RU2165336C2

RU2165336C2 - Method of manufacturing articles from ceramic powder

Info

Publication number: RU2165336C2
Application number: RU99102321A
Authority: RU
Inventors: С.П. Писарев
Original assignee: Волгоградский государственный технический университет
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2001-04-20

Abstract

FIELD: methods of manufacture of piezoelectric elements, insulators, etc; applicable in electrical and radioelectronic industries. SUBSTANCE: method includes placement of powder into composite container and separation of powder into layers between metal spacers. Composite container consists of internal shell made from metal foil, upper and lower metal discs and external shell from soft highly ductile metal. Container with powder is placed between upper and lower punches and subjected to pressing by impact loading with powder charge device effected by striker through conical transformer and protective metal layer installed on upper punch located on container external shell forming cylinder with through channel in the form of mold. In this case, outer diameter of container external shell equals 1.5-2 inner diameters of container. Angle at cone vertex of conical transformer amounts to 90-110 deg. Impact loading is effected at velocity of striker of 400-650 m/s and ratio between weight of striker and sum of weights of conical-transformer, protective metal layer, upper punch, upper metal disc, metal spacers, layers of pressed powder equals 0.121-0.235. EFFECT: manufacture of high density large-size pressed articles with stable distribution of density in article body. 3 cl, 1 dwg, 1 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к технологии получения изделий из керамических порошков с использованием энергии метательных взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано в электротехнической и радиоэлектронной промышленности для изготовления пьезоэлементов, изоляторов и т.п. The invention relates to a technology for producing products from ceramic powders using propellant explosive (BB) energy and can be used in the electrical and electronic industries for the manufacture of piezoelectric elements, insulators, etc.

Известен способ прессования брикетов из металлических и керамических порошков на баллистическом прессе, включающий ствол с закрепленной на нем составной матрицей, пороховой заряд, снаряд, пуансон и прессуемый порошок, расположенный в матрице, при этом снаряд, разгоняясь под воздействием давления пороховых газов, ударяет по пуансону и уплотняет порошок (Обработка металлов взрывом. А.В. Крупин, В.Е. Соловьев, Г.С. Попов, Н.Р. Кръстев. М.: Металлургия, 1991, с. 294). Недостатками указанного способа являются низкая плотность прессовок при прессовании керамических порошков - их плотность не превышает 55-65% от теоретического значения, в поверхностных слоях прессовок их керамических порошков возникают расслоения; при скорости ударника более 300 м/с, что необходимо для повышения плотности прессовок, происходит деформация и разрушение сложной составной матрицы - раздутие или разрушение на части; низкая производительность процесса прессования; малые размеры прессовок - их диаметр не превышает диаметр ударника, соответствующий внутреннему диаметру ствола баллистического пресса, что ограничивает промышленное применение данного способа. A known method of pressing briquettes of metal and ceramic powders on a ballistic press, including a barrel with a composite matrix fixed on it, a powder charge, a projectile, a punch and a compressible powder located in the matrix, the projectile being accelerated under the influence of the pressure of the powder gases, hits the punch and compacts the powder (Processing of metals by explosion. A.V. Krupin, V.E. Soloviev, G.S. Popov, N.R. Krastev. M: Metallurgy, 1991, p. 294). The disadvantages of this method are the low density of the compacts when pressing ceramic powders - their density does not exceed 55-65% of the theoretical value, delamination occurs in the surface layers of the compacts of their ceramic powders; when the impactor speed is more than 300 m / s, which is necessary to increase the density of the compacts, deformation and destruction of a complex composite matrix occurs - swelling or breaking into pieces; low productivity of the pressing process; small sizes of compacts - their diameter does not exceed the diameter of the hammer, corresponding to the inner diameter of the barrel of the ballistic press, which limits the industrial application of this method.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ получения изделий из керамического порошка, включающий помещение порошка с разделением его на слои металлическими прокладками в составной контейнер, состоящий из внутренней оболочки из металлической фольги, верхнего и нижнего металлических дисков и наружной оболочки из мягкого высокопластичного металла, размещение контейнера с порошком в пресс-форме в виде стального цилиндра со сквозным каналом, верхним и нижним пуансонами и прессование путем ударного нагружения, осуществляемого за счет разгона цилиндрического ударника пороховым метательным устройством и удара его в пресс-форму при скорости ударника 450-650 м/с (RU 2121410 C1, 10.11.1998, B 22 F 3/08). The closest analogue of the invention is a method for producing products from ceramic powder, comprising placing the powder with layers of metal spacers in a composite container, consisting of an inner shell of metal foil, upper and lower metal disks and an outer shell of soft highly plastic metal, placing the container with powder in the mold in the form of a steel cylinder with a through channel, upper and lower punches and pressing by impact loading, carried out about due to the acceleration of a cylindrical projectile by a powder propelling device and its impact into the mold at a projectile speed of 450-650 m / s (RU 2121410 C1, 10.11.1998, B 22 F 3/08).

