RU198007U1

RU198007U1 - Device for electropulse compaction of electrically conductive powders containing radionuclides

Info

Publication number: RU198007U1
Application number: RU2019134754U
Authority: RU
Inventors: Борис Александрович Тарасов; Игорь Дмитриевич Соломатин; Андрей Владимирович Давыдов; Сергей Сергеевич Башлыков; Мария Сергеевна Тарасова; Дмитрий Павлович Шорников
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2020-06-11

Abstract

Полезная модель относится к области порошковой металлургии, в частности к устройствам для электроимпульсной консолидации порошка, и служит для получения образцов требуемой плотности из электропроводных порошков, содержащих радионуклидные материалы. Устройство для электроимпульсного компактирования содержит импульсный источник энергии, нагружающее устройство, соединенное с узлом прессования, включающим металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала, верхний пуансон, соединенным со штоком, нижний пуансон, пластину с двумя втулками, на которой закреплена металлическая обойма с керамической матрицей, причем втулки подпружинены и выполнены с возможностью вертикального скольжения вдоль направляющих, установленных на нижнем основании. Узел прессования помещен в закрытый бокс, нагружающее устройство расположено снизу закрытого бокса на раме, соединенной с нижним основанием. Токоподвод к пуансонам осуществляется через торцы связанных с ними верхнего и нижнего штоков соответственно, причем штоки состоят из двух частей, которые изолированы друг от друга, и выполнены с возможностью вертикального перемещения. Нижний шток соединен с нагружающим устройством, а втулки выполнены с возможностью фиксации на направляющих. Обеспечивается получение образцов из радиоактивных и токсичных электропроводных порошков без радиоактивного заражения окружающего пространства.The utility model relates to the field of powder metallurgy, in particular to devices for electropulse powder consolidation, and serves to obtain samples of the required density from electrically conductive powders containing radionuclide materials. The device for electropulse compaction contains a pulsed energy source, a loading device connected to a pressing unit including a metal cage with a ceramic matrix of insulating material, an upper punch connected to a rod, a lower punch, a plate with two bushings, on which a metal casing with a ceramic matrix is fixed moreover, the bushings are spring-loaded and made with the possibility of vertical sliding along the rails mounted on the lower base. The pressing unit is placed in a closed box, the loading device is located below the closed box on a frame connected to the lower base. The current supply to the punches is carried out through the ends of the upper and lower rods associated with them, respectively, and the rods consist of two parts that are isolated from each other and are made with the possibility of vertical movement. The lower rod is connected to the loading device, and the bushings are made with the possibility of fixing on the rails. It provides samples from radioactive and toxic conductive powders without radioactive contamination of the surrounding space.

Description

Полезная модель относится к области порошковой металлургии, в частности, к устройствам для электроимпульсной консолидации порошка и служит для получения образцов требуемой плотности из электропроводных порошков, содержащих радионуклидные материалы.The utility model relates to the field of powder metallurgy, in particular, to devices for electropulse powder consolidation and serves to obtain samples of the required density from electrically conductive powders containing radionuclide materials.

Известна установка для электроимпульсного прессования порошков [А.С. №801374 от 01.01.1981 г. Устройство для электроимпульсного прессования порошка] Устройство включает высоковольтный трансформатор, выпрямитель, конденсаторную батарею, электрический разрядник, выполняющий роль ключа для замыкания электрической цепи, который управляется специальной системой поджига, систему управления, служащую для управления зарядкой батареи конденсаторов, верхний подвижный пуансон и нижний неподвижный пуансон, нагружающее устройство. Порошок помещают в металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала.Known installation for electropulse pressing of powders [A.S. No. 801374 from 01.01.1981, Device for electropulse pressing of powder] The device includes a high-voltage transformer, a rectifier, a capacitor bank, an electric discharger acting as a key for closing the electric circuit, which is controlled by a special ignition system, and a control system used to control the charging of the capacitor bank , an upper movable punch and a lower stationary punch, a loading device. The powder is placed in a metal holder with a ceramic matrix of insulating material.

При прохождении импульса разрядного тока от батареи конденсаторов через поджатый порошок он разогревается. В результате приложенного статического давления и импульсного нагрева порошка происходит его уплотнение. Однако получать на этой установке образцы из электропроводных порошков, содержащих радионуклидные материалы крайне затруднительно из-за их высокой токсичности и радиоактивности.When a discharge current pulse passes from a capacitor bank through a pre-charged powder, it heats up. As a result of the applied static pressure and pulsed heating of the powder, its compaction occurs. However, it is extremely difficult to obtain samples from electrically conductive powders containing radionuclide materials at this facility because of their high toxicity and radioactivity.

