Technology 22, 35 (2004).
7. М.С. Петров, В.В. Гайдуков, Р.М. Кадушников, Д.М. Алиевский, И.В. Антонов,
Е.Ю. Нурканов, Порошковая металлургия № 7/8, 5 (2004).
8. В.В. Скороход, Порошковая металлургия № 12, 18 (1968).
9. H. Gleiter, Acta Mater. 48, № 1, 1 (2000).
10. В.В. Скороход, А.В. Рагуля, Прогресивні матеріали і технології, Академперіо-
дика, Київ (2003), т. 2, с. 7.
11. W.P. Lichti, A.F. Hofstatter, Patent 4640711 USA (1987).
12. С.Ю. Саенко, Ж.С. Ажажа, С.И. Грибов, Труды XVIII Международной конфе-
ренции по физике радиационных повреждений и радиационному материалове-
дению (2008), с 337.
С.Ю. Саєнко
ВПЛИВ ХАРАТЕРИСТИК ПЕРЕДАВАЛЬНОГО ПОРОШКОВОГО
СЕРЕДОВИЩА НА ПРОЦЕС ЕЛЕКТРОКОНСОЛIДАЦIЇ
Проаналізовано характеристики різних порошків передавального середовища
відповідно до його функціонального призначення – передавати тиск, створюваний
в прес-формі, на керамічні преформи і забезпечувати їх нагрівання за рахунок теп-
ла, що виділяється при проходженні електричного струму. Проведено експеримен-
ти по вивченню ущільнення різних порошків у процесі электроконсолідації ке-
рамічних преформ. Установлено вплив геометричної форми, характеристики по-
верхні та фізико-механічних властивостей часток порошкового середовища на про-
цеси макродеформації і консолідації преформ. Визначено коефіцієнти передачі
бічного тиску розглянутих порошків і виявлено якісну кореляцію їх значень із не-
однорідністю деформації спечених виробів.
Ключові слова: пресування, электроконсолідація, преформа, порошок, частка, гео-
метрична форма, ущільнення, коефіцієнт передачі тиску
S.Yu. Sayenko
INFLUENCE OF TRANSMITTING POWDER MEDIUM
CHARACTERISTICS ON ELECTROCONSOLIDATION PROCESS
Characteristics of different powders of transmitting medium are analysed in accordance
with its functional purpose to transmit pressure created in the press-die to preforms and to
provide their heating due to electric current flow. Experiments on studying the compres-
sion of different powders in the process of electroconsolidation of ceramic preforms are
executed. Influence of geometric shape, surface characteristics and physical/mechanical
properties of powder-like medium particles on character of preform deformation is de-
termined. Janssen coefficients of the considered powders are determined and qualitative
correlation of their values with inhomogeneity of deformation of the sintered products is
revealed.
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
81
Keywords: pressing, electroconsolidation, preform, powder, particle, geometric
shape, condensation, coefficient of pressure transmitting
Fig. 1. View (а) and schematic diagram (б) of the pilot electroconsolidation facility: 1 –
hydraulic cylinder; 2, 6 – upper and lower water-cooled current lead; 3, 5 – upper and
lower rams; 4 – press-die; 7 – support; 8, 10 – electrical lead; 9 – vacuum chamber
Fig. 2. View (а) and structure (б) of the press-die: 1 – spherical pair; 2, 8 – upper and
lower rams; 3 – powder pressure-transmitting medium; 4 – preforms; 5 – graphite cylin-
der; 6 – carbon composite cylinder for press-die strengthening; 7 – carbon felting (heat
insulation); 9 – lower support; 10 – carbon foil
Fig. 3. Packings of spherical (а), cylindrical (б) and square (в) particles
Fig. 4. View of powder-like particles of pressure-transmitting medium: a – graphite pow-
der; б – powder composition (60% graphite + 40% BN); в – 9400 graphite powder
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69313 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T15:22:32Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Саенко, С.Ю. 2014-10-10T19:08:32Z 2014-10-10T19:08:32Z 2010 Влияние характеристик передающей порошковой среды на процесс электроконсолидации / С.Ю. Саенко // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 3. — С. 70-81. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.20.Lb https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69313 Проанализированы характеристики различных порошков передающей среды в соответствии с ее функциональным назначением – передавать давление, создаваемое в пресс-форме, на керамические преформы и обеспечивать их нагрев за счет тепла, выделяемого при прохождении электрического тока. Проведены эксперименты по изучению уплотнения различных порошков в процессе электроконсолидации керамических преформ. Установлено влияние геометрической формы, характеристики поверхности и физико-механических свойств частиц порошковой среды на процессы макродеформации и консолидации преформ. Определены коэффициенты передачи бокового давления рассмотренных порошков и выявлена качественная корреляция их значений с неоднородностью деформации спеченных изделий. Проаналізовано характеристики різних порошків передавального середовища відповідно до його функціонального призначення – передавати тиск, створюваний в прес-формі, на керамічні преформи і забезпечувати їх нагрівання за рахунок тепла, що виділяється при проходженні електричного струму. Проведено експерименти по вивченню ущільнення різних порошків у процесі электроконсолідації керамічних преформ. Установлено вплив геометричної форми, характеристики поверхні та фізико-механічних властивостей часток порошкового середовища на процеси макродеформації і консолідації преформ. Визначено коефіцієнти передачі бічного тиску розглянутих порошків і виявлено якісну кореляцію їх значень із неоднорідністю деформації спечених виробів. Characteristics of different powders of transmitting medium are analysed in accordance with its functional purpose to transmit pressure created in the press-die to preforms and to provide their heating due to electric current flow. Experiments on studying the compression of different powders in the process of electroconsolidation of ceramic preforms are executed. Influence of geometric shape, surface characteristics and physical/mechanical properties of powder-like medium particles on character of preform deformation is determined. Janssen coefficients of the considered powders are determined and qualitative correlation of their values with inhomogeneity of deformation of the sintered products is revealed. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Влияние характеристик передающей порошковой среды на процесс электроконсолидации Вплив харатеристик передавального порошкового середовища на процес електроконсолiдацiї Influence of transmitting powder medium characteristics on electroconsolidation process Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние характеристик передающей порошковой среды на процесс электроконсолидации Саенко, С.Ю. |
| title | Влияние характеристик передающей порошковой среды на процесс электроконсолидации |
| title_alt | Вплив харатеристик передавального порошкового середовища на процес електроконсолiдацiї Influence of transmitting powder medium characteristics on electroconsolidation process |
| title_full | Влияние характеристик передающей порошковой среды на процесс электроконсолидации |
| title_fullStr | Влияние характеристик передающей порошковой среды на процесс электроконсолидации |
| title_full_unstemmed | Влияние характеристик передающей порошковой среды на процесс электроконсолидации |
| title_short | Влияние характеристик передающей порошковой среды на процесс электроконсолидации |
| title_sort | влияние характеристик передающей порошковой среды на процесс электроконсолидации |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69313 |
| work_keys_str_mv | AT saenkosû vliânieharakteristikperedaûŝeiporoškovoisredynaprocessélektrokonsolidacii AT saenkosû vplivharateristikperedavalʹnogoporoškovogoseredoviŝanaproceselektrokonsolidacií AT saenkosû influenceoftransmittingpowdermediumcharacteristicsonelectroconsolidationprocess |