Введение: Меня зовут Антон Карпов. Я бы хотел сказать спасибо Максиму Хабачеву за то, что имею возможность выступить с презентацией, посвященной технологии горячего прессования керамических и металлических материалов и оборудования для реализации данной технологии, производства Centorr/Vacuum Industries.
Горячее прессование - процесс получения металлических или керамических изделий путем спекания порошков или заготовок с одновременным приложением давления.
ТЕХНОЛОГИЯ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ
Выступающий
Заметки для презентации
Сначала рассмотрим общие вопросы технологии горячего прессования. Это метод синтеза керамических и металлических материалов с одновременным применением температуры и давления. То есть это разновидность процесса спекания, однако в отличие от обычного спекания, в данном случае, прикладываемое к образцу давление будет ограничивать рост зерен. Таким образом, метод используется для получения высокоплотных образцов. Разделяют три простых стадии: загрузка материала, спекание и удаление изделия. Каждая из них имеет свои особенности и требует строго соблюдения основных требований.
3
ТЕХНОЛОГИЯ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ
Подготовка материала и заполнение формы Мелкодисперсный порошок без конгломератов Однородный по химическому составу порошок Однородный по гранулометрическому составу порошок Порошок должен быть «активным». Под «активностью»
порошка понимают поверхностную энергию и энергию дефектов кристаллической решетки
Обязательно необходимо уплотнять порошок в форме
Выступающий
Заметки для презентации
Стадия загрузки образца является очень важной, поскольку от нее будет зависеть, получится ли достигнуть требуемых параметров конечного изделия. Порошок должен быть измельчен, тщательно перемешан. Обязательным является уплотнение порошка в форме. Выполнение вышеупомянутых условий позволит достичь максимального результата на стадии горячего прессования изделия.
4
ТЕХНОЛОГИЯ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ
Горячее прессование, технологические параметры Температурный диапазон должен обеспечивать
максимальную деформационную способность материала Время прессования, скорость нагрева и давление должны
подбираться таким образом, чтобы добиться минимальной вязкости материала
Необходимо учитывать, что в процессе прессования должны пройти три этапа – скольжение частиц, пластическое течение и диффузия. Только в этом случае будет достигнута максимальная плотность
Выступающий
Заметки для презентации
Существуют очень много материалов, однако для них для всех основные технологические параметры – давление, температура, время выдержки, скорость нагрева должны быть тщательно подобраны с учетом того, чтобы обрабатываемый материал обладал максимальной деформационной способностью, при минимальной степени вязкости. Только при правильном подборе всех этих параметров удается получить требуемые характеристики материала. Какие преимущества мы получаем при использовании метода горячего прессования, по сравнению с традиционным спеканием.
5
ТЕХНОЛОГИЯ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ
Преимущества горячего прессования - получение изделий с плотностью, близкой к теоретической. Возможность регулирования параметров микроструктуры образцов.
Высокоплотные изделия. В таблице видно, что с помощью горячего прессования можно получить изделия с плотностью до 99 процентов. Контроль роста зерен в процессе прессования. При спекании наблюдается значительный рост зерен, в процессе горячего прессования можно избежать данного негативного явления.
6
ТЕХНОЛОГИЯ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ
Используется в следующих отраслях: Получение твердых сплавов Получение SiC, Si3N4, AlN, BN, ZnS
Синтез металлокерамических композитов Порошковая металлургия Термопластичное формование Ti В технологии диффузионной сварки Получения полупроводников Твердофазное спекание
Выступающий
Заметки для презентации
Принимая во внимание вышеуказанные преимущества, рассмотрим отрасли применения процесса горячего прессования. Фактически это все отрасли, в которых применяется спекание. Это и технология получения твердых сплавов, и керамики (нитридов, карбидов) и порошковая металлургия и другие наукоемкие материаловедческие отрасли.