Решением, наиболее близким предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту, является устройство для электроимпульсного прессования порошка [RU 181536, МПК B22F 3/067, опубликовано в 2018 г.]. Это устройство включает в себя импульсный источник энергии, нагружающее устройство, расположенное сверху, металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала, верхний подвижный пуансон, вставленный в шток, который проходит через верхнюю плиту, нижний неподвижный пуансон, установленный на нижней плите, причем верхняя и нижняя плиты связаны между собой вертикальными стойками с изолирующими втулками, пластину с двумя втулками, на которой закреплена обойма с матрицей, причем втулки подпружинены и имеют возможность скользить вертикально вдоль направляющих, установленных на нижней плите, причем верхний и нижний пуансоны выполнены составными из двух частей, основной части и накладки, соприкасающейся с засыпкой порошка, имеющей более высокое электросопротивление.The solution closest to the proposed technical essence and the achieved effect is a device for electropulse pressing of powder [RU 181536, IPC B22F 3/067, published in 2018]. This device includes a pulsed energy source, a loading device located on top, a metal cage with a ceramic matrix of insulating material, an upper movable punch inserted into the rod that passes through the upper plate, a lower stationary punch mounted on the lower plate, the upper and the lower plates are interconnected by vertical uprights with insulating bushings, a plate with two bushings on which a holder with a matrix is fixed, the bushings being spring-loaded and able to slide vertically along the rails mounted on the lower plate, the upper and lower punches made of two parts, the main part and the pads in contact with the filling of the powder having a higher electrical resistance.

Устройство работает следующим образом. Порошок электропроводного материала, заключенный в керамическую матрицу, зажатую в металлическую обойму, поджимается пуансонами. Давление Р к верхнему пуансону прикладывается от нагружающего устройства через шток. Включается импульсный источник энергии, и в нем накапливается необходимое количество энергии, которое определяется видом и массой уплотняемого порошка. После этого пропускают импульс тока от импульсного источника через поджатый порошок, который разогревает его. Импульс тока также нагревает накладки пуансонов, которые значительно сильнее разогреваются по сравнению с другой частью пуансонов из-за их высокого электросопротивления. За счет приложенного давления происходит уплотнение засыпки и получается плотный образец. Благодаря тому, что остывание полученной прессовки происходит медленнее из-за меньшего отвода тепла через торцы пуансонов, уплотнение происходит более длительное время и на этой установке можно получить образцы с высокой плотностью из порошков с низким электросопротивлением, такие как Cu, Ag и медные сплавы.The device operates as follows. The powder of the electrically conductive material, enclosed in a ceramic matrix, sandwiched in a metal cage, is compressed by punches. Pressure P is applied to the upper punch from the loading device through the rod. A pulsed energy source is turned on, and the necessary amount of energy is accumulated in it, which is determined by the type and mass of the powder being compacted. After that, a current pulse from a pulsed source is passed through a pre-pressed powder, which heats it. The current pulse also heats the pads of the punches, which are much more heated in comparison with the other part of the punches due to their high electrical resistance. Due to the applied pressure, the filling is densified and a dense sample is obtained. Due to the fact that the cooling of the obtained compact is slower due to less heat removal through the ends of the punches, the compaction takes a longer time and at this installation high-density samples can be obtained from powders with low electrical resistance, such as Cu, Ag and copper alloys.

Однако получать на этой установке образцы из электропроводных порошков, содержащих радионуклидные материалы крайне затруднительно из-за их высокой токсичности и радиоактивности.However, it is extremely difficult to obtain samples from electrically conductive powders containing radionuclide materials at this facility because of their high toxicity and radioactivity.

В связи с этим, технической проблемой является разработка нового устройства для электроимпульсного прессования порошка, позволяющее изготавливать образцы из электропроводных порошков, содержащих радионуклиды.In this regard, a technical problem is the development of a new device for electropulse powder pressing, which makes it possible to produce samples from electrically conductive powders containing radionuclides.

Техническим результатом заявленного устройства является разработка конструкции, обеспечивающей с помощью электроимпульсного компактирования получение образцов из радиоактивных и токсичных электропроводных порошков без радиоактивного заражения окружающего пространства и нанесения вреда здоровью работающему персоналу.The technical result of the claimed device is the development of a design that allows using electropulse compaction to obtain samples from radioactive and toxic electrically conductive powders without radioactive contamination of the surrounding space and damage to the health of working personnel.