Способ пригоден лишь для получения изделий небольших размеров, диаметр которых значительно меньше внутреннего диаметра ствола порохового метательного устройства и диаметра ударника, что ограничивает промышленное применение указанного способа. The method is suitable only for obtaining products of small sizes, the diameter of which is significantly smaller than the internal diameter of the barrel of the powder propelling device and the diameter of the hammer, which limits the industrial application of this method.

В связи с этим важнейшей задачей является разработка нового способа получения крупногабаритных изделий из керамического порошка по новой технологической схеме передачи кинетической энергии ударника прессуемому порошку на основе введения в схему прессования конического преобразователя и защитной металлической прослойки, способствующих созданию в прессуемом объеме плоского фронта прессования на площади, превышающей площадь основания цилиндрического ударника, что, в свою очередь, создает благоприятные условия для получения крупногабаритных изделий плоской формы. In this regard, the most important task is to develop a new method for producing large-sized products from ceramic powder according to a new technological scheme for transferring the kinetic energy of the projectile to the pressed powder based on the introduction of a conical transducer and a protective metal layer into the pressing scheme, which contribute to the creation of a flat pressing front in the pressed volume on the square, exceeding the base area of a cylindrical impactor, which, in turn, creates favorable conditions for large barite sheetlike shape.

Техническим результатом заявленного способа является создание на основе введения в схему прессования конического преобразователя с защитной металлической прослойкой, наружной оболочки контейнера из мягкого высокопластичного металла, образующей цилиндр со сквозным каналом в виде пресс-формы, способствующей формированию новой структуры импульсов давления в контейнере с прессуемым порошком, исключающей возникновение в прессовках разрушающих напряжений, позволяющей получать высокоплотные крупногабаритные прессовки с диаметром, значительно превышающим диаметр ударника, с стабильным распределением плотности керамики по объему изделий, при этом обеспечивается снижение расхода металла на производство одного изделия. The technical result of the claimed method is the creation, on the basis of introducing into the pressing circuit a conical transducer with a protective metal layer, the outer shell of the container made of soft high-ductile metal, forming a cylinder with a through channel in the form of a mold, contributing to the formation of a new structure of pressure pulses in the container with the pressed powder, excluding the occurrence of destructive stresses in the compacts, which makes it possible to obtain high-density large-sized compacts with a diameter significantly exceeding the diameter of the hammer, with a stable distribution of ceramic density over the volume of products, while reducing metal consumption for the production of one product.

Указанный технический результат достигается тем, в способе получения изделий из керамического порошка, включающем помещение порошка с разделением его на слои металлическими прокладками в составной контейнер, состоящий из внутренней оболочки из металлической фольги, верхнего и нижнего металлических дисков и наружной оболочки из мягкого высокопластичного металла, размещение контейнера с порошком между верхним и нижним пуансонами, прессование путем ударного нагружения, осуществляемого за счет разгона цилиндрического ударника пороховым метательным устройством, согласно изобретению, прессование осуществляют путем ударного нагружения, осуществляемого ударником через конический преобразователь и защитную металлическую прослойку, установленную на верхнем пуансоне, размещенном на наружной оболочке контейнера, образующей цилиндр со сквозным каналом в виде пресс-формы, при этом наружный диаметр наружной оболочки контейнера составляет 1,5-2 внутреннего диаметра контейнера, угол при вершине конуса конического преобразователя составляет 90-110^o, а ударное нагружение ведут при скорости ударника 400-650 м/с и отношении массы ударника к сумме масс конического преобразователя, защитной металлической прослойки, верхнего пуансона, верхнего металлического диска, металлических прокладок, слоев прессуемого порошка, равном 0,121-0,235.The specified technical result is achieved in that in a method for producing products from ceramic powder, comprising placing the powder with layers of metal spacers in a composite container consisting of an inner shell of metal foil, upper and lower metal disks and an outer shell of soft highly plastic metal, placement a container with powder between the upper and lower punches, pressing by impact loading, carried out by accelerating a cylindrical drummer of gunpowder pressing throwing device, according to the invention, the pressing is carried out by shock loading, carried out by the hammer through a conical transducer and a protective metal layer installed on the upper punch placed on the outer shell of the container, forming a cylinder with a through channel in the form of a mold, while the outer diameter of the outer the shell of the container is 1.5-2 internal diameters of the container, the angle at the top of the cone of the conical transducer is 90-110 ^o , and shock loading when the speed of the striker is 400-650 m / s and the ratio of the mass of the striker to the sum of the masses of the conical transducer, the protective metal layer, the upper punch, the upper metal disk, metal gaskets, layers of the pressed powder is 0.121-0.235.

При этом защитная металлическая прослойка и конический преобразователь выполнены из стали. In this case, the protective metal layer and the conical converter are made of steel.

Верхний пуансон, защитную металлическую прослойку и конический преобразователь размещают соосно со стволом порохового метательного устройства. The upper punch, the protective metal layer and the conical transducer are placed coaxially with the barrel of the powder propelling device.