7
CENTORR/VACUUM INDUSTRIES
Крупнейшая компания в мире по производству вакуумных печей и прессов горячего прессования
3 500 кв. м. конструкторских, производственных и лабораторных площадей
Штат сотрудников — более 100 человек Опыт производства лабораторных печей более 60 лет Сервисные центры в США, Европе, России
Выступающий
Заметки для презентации
Мы ознакомились в двух словах с теорией горячего прессования. Далее обратимся непосредственно к производителю оборудования для горячего прессования - Centorr/Vacuum Industries. Если говорить о компании, то это крупнейшая в мире компания по производству вакуумных печей и прессов горячего прессования. Завод находится на восточном побережье США, в Нью-Хэмпшире. При этом, следует отметить, что сейчас многие копании перенесли свои производства в Китай для увеличения прибыли. Centorr/Vacuum Industries относится к тем компаниям, производственный цикл которых полностью реализуется в США.
8
Рама пресса Трансформатор Верхний шток Вакуумная камера Система очистки газа Кабинет управления Нижний шток Система охлаждения
МОДЕЛЬ ПРЕССА 3600-19X19X19-GR-2300-300T, 2001 Г.
ПРЕССЫ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ
Выступающий
Заметки для презентации
Рассмотрим оборудование, которое используется для реализации процесса горячего прессования. Это прессы горячего прессования с соответствующей оснасткой. Рассмотрим основные узлы пресса горячего прессования на примере большой промышленной модели, изготовленной в 2001 году. Обратимся сначала к названию – первые 4 цифры это серия прессов. Затем 6 цифр – это размер зоны нагрева в дюймах. Далее идет максимальная температура нагрева и усилием прессования в тоннах.
9 МОДЕЛЬ ПРЕССА 3600-19X19X19-GR-2300-300T, 2001 Г.
ОБЩИЙ ВИД ПРЕССА ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ
Выступающий
Заметки для презентации
На фото представлен пресс в сборе перед отправкой Заказчику. Это очень большой пресс, высота рамы которого составляет примерно 5 метров. Однако, есть небольшие лабораторные модели, с габаритными размерами 1,5 х 1,5 х 2 метра. Принципиально их конструкция не будет отличаться от представленной на фото, все основные узлы будут теми же, только в уменьшенном размере.
10
Рама пресса жесткая, сварная, без подвижных элементов
Прочность рамы рассчитывается под заданное усилие прессования
Диапазон усилий составляет от 10 до 1500 тонн
Рама транспортируется отдельно от остальных частей пресса
РАМА ПРЕССА
Выступающий
Заметки для презентации
Рассмотрим основные элементы пресса в отдельности. Рама пресса изготавливается исходя из требуемого усилия прессования. На фото представлена рама без установленного на нее оборудования. После сборки и тестирования пресса горячего прессования на заводе изготовителе, оборудование снова снимается и направляется Заказчику отдельно от рамы. Если это лабораторный пресс, который можно упаковать для отправки в одном контейнере, то пресс не разбирается.
11
КАБИНЕТ УПРАВЛЕНИЯ
Цифровой температурный контроллер
Цифровой контроллер усилия Цифровой вакуумметр Регистратор данных Защита от перегрева Кнопки управления
вакуумными клапанами Датчики положения штоков
Выступающий
Заметки для презентации
Кабинет управления является отдельным элементом всего пресса и включает в своем составе все необходимые устройства для контроля процесса горячего прессования. На фото приведен кабинет управления в котором включены цифровые температурные контроллеры, контроллеры усилия и положения штоков, регистратор данных и другое измерительное оборудование, вакуумметр, амперметр, вольтметр. Имеется возможность подключения к ПК и управления с помощью программного обеспечения, разработанного Centorr/Vacuum Industries специально для прессов горячего прессования.
12
ВАКУУМНАЯ КАМЕРА
Графитовые нагревательные элементы
Графитовая изоляция Графитовое основание для
установки пресс формы Отверстия для нижнего и
верхнего штоков Возможно изготовление
металлической зоны нагрева
Выступающий
Заметки для презентации
Вакуумная камера изготавливается исходя из размеров получаемых образцов. Очень часто к нам приходят запросы, на конкретный размер камеры, однако это не верный путь подбора оборудования. Сначала нужно определиться с размерами получаемых образцов, исходя из них рассчитать максимальный размер формы, после этого изготавливается зона нагрева, от ее размеров будет зависеть размер вакуумной камеры.