Указанный технический результат достигается в устройстве для электроимпульсного компактирования электропроводных порошков, содержащих радионуклиды, включающем импульсный источник энергии, нагружающее устройство, соединенное с узлом прессования, включающим металлическую обойму с керамической матрицей из изолирующего материала, верхний пуансон, соединенным со штоком, нижний пуансон, пластину с двумя втулками, на которой закреплена металлическая обойма с керамической матрицей, причем втулки подпружинены и выполнены с возможностью вертикального скольжения вдоль направляющих, установленных на нижнем основании, узел прессования помещен в закрытый бокс, а нагружающее устройство расположено снизу закрытого бокса на раме, соединенной с нижним основанием, а токоподвод к пуансонам осуществляется через торцы связанных с ними верхнего и нижнего штоков соответственно, причем штоки состоят из двух частей, которые изолированы друг от друга, и выполнены с возможностью вертикального перемещения, при этом нижний шток соединен с нагружающим устройством, а втулки выполнены с возможностью фиксации на направляющих.The specified technical result is achieved in a device for electropulse compaction of electrically conductive powders containing radionuclides, including a pulsed energy source, a loading device connected to a pressing unit including a metal cage with a ceramic matrix of insulating material, an upper punch connected to a rod, a lower punch, a plate with two bushings, on which a metal cage with a ceramic matrix is fixed, the bushings being spring-loaded and vertically sliding along the guides mounted on the lower base, the pressing unit is placed in a closed box, and the loading device is located below the closed box on a frame connected to the lower base and the current supply to the punches is through the ends of the associated upper and lower rods, respectively, and the rods consist of two parts that are isolated from each other, and are made with the possibility of vertical movement, while m the lower rod is connected to the loading device, and the bushings are made with the possibility of fixing on the rails.

На Фиг. 1 изображен общий вид заявляемой полезной модели, а на Фиг. 2 изображен узел прессования.In FIG. 1 shows a General view of the claimed utility model, and FIG. 2 shows a pressing unit.

Сущность полезной модели поясняется Фиг. 1, на которой показано устройство для электроимпульсной компактирования электропроводных порошков. Оно включает импульсный источник энергии 1, нагружающее устройство 2, установленное на раме 3, находящееся снизу закрытого бокса 4, при этом рама 3 соединнена с нижним основанием 5. Внутри этого бокса находится узел прессования (Фиг 2), состоящий из нижнего основания 5, верхней плиты 6, которые связаны между собой вертикальными стойками 7 с изолирующими втулками 8, верхнего пуансона 9, нижнего пуансона 10, которые поджимают уплотняемый порошок 11 электропроводного материала, содержащего радионуклиды, находящийся в керамической матрице 12, зажатой в металлическую обойму 13. На нижнем основании 5 установлены две направляющих 14 и 15 с пружинами 16 и 17, на которые надеты втулки 18 и 19, соединенные с пластиной 20. Эта пластина соединена с металлической обоймой 13. Верхний шток состоит из нижней части 27 и верхней части 28. Нижний шток состоит из нижней части 23 и верхней части 22. Нижний пуансон 10 вставлен в нижнюю опору 21, которая помещена и закреплена на торце верхней части 22 нижнего штока. Верхняя часть 22 нижнего штока изолирована от другой части 23 нижнего штока специальной текстолитовой втулкой 24. Кроме того на верхней части 22 верхнего штока закреплен токоподвод 25 для соединения его кабелем с импульсным источником энергии 1. Верхний пуансон 9 вставлен в верхнюю опору 26, которая помещена и закреплена на торце нижней части 27 верхнего штока. Нижняя часть 27 верхнего штока изолирована от верхней части 28 верхнего штока специальной текстолитовой втулкой 29. Кроме того на нижней части верхнего штока 27 закреплен токоподвод 30 для соединения его кабелем с другим полюсом источника энергии 1, а пластина 20 с втулками 18, 19 и металлической обоймой 13 может фиксироваться на направляющих 14, 15 специальными цилиндрическими упорами 31, 32, 33, 34 навинченными на направляющие снизу и сверху.The essence of the utility model is illustrated in FIG. 1, which shows a device for electropulse compaction of electrically conductive powders. It includes a pulsed energy source 1, a loading device 2 mounted on the frame 3, located below the closed box 4, while the frame 3 is connected to the lower base 5. Inside this box there is a pressing unit (Fig 2), consisting of a lower base 5, the upper plates 6, which are interconnected by vertical struts 7 with insulating sleeves 8, an upper punch 9, a lower punch 10, which compress the compacted powder 11 of electrically conductive material containing radionuclides located in a ceramic matrix 12, clamped in a metal clip 13. On the lower base 5 two guides 14 and 15 with springs 16 and 17 are installed, on which sleeves 18 and 19 are connected, connected to the plate 20. This plate is connected to a metal clip 13. The upper rod consists of a lower part 27 and an upper part 28. The lower rod consists of a lower part 23 and the upper part 22. The lower punch 10 is inserted into the lower support 21, which is placed and secured to the end of the upper part 22 of the lower about stock. The upper part 22 of the lower rod is isolated from the other part 23 of the lower rod by a special textolite bush 24. In addition, a current lead 25 is fixed on the upper part 22 of the upper rod to connect it with a cable with a pulsed energy source 1. The upper punch 9 is inserted into the upper support 26, which is placed and fixed at the end of the lower part 27 of the upper rod. The lower part 27 of the upper rod is isolated from the upper part 28 of the upper rod by a special textolite sleeve 29. In addition, a current lead 30 is fixed on the lower part of the upper rod 27 to connect it with a cable to the other pole of the power source 1, and the plate 20 with the bushings 18, 19 and a metal clip 13 can be fixed on the rails 14, 15 with special cylindrical stops 31, 32, 33, 34 screwed onto the rails from below and above.