В таких условиях ударноволнового воздействия с оптимальным выбором материалов и конструкции элементов схемы прессования в контейнере с прессуемым керамическим порошком возникает благоприятная структура ударных волн, которая обеспечивает получение крупногабаритных изделий высокого качества, что позволяет использовать их в промышленных целях. Under such shock wave conditions with the optimal choice of materials and the design of the elements of the pressing scheme, a favorable structure of shock waves arises in the container with pressed ceramic powder, which ensures the production of large-sized products of high quality, which allows them to be used for industrial purposes.

Использование в качестве пресс-формы наружной оболочки контейнера из мягкого высокопластичного металла с наружным диаметром, составляющим 1,5-2 внутреннего диаметра контейнера, обеспечивает сохранность получаемых изделий от сколов и трещин, снижает вероятность возникновения растягивающих напряжений в прессовках в направлениях, перпендикулярных направлению прессования. The use of an outer shell of a container made of soft high-plastic metal with an outer diameter of 1.5-2 internal diameters of the container as a mold ensures the safety of the resulting products from chips and cracks, reduces the likelihood of tensile stresses in the compacts in directions perpendicular to the pressing direction.

Размещение на поверхности наружной оболочки контейнера верхнего пуансона, защитной металлической прослойки и конического преобразователя с углом при вершине 90-110^o способствует формированию в обрабатываемом материале плоского фронта прессования, диаметр которого превышает диаметр ударника, а также формированию новой структуры ударных волн, воздействующих на прессуемый порошок, благодаря которым получают крупногабаритные высокоплотные керамические изделия с равномерным распределением плотности по объему.The placement on the surface of the outer shell of the container of the upper punch, a protective metal layer and a conical transducer with an angle at the apex of 90-110 ^o promotes the formation of a flat pressing front in the processed material, the diameter of which exceeds the diameter of the impactor, as well as the formation of a new structure of shock waves acting on the pressed powder due to which large-sized high-density ceramic products with a uniform distribution of density throughout the volume are obtained.

Прессование при скорости ударника 400-650 м/с и отношении массы ударника к сумме масс конического преобразователя, защитной металлической прослойки, верхнего пуансона, верхнего металлического диска, металлических прокладок, слоев прессуемого порошка, равном 0,121-0,235, в процессе нагружения обеспечивает необходимый уровень давления в прессуемом порошке, стабилизацию плотности прессовок по высоте контейнера, получению изделий с плотностью, близкой к предельной. Pressing at a hammer speed of 400-650 m / s and the ratio of the mass of the hammer to the sum of the masses of the conical transducer, protective metal layer, upper punch, upper metal disk, metal gaskets, layers of pressed powder equal to 0.121-0.235, during the loading process provides the necessary pressure level in the pressed powder, stabilization of the density of the compacts along the height of the container, obtaining products with a density close to the limit.

Выполнение защитной металлической прослойки и конического преобразователя из стали обеспечивает защиту верхнего пуансона и верхней части наружной оболочки контейнера - пресс-формы от недопустимых поперечных деформаций, а конический преобразователь сохраняет свою форму после взаимодействия с ударником, что позволяет использовать данный преобразователь многократно, а это, в свою очередь, способствует снижению металлоемкости технологического процесса получения изделий. The protective metal layer and the conical transducer made of steel protects the upper punch and the upper part of the outer shell of the container — the mold from unacceptable transverse deformations, and the conical transducer retains its shape after interacting with the hammer, which allows you to use this transducer repeatedly, and this, in in turn, helps to reduce the metal consumption of the technological process of obtaining products.

На фиг. 1 изображена схема получения изделий из керамического порошка, ее фронтальный осевой разрез, при этом ударник 14, конический преобразователь 13, защитная металлическая прослойка 12 и стальное основание 9 показаны без разреза. In FIG. 1 shows a diagram of the production of ceramic powder products, its frontal axial section, while the hammer 14, conical transducer 13, the protective metal layer 12 and the steel base 9 are shown without a section.

