Способ изготовления композиционных изделий

 

Изобретение относится к химии и металлургии, к средствам изготовления абразивного и фрикционного назначения. В способе изготовления композиционных изделий одну или несколько заготовок из прессованной смеси углеродного волокна и пека на время обжига размещают внутри оболочки, выполненной из материала и с размерами, обеспечивающими ограничение деформации поверхностей и изменение размеров заготовки, а также изоляцию заготовки от окружающего пространства на протяжении интервала времени обжига. Способ включает образование исходной композиции посредством смещения углеродного волокна с пеком, формование заготовки посредством объемного прессования исходной композиции и обжиг заготовки. При размещении в замкнутой оболочке по меньшей мере двух заготовок между поверхностями смежных заготовок устанавливают прокладку, выполненную из материала, не оказывающего физико-химическое воздействие на углеродное волокно и пек в процессе обжига. Технический результат способа - упрощение технологии и повышение производительности изготовления изделий при обеспечении точности размеров заготовки с максимальным приближением к размерам готового изделия. 3 з.п. ф-лы. 1 ил.

Изобретение относится к области химии и металлургии, к средствам изготовления изделий абразивного и фрикционного назначения.

Известен способ изготовления композиционных изделий образованием исходной композиции посредством смешения волокна и полимерного связующего вещества и формованием заготовки изделия прессованием исходной композиции с химико-термическим воздействием в режиме полимеризации связующего вещества SU 1114340, С 08 J 5/14, 1984 г.

Недостатком известного способа изготовления является образование фрикционной поверхности с нестабильным коэффициентом трения при тепловом воздействии в режиме эксплуатации.

Более совершенным и наиболее близким аналогом заявленному является способ изготовления композиционных изделий, включающий образование исходной композиции посредством смешения углеродного волокна с пеком, формование заготовки изделия посредством объемного прессования исходной композиции и обжиг заготовки US 5205888, В 29 С 43/18, 1999 г.

Однако указанный способ малопроизводителен и сравнительно сложен, так как для обеспечения стабильности размеров изделий и необходимого состояния поверхностей обжиг каждой заготовки осуществляют в струе инертного газа.

Техническим результатом, достигаемым заявляемым способом, является упрощение технологии и повышение производительности изготовления изделий при обеспечении точности размеров заготовки с максимальным приближением к размерам готового изделия.

Указанный технический результат достигается способом изготовления композиционных изделий, включающим образование исходной композиции посредством смешения углеродного волокна с пеком, формование заготовки изделия посредством объемного прессования исходной композиции и обжиг заготовки за счет того, что заготовку на время обжига размещают в замкнутой оболочке, при этом оболочка выполнена из материала и с размерами, обеспечивающими ограничение деформации поверхностей и изменение размеров заготовки и изоляцию заготовки от окружающего пространства обжига.

А также за счет того, что в замкнутой оболочке размещают, по меньшей мере, две заготовки, при этом между поверхностями смежных заготовок устанавливают прокладку, выполненную из материала, не оказывающего физико-химического воздействия на углеродное волокно и пек в процессе обжига.

А также за счет того, что в качестве материала для оболочки и прокладок применена листовая жаропрочная нержавеющая сталь.

А также за счет того, что вокруг замкнутой оболочки заготовки перед обжигом создают слой засыпки из графитированного материала.

Реализация заявляемого способа изготовления композиционного изделия иллюстрируется изображением на чертеже и осуществляется, например, следующим образом.

Навеску углеродного волокна (например, графитированное ПАН-волокно по ТУ 48-20-23-83), предварительно штапелированного на отрезки необходимой длины, перемешивают с порошком пека (например, угольный пек по ГОСТ 10200-83).

Из образованной таким образом исходной композиции формируют заготовку изделия (например, кольцо с наружным диаметром 420 мм, внутренним диаметром 220 мм и высотой 20 мм) посредством объемного прессования с одновременным воздействием тепла при температуре не ниже размягчения пека.

Далее заготовку 1 изделия помещают в замкнутую оболочку, например, цилиндрической формы со стенкой 2 из листовой жаропрочной нержавеющей стали толщиной 0,7-1,0 мм и жесткими массивными металлическими торцами 3 и 4, связанными друг с другом стержнем 5 с разъемным соединением, проходящим внутри полости оболочки через центральное отверстие заготовки.

При помещении в оболочку двух и более заготовок между поверхностями смежных заготовок устанавливают прокладки 6, например, из листовой жаропрочной нержавеющей стали толщиной 0,7-1,0 мм.

Стальные элементы оболочки и прокладки не оказывают физико-химического воздействия на углеродное волокно и пек. Внутренний диаметр оболочки, наружный диаметр стержня и расстояние между внутренними поверхностями верхнего и нижнего торцов обеспечивают изменение объема заготовки в пределах размеров, допустимых для конкретного изделия (для рассматриваемого примера - за счет зазоров величиной 3-5 мм).

Для придания готовому изделию необходимых свойств замкнутую оболочку с заготовкой (заготовками) внутри размещают в камере 7 обжига, заполняют свободное пространство вокруг оболочки графитированной засыпкой 8 и осуществляют обжиг.

В процессе обжига замкнутая оболочка из жаропрочной нержавеющей стали и надлежащими размерами обеспечивает изоляцию заготовки (заготовок) 1 от окружающего пространства камеры и контакта с засыпкой 8.

В процессе нагрева и выдержки при высокой температуре обжига внутри оболочки возникает восстановительная среда за счет выделения и концентрации в зоне расположения заготовок 1 газообразного углерода.

В то же время тонкостенная часть оболочки, подвергаясь пластической деформации в условиях высокой температуры, позволяет по окончании обжига свободно извлечь заготовки 1 без существенного механического воздействия.

Наличие графитированной засыпки 8 вокруг оболочки создает восстановительную атмосферу вокруг нее и предотвращает тем самым ее окисление, прогорание и преждевременное разрушение.

Формула изобретения

1. Способ изготовления композиционных изделий, включающий образование исходной композиции посредством смешения углеродного волокна с пеком, формование заготовки изделия посредством объемного прессования исходной композиции и обжиг заготовки, отличающийся тем, что заготовку на время обжига размещают в замкнутой оболочке из материала и с размерами, обеспечивающими изменение объема заготовки в пределах размеров, допустимых для конкретного изделия и изоляцию заготовки от окружающего пространства обжига.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в замкнутой оболочке размещают, по меньшей мере, две заготовки, при этом между поверхностями смежных заготовок устанавливают прокладку, выполненную из материала, не оказывающего физико-химического воздействия на углеродное волокно и пек в процессе обжига.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве материала для оболочки и прокладок применена листовая жаропрочная нержавеющая сталь.

4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что перед обжигом свободное пространство вокруг замкнутой оболочки заполняют графитированной засыпкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1