RU2196676C2

RU2196676C2 - Method for manufacture of composite articles

Info

Publication number: RU2196676C2
Application number: RU2001103780/12A
Authority: RU
Inventors: А.В. Алифанов; А.В. Демин; В.И. Костиков; В.В. Кулаков; Б.С. Окулов; Ю.Г. Сверчков; В.Б. Тюх
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Термар"
Priority date: 2001-02-12
Filing date: 2001-02-12
Publication date: 2003-01-20

Abstract

FIELD: chemistry and metallurgy, means for manufacture of abrasive and frictional articles. SUBSTANCE: one or several blanks of compacted mix of carbonic fibre and pitch are placed inside the shell for the time of calcination, the shell is made of material and has dimensions providing for limitation of deformation of the surfaces and variation of the blank dimensions, as well as for isolation of the blank from environment for the period of calcination. The method comprises formation of the starting compound by mixing of carbonic fibre with pitch, moulding of the blank by means of volumetric compaction of the starting compound and calcination of the blank. At placement in the closed shell at least of two blanks a spacer is installed between the surfaces of the adjacent blanks, the spacer is made of material, which does not exert physico-chemical action on carbon fibre and pitch in the process of calcination. EFFECT: simplified procedure and enhanced production of articles with provision of the precision of blank dimensions with maximum approximation to the dimensions of the finished article. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области химии и металлургии, к средствам изготовления изделий абразивного и фрикционного назначения. The invention relates to the field of chemistry and metallurgy, to means for the manufacture of abrasive and frictional products.

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. A known method of manufacturing composite products by forming the original composition by mixing the fiber and the polymeric binder and molding the product blank by pressing the original composition with chemical-thermal treatment in the mode of polymerization of the binder SU 1114340, 08 J 5/14, 1984

Недостатком известного способа изготовления является образование фрикционной поверхности с нестабильным коэффициентом трения при тепловом воздействии в режиме эксплуатации. A disadvantage of the known manufacturing method is the formation of a friction surface with an unstable coefficient of friction during thermal exposure in operation.

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. A more perfect and closest analogue to the claimed one is a method of manufacturing composite products, including the formation of the original composition by mixing carbon fiber with pitch, molding the workpiece by volume pressing the original composition and firing the workpiece US 5205888, 29 C 43/18, 1999

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. However, this method is inefficient and relatively complicated, since in order to ensure dimensional stability of the products and the necessary condition of the surfaces, the firing of each billet is carried out in an inert gas stream.

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. The technical result achieved by the claimed method is to simplify the technology and increase the productivity of manufacturing products while ensuring the accuracy of the dimensions of the workpiece with a maximum approximation to the dimensions of the finished product.

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. The specified technical result is achieved by the method of manufacturing composite products, including the formation of the initial composition by mixing carbon fiber with pitch, molding the workpiece by volume pressing the original composition and firing the workpiece due to the fact that the workpiece is placed in a closed shell for the firing time, while the shell is made of material and with dimensions that limit the deformation of surfaces and change the size of the workpiece and isolate the workpiece from the surrounding calcining space.

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. And also due to the fact that at least two workpieces are placed in a closed shell, while a gasket is made between the surfaces of adjacent workpieces made of a material that does not exert a physicochemical effect on the carbon fiber and pitch during the firing process.

А также за счет того, что в качестве материала для оболочки и прокладок применена листовая жаропрочная нержавеющая сталь. And also due to the fact that heat-resistant stainless steel sheet is used as the material for the shell and gaskets.

А также за счет того, что вокруг замкнутой оболочки заготовки перед обжигом создают слой засыпки из графитированного материала. And also due to the fact that around the closed shell of the workpiece before firing create a layer of backfill from graphitized material.

Реализация заявляемого способа изготовления композиционного изделия иллюстрируется изображением на чертеже и осуществляется, например, следующим образом. Implementation of the proposed method for manufacturing a composite product is illustrated by the image in the drawing and is carried out, for example, as follows.

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). A portion of carbon fiber (for example, graphitized PAN fiber according to TU 48-20-23-83), previously stapled into segments of the required length, is mixed with pitch powder (for example, coal pitch in accordance with GOST 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. An article blank is formed from the initial composition thus formed (for example, a ring with an outer diameter of 420 mm, an inner diameter of 220 mm and a height of 20 mm) by volume pressing with simultaneous exposure to heat at a temperature not lower than the softening of the pitch.

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. Next, the blank 1 of the product is placed in a closed shell, for example, of a cylindrical shape with a wall 2 of heat-resistant stainless steel sheet 0.7-1.0 mm thick and rigid massive metal ends 3 and 4 connected to each other by a rod 5 with a detachable connection passing inside the cavity of the shell through the Central hole of the workpiece.

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. When two or more blanks are placed in the shell between the surfaces of adjacent blanks, gaskets 6 are installed, for example, from heat-resistant stainless steel sheets with a thickness of 0.7-1.0 mm.

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). Steel elements of the sheath and gaskets do not have a physicochemical effect on carbon fiber and pitch. The inner diameter of the shell, the outer diameter of the rod and the distance between the inner surfaces of the upper and lower ends provide a change in the volume of the workpiece within the dimensions acceptable for a particular product (for the considered example, due to gaps of 3-5 mm).

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. To give the finished product the necessary properties, a closed shell with a workpiece (s) is placed inside the firing chamber 7, the free space around the shell is filled with graphite backfill 8 and fired.

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. During the firing process, a closed shell made of heat-resistant stainless steel and with appropriate dimensions ensures isolation of the workpiece (s) 1 from the surrounding chamber space and contact with the backfill 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. In the process of heating and aging at a high firing temperature, a reducing medium arises inside the shell due to the emission and concentration of gaseous carbon in the area of the blanks 1.

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. At the same time, the thin-walled part of the shell, undergoing plastic deformation under conditions of high temperature, allows, upon completion of firing, to freely remove the blanks 1 without significant mechanical stress.

Наличие графитированной засыпки 8 вокруг оболочки создает восстановительную атмосферу вокруг нее и предотвращает тем самым ее окисление, прогорание и преждевременное разрушение. The presence of graphite backfill 8 around the shell creates a reducing atmosphere around it and thereby prevents its oxidation, burning and premature destruction.

Claims

1. A method of manufacturing composite products, including the formation of the initial composition by mixing carbon fiber with pitch, molding the workpiece by volume pressing the original composition and firing the workpiece, characterized in that the workpiece for the firing time is placed in a closed shell of material and with dimensions that allow for a change the volume of the workpiece within the dimensions acceptable for a particular product and the isolation of the workpiece from the surrounding firing space.

2. The method according to p. 1, characterized in that at least two workpieces are placed in a closed shell, while a gasket is made between the surfaces of adjacent workpieces made of a material that does not exert a physicochemical effect on the carbon fiber and pitch in the process roasting.

3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the material for the shell and gaskets used sheet heat-resistant stainless steel.

4. The method according to one of paragraphs. 1-3, characterized in that before firing, the free space around the closed shell is filled with graphite backfill.