Способ получения изделий из керамического порошка осуществляют в следующей последовательности. Изготавливают емкость, состоящую из внутренней оболочки контейнера 1 и нижнего металлического диска 2, для этого с помощью цилиндрической оправки изготавливают внутреннюю оболочку контейнера, например, из медной фольги, нижнюю кромку отгибают, в оболочку вставляют нижний металлический диск 2, например, из стали, засыпают прессуемый керамический порошок 3, разделяя его на слои металлическими прокладками 4, например, из медной фольги, устанавливают верхний металлический диск 5, например, из стали, завальцовывают верхнюю кромку внутренней оболочки контейнера, получают при этом сборку N 1. Берут наружную оболочку контейнера 6 из мягкого высокопластичного металла, например свинца, имеющей форму металлического цилиндра с сквозным каналом, выполняющую также функции пресс-формы, при этом наружный диаметр наружной оболочки контейнера составляет 1,5-2 внутреннего диаметра контейнера, равного диаметру металлических дисков контейнера и его металлических прокладок; запрессовывают нижний пуансон 7, например, из свинца, устанавливают в осевой канал наружной оболочки 6 сборку N 1. Полученную сборку N 2 устанавливают соосно со стволом 8 порохового метательного устройства на стальном основании 9, расположенном на грунте 10; Размещают на поверхности наружной оболочки контейнера 6 верхний пуансон 11, например, из свинца, защитную металлическую прослойку 12 в виде стального диска и конический преобразователь 13, изготовленный из стали, при этом угол при вершине конуса конического преобразователя составляет 90-110^o; размещают в стволе порохового метательного устройства пороховой заряд с ударником и выстреливают ударником, например, из свинца, в направлении конического преобразователя 19, при этом процесс ведут при скорости ударника 14 400-650 м/с и при отношении массы ударника к сумме масс конического преобразователя, защитной металлической прослойки верхнего пуансона, верхнего металлического диска, металлических прокладок, слоев прессуемого порошка, равном 0,121-0,235.The method of obtaining products from ceramic powder is carried out in the following sequence. A container is made consisting of the inner shell of the container 1 and the lower metal disk 2, for this purpose, with the help of a cylindrical mandrel, the inner shell of the container is made, for example, of copper foil, the lower edge is bent, the lower metal disk 2 is inserted into the shell, for example, of steel, filled extrudable ceramic powder 3, dividing it into layers by metal spacers 4, for example, of copper foil, install the upper metal disk 5, for example, of steel, roll the upper edge of the inner the container’s shelves, assembly N 1 is obtained. Take the outer shell of the container 6 from soft high-ductile metal, for example lead, which has the shape of a metal cylinder with a through channel, which also functions as a mold, while the outer diameter of the outer shell of the container is 1.5– 2 inner diameter of the container, equal to the diameter of the metal disks of the container and its metal gaskets; the lower punch 7 is pressed, for example, of lead, the assembly N 1 is installed in the axial channel of the outer shell 6. The resulting assembly N 2 is mounted coaxially with the barrel 8 of the powder propelling device on a steel base 9 located on the ground 10; Place on the surface of the outer shell of the container 6 an upper punch 11, for example of lead, a protective metal layer 12 in the form of a steel disk and a conical transducer 13 made of steel, the angle at the apex of the cone of the conical transducer being 90-110 ^° ; place a powder charge with a striker in the barrel of the propellant throwing device and shoot with a striker, for example, from lead, in the direction of the conical transducer 19, while the process is conducted at a striker speed of 14 400-650 m / s and with the ratio of the mass of the striker to the sum of the masses of the conical transducer, a protective metal layer of the upper punch, the upper metal disk, metal gaskets, layers of the pressed powder, equal to 0.121-0.235.

После ударного прессования удаляют верхний 11 и нижний 7 пуансоны, извлекают с помощью приспособления спрессованную сборку N 1, удаляют внутреннюю оболочку контейнера 1, отделяют изделия от металлических дисков 2,5 и металлических прокладок 4, после чего готовые изделия в виде дисков из керамического порошка могут быть использованы для промышленных целей, например для изготовления крупногабаритных пьезоизлучателей, ингаляторов, датчиков и т. п. При этом изделия, полученные по предлагаемому способу, могут иметь диаметр, равный или значительно превышающий диаметр ударника при плотности керамики, близкой к плотности спеченного материала, с стабильным распределением плотности керамики по объему изделий, при этом в полученных изделиях отсутствуют сколы и трещины. After shock pressing, the upper 11 and lower 7 punches are removed, the pressed assembly N 1 is removed using the device, the inner shell of the container 1 is removed, the products are separated from the metal disks 2.5 and metal gaskets 4, after which the finished products in the form of disks made of ceramic powder can be used for industrial purposes, for example, for the manufacture of large piezoelectric emitters, inhalers, sensors, etc. Moreover, products obtained by the proposed method can have a diameter equal to or significant than the diameter of the impactor at ceramics density close to the density of the sintered material with stable density distribution by volume ceramic articles, wherein in the obtained products are free from chips and cracks.

Пример 1 (см. таблицу, опыт 1). Example 1 (see table, experiment 1).