Устройство работает следующим образом. Уплотняемый порошок 11 электропроводного материала, содержащего радионуклиды, подается в закрытый бокс 4, загружается в керамическую матрицу 12, зажатую в металлическую обойму 13, поджимается верхним пуансоном 9 посредством верхней части 28 верхнего штока. Давление Р к нижнему пуансону 10 прикладывается от нагружающего устройства 2 через верхнюю часть нижнего штока 22. От электрической сети заряжают импульсный источник энергии 1. После этого пропускают импульс тока через поджатый порошок, который разогревает его, при этом высота засыпки порошка уменьшается.The device operates as follows. The densified powder 11 of the electrically conductive material containing radionuclides is fed into a closed box 4, loaded into a ceramic matrix 12, clamped in a metal cage 13, pressed by the upper punch 9 through the upper part 28 of the upper rod. The pressure P is applied to the lower punch 10 from the loading device 2 through the upper part of the lower rod 22. A pulsed energy source 1 is charged from the electric network. After that, a current pulse is passed through the pressed powder, which heats it up, while the height of the powder filling decreases.

В этот промежуток времени нижний подвижный пуансон 10 совершает перемещение вверх. Металлическая обойма 13 вместе с керамической матрицей 12 и засыпкой порошка 11 также начинают двигаться вверх, происходит уплотнение порошка. После этого полученный образец извлекается из керамической матрицы 12 внутри закрытого бокса 4, а затем через шлюз (на Фиг. не показан) доставляется наружу. Все это позволяет изготавливать образцы из электропроводных порошков, содержащих радионуклидные материалы без радиоактивного заражения окружающего пространства и нанесения вреда здоровью работающему персоналу.During this period of time, the lower movable punch 10 moves up. The metal cage 13 together with the ceramic matrix 12 and the powder backfill 11 also begin to move upward, and the powder is densified. After that, the obtained sample is removed from the ceramic matrix 12 inside the closed box 4, and then delivered through the gateway (not shown in Fig.). All this makes it possible to produce samples from electrically conductive powders containing radionuclide materials without radioactive contamination of the surrounding space and harming the health of working personnel.

Проведенное электроимпульсное прессование порошка материала, содержащего радионуклиды (урана), с помощью описанного устройства, позволило получать изделия с требуемой плотностью.Conducted electric pulse pressing of a powder of a material containing radionuclides (uranium), using the described device, allowed to obtain products with the desired density.

Таким образом, применение описанного устройства для электроимпульсного компактирования электропроводных порошков, содержащих радионуклиды позволяет получать изделия из них без радиоактивного заражения окружающего пространства и нанесения вреда здоровью работающему персоналу.Thus, the use of the described device for electropulse compaction of electrically conductive powders containing radionuclides allows to obtain products from them without radioactive contamination of the surrounding space and harming the health of working personnel.

Claims

Device for electropulse compaction of electrically conductive powders containing radionuclides, containing a pulsed energy source, a loading device connected to a pressing unit including a metal sleeve with a ceramic matrix of insulating material, an upper punch connected to a rod, a lower punch, a plate with two bushings on which is fixed a metal holder with a ceramic matrix, the bushings being spring-loaded and vertically sliding along the rails mounted on the lower base, characterized in that the pressing unit is placed in a closed box, the loading device is located below the closed box on a frame connected to the lower base, punches made through the ends of the associated upper and lower rods, respectively, and the rods consist of two parts that are isolated from each other, and made with the possibility of vertical movement, while the lower rod is connected to the load device, and the bushings are made with the possibility of fixing on the rails.