Устройство для электроимпульсного прессования конденсаторов из порошковых материалов

Техническое решение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при производстве конденсаторов из порошковых материалов методом электроимпульсного прессования порошков, в частности высокоемкостных конденсаторов из порошков тантала или ниобия.
Известно устройство для получения изделий из порошковых материалов [полезная модель №181536 от 23.03. 2018 г. Устройство для электроимпульсного прессования порошков]. Устройство включает в себя импульсный источник энергии, металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон, вставленный в шток, нижний неподвижный пуансон, установленный на нижнем основании, пластину с двумя втулками, на которой закреплена обойма с матрицей, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижнем основании, причем верхний и нижний пуансоны выполнены составными из двух частей, основной части и накладки, соприкасающейся с засыпкой порошка. В этом устройстве пропускают импульс тока через поджатый порошок, который разогревает его. За счет приложенного давления происходит уплотнение засыпки и получается плотный образец. Однако для производства конденсаторов требуются прочные образцы с высокой пористостью, что на данной установке получить их весьма проблематично.
Решением, наиболее близким предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту, является устройство для электроимпульсного прессования порошка [Патент на полезную модель №146545 от 22.04.2014, Устройство для электроимпульсного прессования порошка]. Это устройство включает в себя импульсный источник энергии, металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон, вставленный в шток, нижний неподвижный пуансон, установленный на нижнем основании, пластину с двумя втулками, на которой закреплена обойма с матрицей, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижнем основании, а на верхнем основании выставлены два упора, которые ограничивают движение вниз верхнего пуансона. После пропускания импульса тока высота засыпки уменьшается всего на 2÷3 мм (на высоту зазора между упорами и верхней части штока). Это приводит к тому, что полученный образец существенно не до уплотняется и плотность его получается низкой, а пористость контролируемой и достаточно высокой. Однако данное устройство не позволят получить изделие (конденсатор) с готовым выводом (электродом). Требуется дополнительная операция по приварки электрода.
В связи с этим, важнейшей задачей является разработка нового устройства, позволяющего изготавливать высокопористые конденсаторы из металлических порошков вместе с готовым выводом.
Технический эффект, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании нового изделия, обеспечивающего с помощью электроимпульсного прессования получение высокопористых конденсаторов с уже готовым выводом.
Указанный технический эффект достигается тем, что в устройстве для электроимпульсного прессования конденсаторов из порошковых материалов, включающем импульсный источник энергии, металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон, вставленный в шток, нижний неподвижный пуансон, установленный на нижнем основании, пластину с двумя втулками, на которой закреплена обойма с матрицей, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижнем основании, а на верхнем основании выставлены два упора, которые ограничивают движение вниз верхнего пуансона, согласно техническому решению верхний пуансон выполнен с отверстием на торце, глубиной на 1÷3 мм меньше длины вывода конденсатора, внутрь которого вставлена изолирующая втулка, внешний диаметр которой равен диаметру отверстия и составляет 2÷3 мм, а внутренний равен диаметру вывода конденсатора.
На фиг. 1 представлено устройство для электроимпульсного прессования конденсаторов из порошковых материалов.
На фиг. 2 представлена керамическая матрица в металлической обойме с пуансонами и засыпкой порошка в увеличенном масштабе.
На фиг. 3 представлен готовый конденсатор с выводом.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой показано устройство для электроимпульсного прессования конденсаторов из порошковых материалов. Оно включает импульсный источник энергии 1, верхний подвижный пуансон 2 и нижний неподвижный пуансон 3. Нижний пуансон 3 установлен на опоре 4, которая помещена на плиту 5. Верхний подвижный пуансон 2 электрически изолирован от нижнего пуансона 3 изолирующими втулками 6, надетыми на крепление стойки 7. Давление Р к верхнему пуансону 2 прикладывается от нагружающего устройства 8 (пневмопресса) через шток 9, которые изолированы друг от друга неэлектропроводной прокладкой 10. Шток 9 проходит через верхнее основание 11. Электропроводный порошок 12 помещают в керамическую матрицу 13 зажатую в металлическую обойму 14. На плите 5 установлены двое направляющих 15 и 16 с пружинами 17 и 18, на которые надеты втулки 19 и 20, соединенные с пластиной 21. Эта пластина соединена с металлической обоймой 14. На верхнем основании 11 выставлены два упора 22, которые могут ограничивать движение вниз верхнего пуансона. В верхний пуансон 3, имеющий отверстие на торце, вставлена изолирующая втулка 23, в которую помещается вывод конденсатора 24 (фиг. 2).
Устройство работает следующим образом. Керамическая матрица 13 с обоймой 14 вставляется в нижний пуансон 3, в которую насыпается тугоплавкий материал, например порошок тантала 12. Сверху вставляется верхний электрод 2, в который предварительно вставлена танталовая проводка 24, заключенная в изолятор 23. Танталовая проволка выступает за торец пуансона на 2÷3 мм. Затем прикладывается давление к верхнему пуансону 2 от пневмопресса 8 через шток 9. На верхнее основание 11 помещают два упора 22 с зазором 2÷3 мм от верхней части штока. Включается импульсный источник энергии 1, и в нем накапливается необходимое количество энергии, которое определяется видом и массой уплотняемого порошка. После этого пропускают импульс тока от импульсного источника 1 через поджатый порошок 12, который разогревает его. В этот промежуток времени верхний подвижный пуансон 2, являющийся продолжением штока 9, совершает перемещение вниз. Обойма 14, вместе с матрицей 13 и засыпкой порошка 12, также начинают двигаться вниз, происходит его уплотнение. В тоже самое время верхний шток 9 упирается в упоры 22 и дальнейшего уплотнения засыпки порошка не происходит. Таким образом, после пропускания импульса тока высота засыпки уменьшается всего на 2÷3 мм (на высоту зазора между упорами и верхней части штока). Это приводит к тому, что полученный образец существенно не доуплотняется, и плотность его получается низкой, а пористость контролируемой и достаточно высокой, что требуется при производстве конденсаторов. Кроме того, танталовая проволка при прикладывании давления проникает в порошок, а после пропускания импульса тока в вваривается в полученное изделие. В результате получается начальный конденсатор 25 с готовым выводом 24 (фиг. 3).
При отсутствии указанных дополнительных приспособлений (верхний пуансон выполнен с отверстием на торце, глубиной на 1÷3 мм меньше длины вывода конденсатора, внутрь которого вставлена изолирующая втулка, внешний диаметр которой равен диаметру отверстия и составляет 2÷3 мм, а внутренний равен диаметру вывода конденсатора) получалось только заготовка конденсатора без его вывода.
Предлагаемое устройство было опробовано при получении танталовых конденсаторов из ультратонкого порошка тантала с проволокой из тантала для вывода. Были получены высокопористые танталовые конденсаторы с готовыми выводами.
Таким образом, применение описанного устройства для электроимпульсного прессования конденсаторов из порошковых материалов позволяет изготавливать конденсаторы с приваренными выводами и требуемыми характеристиками.