При изготовлении сборки N 1 нижний металлический диск выполняли из стали Ст. 3 диаметром 7,5 см (равен внутреннему диаметру контейнера Д_вн), толщиной 0,2 см. Внутреннюю оболочку контейнера изготавливали из двух слоев фольги из меди M1, имеющей толщину 0,1 мм. Верхний металлический диск контейнера выполняли из стали Ст.3 диаметром 7,5 см, толщиной 0,2 см, плотность стали 7,8 г/см³. Масса верхнего металлического диска равна:
M_д.в = 7,8·3,14·(0,5·7,5)²·0,2 = 68,9 г, масса каждой металлической прокладки M_пр = M_д.в = 68,9 г, количество прокладок в контейнере - 4. Для заполнения емкости, состоящей из нижнего металлического диска и боковой оболочки контейнера, использовали синтезированный порошок пьезокерамики ЦТС 19 с насыпной плотностью 3,2 г/см³, толщина каждого слоя была 0,1 см, количество слоев - 5. Масса одного слоя керамического порошка в контейнере: M_пор = 3,2·3,14·(0,5·7,5)²·0,1 = 14,1 г. Нижний пуансон выполняли из высокопластичного металла - свинца. Его диаметр с учетом толщины внутренней оболочки контейнера равен:
Д_п.н = Д_вн + 20,02 = 7,5 + 0,04 = 7,54 см, толщина нижнего пуансона - 1 см. Наружную оболочку контейнера выполняли из высокопластичного металла - свинца. Ее наружный диаметр Д_пр = 11,25 см, что составляет 1,5 Д_вн,ее внутренний диаметр равен Д_п.н, что соответствует наружному диаметру внутренней оболочки контейнера; высота наружной оболочки H_об.н = 2,7 см, запрессовывают нижний пуансон, устанавливают в осевой канал наружной оболочки контейнера сборку N 1. Полученную сборку N 2 устанавливали соосно со стволом порохового метательного устройства на стальном основании, расположенном на песчаном грунте. Основание многократного использования. Его изготавливали из стали Ст.3 диаметром 15 см, толщиной 20 см. На поверхности наружной оболочки контейнера размещали верхний пуансон, защитную металлическую прослойку в виде диска и конический преобразователь. Верхний пуансон выполняли из высокопластичного металла - свинца. Диаметр верхнего пуансона равен наружному диаметру наружной оболочки контейнера - 11,25 см, его толщина - 1 см. Плотность свинца - 11,34 г/см³, масса верхнего пуансона равна:
M_п.в = 11,34·3,14·(0,5·11,25)²·1,0 = 1124,6 г. Защитную металлическую прослойку выполняли из стали Ст.3 толщиной 0,2 см, диаметром, равным диаметру верхнего пуансона - 11,25 см, плотность стали - 7,8 г/см³, масса защитной прослойки равна:
M_з.пр = 7,8·3,14·(0,5·11,25)²·0,2 = 154,7 г. Конический преобразователь изготавливали из стали Ст.3 с углом при вершине конуса 90^o. Диаметр основания конуса Д_кон = 7,5 см, высота цилиндрической части преобразователя - 1 см, плотность материала - 7,8 г/см³. При выбранных размерах объем конического преобразователя составляет 99,4 см³, его масса M_кон = 7,8·99,4 = 775,8 г. Внутренний диаметр ствола порохового метательного устройства - 5 см, диаметр ударника - 5 см, материал ударника - свинец, его масса M_уд = 300 г. При выбранных материалах и размерах элементов схемы прессования отношение массы ударника M_уд к сумме масс конического преобразователя M_кон, защитной металлической прослойки M_з.пр верхнего пуансона M_п.в, верхнего металлического диска M_д.в, металлических прокладок M_пр, слоев прессуемого порошка M_пор, равном: M_уд/Σ M_i = M_уд/(M_кон + M_з.пр + M_п.в + M_д.в + 4M_пр + 5M_пор = 300/(775,3 + 154,7 + 1124,6 + 68,9 + 275,6 + 70,6) = 0,121.In the manufacture of assembly No. 1, the lower metal disk was made of steel 3 with a diameter of 7.5 cm (equal to the inner diameter of the container D _ext ), a thickness of 0.2 cm. The inner shell of the container was made of two layers of copper foil M1 having a thickness of 0.1 mm. The upper metal disk of the container was made of steel St.3 with a diameter of 7.5 cm, a thickness of 0.2 cm, the density of steel was 7.8 g / cm ³ . The mass of the upper metal disk is equal to:
M _d.v. = 7.8 · 3.14 · (0.5 · 7.5) ² · 0.2 = 68.9 g, the mass of each metal strip M _ol = M _d.v = 68.9 g, the number of gaskets in the container is 4. To fill the container, consisting of the lower metal disk and the side shell of the container, we used synthesized PZT 19 piezoceramics with a bulk density of 3.2 g / cm ³ , the thickness of each layer was 0.1 cm, the number of layers was 5. The mass of one layer of ceramic powder in the container: M _pore = 3.2 · 3.14 · (0.5 · 7.5) ² · 0.1 = 14.1 g. The lower punch was made of a highly plastic metal - lead. Its diameter, taking into account the thickness of the inner shell of the container, is equal to:
D _pn = D _vn + 20.02 = 7.5 + 0.04 = 7.54 cm, the thickness of the lower punch is 1 cm. The outer shell of the container was made of a highly plastic metal - lead. Its outer diameter D _ol = 11.25 cm, which is 1.5 D _ext , its inner diameter is D _bp , which corresponds to the outer diameter of the inner shell of the container; the height of the outer shell H _vol.n = 2.7 cm, press in the lower punch, install assembly N 1 in the axial channel of the outer shell of the container. The resulting assembly N 2 was mounted coaxially with the barrel of the powder propelling device on a steel base located on sandy soil. Reusable base. It was made of St.3 steel with a diameter of 15 cm and a thickness of 20 cm. An upper punch, a protective metal layer in the form of a disk, and a conical transducer were placed on the surface of the outer shell of the container. The upper punch was made of highly ductile metal - lead. The diameter of the upper punch is equal to the outer diameter of the outer shell of the container is 11.25 cm, its thickness is 1 cm. The density of lead is 11.34 g / cm ³ , the mass of the upper punch is:
M _p.v = 11.34 · 3.14 · (0.5 · 11.25) ² · 1.0 = 1124.6 g. The protective metal layer was made of St.3 steel with a thickness of 0.2 cm, diameter, equal to the diameter of the upper punch - 11.25 cm, the density of steel - 7.8 g / cm ³ , the mass of the protective layer is equal to:
M _s.spr = 7.8 · 3.14 · (0.5 · 11.25) ² · 0.2 = 154.7 g. The conical transducer was made of steel St.3 with an angle at the apex of the cone of 90 ^o . The diameter of the base of the cone D _con = 7.5 cm, the height of the cylindrical part of the Converter is 1 cm, the density of the material is 7.8 g / cm ³ . With the selected dimensions, the volume of the conical transducer is 99.4 cm ³ , its mass M _con = 7.8 · 99.4 = 775.8 g. The inner diameter of the barrel of the powder propelling device is 5 cm, the diameter of the hammer is 5 cm, the material of the hammer is lead, its mass M _beats = 300 g. With the selected materials and sizes of the elements of the pressing scheme, the ratio of the mass of the striker M _beats to the sum of the masses of the conical transducer M _con , the protective metal layer M _{z.pr of the} upper punch M _p.v , the upper metal disk M _{d .v,} metal gaskets M _Ave, pressed powder layers M _op equal to: M _ud / Σ M _i = M _sp / (M + M _KOH _z.pr _ae + M + M _DV + 4M + 5M _straight _pores = 300 / (775.3 + 154.7 + 1124.6 + 68.9 + 275.6 + 70.6) = 0.121.