13
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ - ТРЕБОВАНИЯ
Температура воды для охлаждения в диапазоне от 18°C до 30°C
Давление на входе не более 2.5 бар
Проводимость не более 350 микросименс
Содержание механических включений не более 10 ppm
рН воды не более 7.8
14
Низкая температура в производственном помещении Температура внешних стенок не выше 65°С Охлаждение в течение 2 часов с температуры 2000°C Низкая теплоемкость стенок по сравнению с каменной
или войлочной изоляцией
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ - ПРЕИМУЩЕСТВА
Выступающий
Заметки для презентации
Преимущества печей и прессов с холодными стенками по сравнению с печами и прессами с горячими стенками.
15
ПРЕССЫ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ - ПРЕИМУЩЕСТВА
Получение продукции с заданными характеристиками, благодаря точному контролю давления прессования и положения пуансона
Высокая производительность за счет быстрого нагрева и охлаждения
Минимальная стоимость обслуживания за счет жесткой конструкции рамы и легкого доступа ко всем компонентам
Выступающий
Заметки для презентации
Мы рассмотрели стандартную комплектацию пресса горячего прессования. Какие преимущества позволяет получить нам использование данного типа оборудования для получения высокотехнологичных металлических и керамических материалов. Благодаря системы контроля давления и положения пуансона по вертикальной оси, можно очень точно контролировать изменение линейных размеров образца и степень усадки. За счет быстрых скоростей нагрева и охлаждения прессы горячего прессования обеспечивают высокую производительность. Поскольку исключается стадия холодного прессования и дальнейшая стадия спекания. Более, того при горячем прессовании, время спекания сокращается с 6-8 часов до 1-1,5 часа. Как мы ранее рассмотрели, конструкция пресса является модульной, поэтому любой узел доступен для проведения технического обслуживания.
16
Изготовление прессов в соответствии с CE стандартом Изготовление прессов по стандартам РФ
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ
Выступающий
Заметки для презентации
Рассмотрим дополнительное оборудование, которым может быть оснащен пресс горячего прессования по желанию Заказчика. Centorr изготавливает прессы по ASTM стандартам, однако, если необходимо, особенно для государственных Заказчиков, могут быть изготовлены прессы по стандартам безопасности CE. Картинку убрать в другое место в раздел история.
17
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ
Циркуляционная система охлаждения зоны нагрева газом
Выступающий
Заметки для презентации
В качестве дополнительной опции, прессы могут быть оснащены системой быстрого охлаждения газом. Система включает высокоскоростной вентилятор, клапан для подачи газа и теплообменник для циркуляции газа. Данная опция позволяет охлаждать пресс форму от 1100 градусов до комнатной температуры в течение 10-15 минут.
18
Оснащение пресса системой для удаления органической связки из образца
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ
Выступающий
Заметки для презентации
Здесь приведена схема для вакуумной печи, однако для пресса горячего прессования, принципиальная схема будет такой же. Часто, для горячего прессования берут зеленые детали, полученные методом инжекционного литья, которые содержат в своем составе пластификатор. Для удаления пластификатора прямо в прессе горячего прессования, он оснащается мощной системой откачки с ловушкой для улавливания органических примесей.
19
ПРЕССЫ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ – ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ
МОДЕЛЬ ПРЕССА М60-8X12-2600-10T, 1975 Г.
20
ПРЕССЫ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ – ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ УЧАСТОК КОМПАНИИ REFRAC SYSTEMS
21
ПРЕССЫ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ – ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ
МОДЕЛЬ ПРЕССА 3600-9X12-T-2000-400T, 1983 Г.
22
ПРЕССЫ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ – ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ
МОДЕЛЬ ПРЕССА 3600-10X12-GR-2200-30T-EJECTION, 1985 Г.
23
ПРЕССЫ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ – ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ
МОДЕЛЬ ПРЕССА 3600-14X14X14-GR-2600-30T, 1985 Г.
24
ПРЕССЫ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ – ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ
МОДЕЛЬ ПРЕССА 3600-16X14-GR-1600-150T, 2009 Г.
25
CENTORR/VACUUM INDUSTRIES – ДРУГОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Установки для выращивания кристаллов
Дуговые печи Печи для закалки Печи индукционной плавки Печи для обжига керамики Печи для вытягивания
оптического волокна Вакуумные печи для плавки
порошковых материалов
Установки для синтеза нитрида кремния
Вакуумные печи для спекания
Печи для получения твердых сплавов
Печи для реализации процесса химического осаждения
