СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
METHOD OF PRODUCING CERMET PARTS

Изобретение относится к области технологии изготовления металлокерамических изделий, в частности к способу изготовления металлокерамических деталей, в том числе лопаток газовых турбин.
Цель изобретения - повышение надежности и технологичности металлокерамических изделий, путем изготовления моно изделий включающих в свой состав керамические и металлические составляющие, с обеспечением заданного закона изменения по заданному направлению в изделии прочностных и жаростойких характеристик.
Известен способ изготовления керамических деталей, заключающийся в том, что исходный керамический материал в виде порошка с заданной дисперсностью, равномерно размещенного в технологическом связующем материале и помещенного в заданную форму, путем выпаривания связующего материала образует первичную заготовку для окончательного спекания и получения требуемой геометрической конфигурации изделия. Этот способ носит определение - шликерное литье [1].
Недостаток этого способа - гомогенная структура материала полученного изделия, определяющая необходимость применения специальных средств в виде либо супержаропрочных прокладочных материалов, либо прокладочных материалов из благородных металлов для обеспечения работоспособности конструкции при неизбежном контактном взаимодействии керамических сверхжаропрочных деталей с несущими металлическими элементами конструкции, а также равномерное распределение механических свойств по оси керамической детали, что при работе детали, например лопатки газовой турбины, в поле центробежных сил приводит к ограничениям по газодинамическим характеристикам изделий. Недостатком этого способа является также невозможность прочного сварно-паяного соединения пар керамика - металл, что приводит к принципиальным негативным деформациям конструкторских решений.
Цель изобретения состоит в устранении этих недостатков.
Указанные недостатки устраняются тем, что исходный металлокерамический материал состоит из набора порошков материалов, обеспечивающих заданные характеристики формируемой детали, помещенного в форму заданной конфигурации, которая устанавливается в поле вибрационной активности с переменными частотой и амплитудой с одной из проекций вектора направления частотного перемещения, совпадающей с геометрической осью формы. Вибрационное воздействие производится до расслоения набора исходных порошков, после чего выполняется предварительное спекание для получения заготовки. Окончательное спекание заготовки производится вне формы.
3
3
3
3
4
Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг.1) состоит в том, что в форму 1, определяющую конфигурацию детали, подлежащей изготовлению, помещается смесь порошков материалов 2, 3, 4. Например, порошок 2 может быть алюмоборонитридной композицией с плотностью порядка 2.8 кг/дм, порошок 3 нитридной (SiN) или карбидной (SiC) композицией с плотностью порядка 4.0 кг/дм, порошок 4 никелевый сплав с плотностью около 8.0 кг/дм. Форма устанавливается и жестко закрепляется на устройстве 5, обеспечивающем вибрацию формы.
Устройство работает следующим образом.
При вибрационном воздействии на смесь порошков 2, 3, 4, помещенных в форму 1, происходит расслоение в функции от плотности составляющих смесь порошков: легкая фракция 2 концентрируется в верхней части формы 1, тяжелая фракция 4 концентрируется в нижней части формы 1, средняя фракция 3 занимает промежуточное положение. На стыках границ фракций 2-3 и 3-4 образуются промежуточные зоны 5 и 6, содержащие компоненты порошков 2 и 3, а также 3 и 4. При исходной смеси порошков, состоящей из более чем трех компонентов, картина распределения качественно та же: исходные компоненты распределяются вдоль оси формы по приведенной выше закономерности.
По окончании вибрационного воздействия производится предварительное спекание порошков 2, 3, 4 в форме 1. Окончательное спекание заготовки производится вне формы 1.
И предварительное, и окончательное спекание производится в поле переменных температур, адекватном конфигурации детали и результирующему распределению исходного материала.
Полученная заготовка, например, лопатки газовой турбины обрабатывается в зоне стыковки с металлическим диском либо в виде хвостового соединения металл - металл 7 (фиг.2), либо в виде поверхностей под сварное, либо паяное соединение металл 9 - металл 8 (фиг.3).
Использованная литература
1. Захаров А.И. Конструирование керамических изделий. Уч.-изд., Москва, 2004, стр.29-42.