В качестве энергоносителя использовали бездымный порох "Барс", масса порохового заряда была 50 г, что при выстреле обеспечивает скорость ударника 650 м/с, которую контролировали, например, электроконтактным методом с помощью измерителя временных интервалов Ч3-34А. После нагружения удаляли верхний и нижний пуансоны, извлекали с помощью приспособления спрессованную сборку N 1, удаляли внутреннюю оболочку контейнера, отделяли изделия от металлических дисков и металлических прокладок, после чего спрессованные за один акт взрывного воздействия пять изделий в виде дисков из керамического порошка могут быть использованы для промышленных целей, например для изготовления пьезоизлучателей, датчиков, ингаляторов и т.п. При этом диаметр полученных изделий в виде дисков - 75 мм, что в 1,5 раза превышает диаметр ударника, нестабильность плотности по объему изделий не превышает 1-2%, в изделиях отсутствуют сколы, расслоения и поперечные трещины, плотность полученных изделий близка плотности спеченного материала; материал наружной оболочки контейнера может быть использован многократно, так как из мягкого высокопластичного металла можно легко, например, штамповкой, литьем или прессованием без существенных энергозатрат возобновлять форму деталей схемы прессования, что снижает расход металла на производство одного изделия по сравнению с прототипом. The Bars smokeless powder was used as the energy source, the mass of the powder charge was 50 g, which, when fired, provides a drummer speed of 650 m / s, which was controlled, for example, by the electric contact method using a Ch3-34A time interval meter. After loading, the upper and lower punches were removed, the pressed assembly No. 1 was removed using the device, the inner shell of the container was removed, the products were separated from metal disks and metal gaskets, after which five products pressed in one act of explosive action in the form of disks made of ceramic powder can be used for industrial purposes, for example for the manufacture of piezoelectric emitters, sensors, inhalers, etc. Moreover, the diameter of the obtained products in the form of disks is 75 mm, which is 1.5 times the diameter of the impactor, the density instability in the volume of the products does not exceed 1-2%, the products do not have chips, delaminations and transverse cracks, the density of the obtained products is close to the sintered density material; the material of the outer shell of the container can be used repeatedly, since it is easy, for example, by stamping, casting or pressing, from soft soft high-plastic metal to resume the form of parts of the pressing scheme without significant energy consumption, which reduces the metal consumption for the production of one product in comparison with the prototype.

Пример 2 (см. таблицу, опыт 2). Example 2 (see table, experiment 2).

То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Внутренний диаметр контейнера Д_вн = 6 см, такой же диаметр имеют нижний и верхний металлические диски, металлические прокладки и слои прессуемого порошка. Масса верхнего металлического диска M_д.в = 7,8·3,14·(0,5·6)²·0,2 = 44 г, масса каждой металлической прокладки M_пр = M_д.в = 44 г, количество прокладок в контейнере - 3, количество слоев прессуемого порошка в контейнере - 4, масса каждого слоя ЦТС 19 была:
M_пор = 3,2·3,14·(0,5·6)²·0,1 = 9,04 г. Диаметр нижнего пуансона Д_п.н = Д_вн + 2·0,02 = 6 + 0,04 = 6,04 см; диаметр наружной оболочки контейнера Д_пр = 10 см, что составляет 1,7 Д_вн, ее внутренний диаметр равен 6,04 см, высота наружной оболочки H_об.н = 2,4 см. Диаметр верхнего пуансона равен 10 см, его масса M_п.в 11,34·3,14·(0,5·10)²·1,0 = 890,2 г. Диаметр защитной металлической прослойки - 10 см, ее масса составляла:
M_з.пр = 7,8·3,14·(0,5·10)²·0,2 = 122,5 г. Конический преобразователь изготавливали из стали с углом при вершине конуса 100^o, диаметр основания конуса Д_кон = 6,5 см, объем конического преобразователя - 63,38 см³, его масса M_кон = 7,8·63,38 = 494,3 г. Соотношение масс M_уд/ Σ M_i = M_уд/(M_кон + M_з.пр + M_п.в + M_д.в + 3M_пр + 4M_пор = 300/(494,3 + 122,5 + 890,2 + 44 + 132 + 36,2) = 0,174. Масса порохового заряда была 36 г, что обеспечивает при выстреле скорость ударника 500 м/с.The same as in example 1, but the following changes. The inner diameter of the container E _ext = 6 cm, have the same diameter as the lower and upper wheel, metal gaskets and pressed powder layers. The mass of the upper metal disk M _d.v = 7.8 · 3.14 · (0.5 · 6) ² · 0.2 = 44 g, the mass of each metal strip M _pr = M _d.v = 44 g, the number of gaskets in the container - 3, the number of layers of the pressed powder in the container - 4, the mass of each layer of PZT 19 was:
M _pore = 3.2 · 3.14 · (0.5 · 6) ² · 0.1 = 9.04, the diameter D of the lower punch _bp = D 2 · _BH + 0.02 + 6 = 0, 04 = 6.04 cm; the diameter of the outer shell of the container D _CR = 10 cm, which is 1.7 D _ext , its inner diameter is 6.04 cm, the height of the outer shell H _vol.n = 2.4 cm. The diameter of the upper punch is 10 cm, its mass M _p.v 11.34 · 3.14 · (0.5 · 10) ² · 1.0 = 890.2 g. The diameter of the protective metal layer is 10 cm, its mass was:
M _z.spr = 7.8 · 3.14 · (0.5 · 10) ² · 0.2 = 122.5 g. The conical transducer was made of steel with an angle at the apex of the cone 100 ^o , the diameter of the base of the cone D _con = 6.5 cm, the volume of the conical transducer is 63.38 cm ³ , its mass M _con = 7.8 · 63.38 = 494.3 g. The mass ratio M _beats / Σ M _i = M _beats / (M _con + M _z.pr _ae + M + M + 3M _DV _pr + 4M _pores = 300 / (494.3 + 122.5 + 890.2 + 44 + 132 + 36.2) = 0.174 . gunpowder charge mass was 36 g, which ensures a projectile speed of 500 m / s when fired.

Результаты прессования изделий те же, что в примере 1, но за один акт прессования получают четыре изделия в виде дисков, при этом их диаметр в 1,2 раза превышает диаметр ударника. The results of pressing products are the same as in example 1, but for one act of pressing four products are obtained in the form of disks, while their diameter is 1.2 times the diameter of the hammer.

Пример 3 (см. таблицу, опыт 3). Example 3 (see table, experiment 3).

То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Внутренний диаметр контейнера Д_вн = 5 см, такой же диаметр имеют металлические диски, металлические прокладки и слои прессуемого порошка. Масса верхнего металлического диска равна:
M_д.в = 7,8·3,14·(0,5·5)²·0,2 = 30,6 г, масса каждой металлической прокладки M_пр = M_д.в = 30,6 г, количество прокладок в контейнере - 2, количество слоев прессуемого порошка в контейнере - 3, масса каждого слоя ЦТС 19 составляла:
M_пор = 3,2·3,14·(0,5·5)²·0,1 = 6,28 г. Диаметр нижнего пуансона Д_п.н. = Д_вн. + 2·0,02 = 5 + 0,04 = 5,04 см; диаметр наружной оболочки контейнера Д_пр = 10 см, что составляет 2Д_вн, ее внутренний диаметр равен 5,04 см, что соответствует наружному диаметру внутренней оболочки контейнера; высота наружной оболочки H_об.н = 2,1 см. Диаметр верхнего пуансона равен 10 см, его толщина - 0,8 см, масса верхнего пуансона составляет:
M_п.в = 11,34·3,14·(0,5·10)²·0,8 = 712 г. Диаметр защитной металлической прослойки - 10 см, ее масса составляет:
M_з.пр = 7,8·3,14·(0,5·10)²·0,2 = 122,5 г. Конический преобразователь изготавливали с углом при вершине конуса 110^o, диаметр основания конуса Д_кон = 6 см, высота цилиндрической части преобразователя - 0,8 см, объем конического преобразователя - 42,38 см³, его масса - 330 г. Соотношение масс: M_уд/ Σ M_i = M_уд/(M_кон + M_з.пр + M_п.в + M_д.в + 2M_пр + 3M_пор) = 300/(330 + 122,5 + 712 + 30,6 + 61,2 + 18,8) = 0,235. Масса порохового заряда была 29 г, скорость ударника - 400 м/с. Результаты прессования изделий те же, что в примере 1, но за один акт прессования получают три высокоплотных изделия, при этом их диаметр соответствует диаметру ударника.The same as in example 1, but the following changes. The inner diameter of the container E _ext = 5 cm, have the same diameter wheel, metal gaskets and pressed powder layers. The mass of the upper metal disk is equal to:
M _dv = 7.8 · 3.14 · (0.5 · 5) ² · 0.2 = 30.6 g, the mass of each metal strip M _ol = M _dv = 30.6 g, the number of gaskets in the container - 2, the number of layers of pressed powder in the container - 3, the mass of each layer of the PZT 19 was:
M _pore = 3.2 · 3.14 · (0.5 · 5) ² · 0.1 = 6.28 g. Diameter of the lower punch D _bp = D _ext. + 2 · 0.02 = 5 + 0.04 = 5.04 cm; the diameter of the outer shell of the container D _CR = 10 cm, which is 2D _ext , its inner diameter is 5.04 cm, which corresponds to the outer diameter of the inner shell of the container; the height of the outer shell H _vol.n = 2.1 cm. The diameter of the upper punch is 10 cm, its thickness is 0.8 cm, the mass of the upper punch is:
M _p.v = 11.34 · 3.14 · (0.5 · 10) ² · 0.8 = 712 g. The diameter of the protective metal layer is 10 cm, its mass is:
M _z.spr = 7.8 · 3.14 · (0.5 · 10) ² · 0.2 = 122.5 g. The conical transducer was made with an angle at the apex of the cone 110 ^o , the diameter of the base of the cone D _con = 6 cm , the height of the cylindrical part of the transducer is 0.8 cm, the volume of the conical transducer is 42.38 cm ³ , its mass is 330 g. The mass ratio: M _beats / Σ M _i = M _beats / (M _con + M _z.pr + M _p.v + M _d.v + 2M _ol + 3M _pore ) = 300 / (330 + 122.5 + 712 + 30.6 + 61.2 + 18.8) = 0.235. The mass of the powder charge was 29 g, the velocity of the projectile was 400 m / s. The results of pressing the products are the same as in example 1, but for one act of pressing get three high-density products, while their diameter corresponds to the diameter of the hammer.

При получении аналогичных изделий по прототипу (см. таблицу, опыт 4) их диаметр значительно меньше диаметра ударника, а одна из наиболее металлоемких деталей схемы прессования - стальная пресс-форма лишь одноразового использования, что ограничивает применение этого способа для получения изделий промышленного назначения с широким диапазоном размеров. Upon receipt of similar products according to the prototype (see table, experiment 4), their diameter is much smaller than the diameter of the drummer, and one of the most metal-intensive parts of the pressing scheme is a steel mold of only one use, which limits the application of this method to obtain industrial products with a wide size range.

Таким образом, вышеуказанные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:
- способ получения изделий из керамического порошка, предназначенный для использования в радиоэлектронной и электротехнической промышленности, например, при изготовлении крупногабаритных пьезоэлементов, датчиков и т.п. впервые обеспечил получение качественных высокоплотных крупногабаритных изделий с диаметром, равным или до 1,5 раз превышающим диаметр ударника, при этом плотность получаемых изделий близка к плотности спеченного материала, нестабильность плотности по объему изделий не превышает 1-2%, в изделиях отсутствуют сколы, расслоения и поперечные трещины, обеспечивается высокая производительность: за один акт прессования можно получать сразу несколько крупногабаритных изделий.Thus, the above information indicates that when using the invention the following combination of conditions:
- a method of producing products from ceramic powder, intended for use in the electronic and electrical industries, for example, in the manufacture of large piezoelectric elements, sensors, etc. for the first time ensured the production of high-quality high-density large-sized products with a diameter equal to or up to 1.5 times the diameter of the impactor, while the density of the resulting products is close to the density of the sintered material, the instability of the density in the volume of the products does not exceed 1-2%, there are no chips or delamination in the products and transverse cracks, high productivity is ensured: for one act of pressing, several large-sized products can be obtained at once.

Claims

1. A method of producing ceramic powder products, comprising placing the powder with layers of metal spacers in a composite container, consisting of an inner shell of metal foil, an upper and lower metal disc and an outer shell of soft, highly plastic metal, placing the container with the powder between the upper and lower punches, pressing by impact loading, carried out by accelerating a cylindrical impactor with a powder throwing device, characterized in that testing is carried out by impact loading, carried out by the striker through a conical transducer and a protective metal layer installed on the upper punch placed on the outer shell of the container, forming a cylinder with a through channel in the form of a mold, while the outer diameter of the outer shell of the container is 1.5 - 2 the internal diameter of the container, the angle at the cone apex of the conical converter is 90 - 110 ^o, and shock loading is conducted at a speed of the striker 400 - 650 m / s and the weight ratio darnika to mass tapered transducer amount protective metal layer, the upper punch, the upper metal disc, metal gaskets, pressed powder layers equal to 0.121 - 0.235.

2. The method according to claim 1, characterized in that the protective metal layer and the conical transducer are made of steel.

3. The method according to claim 1, characterized in that the upper punch, the protective metal layer and the conical transducer are placed coaxially with the barrel of the powder propelling device.