DE2436951A1 - Verfahren und vorrichtung zum explosiven verdichten von erhitztem keramikund metallmaterial - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrlchtlng zum explosiven Verdichten von erhitztem Keramik- und Metallmaterial Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum explosiven Verdichten von erhitztem Keramik- und Metallmaterial, d.h. von Pulvern und deren Mischungen sowie von Metallfolien mit Fasereinlagen und von Metallstäben.
• Das Verdiohten oder Kompaktieren von Metall- und Keramikpulvern durch Explosivdruck ist bekannt. Dabei wird ein Metallrohr mit dem zu verdichtenden Material gefüllt, mit Endstopfen versehen und allseitig von einer gleichmäßigen Sprengstoffsobiobt bedeckt. Bei der in axialer Richtung ablaufenden Detonation des Sprengstoffes wirkt auf das Hüllrohr eine über den Umfang gleichmässige Druckwelle.
• Das Rohr wird verengt, das darin befindliohe Pulver verdichtet. Es ist bekannt, daß dieser Verdichtungsprozess nicht niit einem isostatischen Pressvorgang vergleichbar ist. Vielmehr entsteht im Pulver eine Druckwelle, die mit einer dem Pulver und dessen Sehgittungsdichte charakteristischen Geschwindigkeit fortschreitet. Es war das Ergebnis neuerer Untersuchungen, daß beim Explosivverdichten je nach zu verdichtenden Metall- oder Keramikpulver spezifische Sprengstoffarten und -mengen einzusetzen sind.
• Nur dann fJerden über den Querschnitt homogene Verdichtungen höchster Dichte erzielt. Andernfalls treten Risse und/oder Löcher oder auch unverdichtete Bereiche in den zylindrischen Presslingen auf.
• "Weiche" Metallpulver, z.B. Aluminiumpulver, benötigen relativ geringe Mengen eines niedrigbrisanten Sprengstoffes; "harte" Metallpulver, z.B. gasverdstes Udimet 700-Pulver - ein Material, das für hocbwarmbeansprucbte Bauteile in Turbinen Verwendung findet - benötigen eine relativ grosse Menge eines hochbrisanten Sprengstoffes.
• Es verstebt sich von selbst, daß man im Bestreben, die beim Explosivverdichten einzusetzenden Sprengstoffmengen klein zu halten, auch versucht ist, die Eigenschaften des zu verdichtenden Metall- oder Keramikpulvers in Richtung von "hartl' zu weich" zu verändern. Eine dem Kompaktierungsprozess vorausgehende Weichglühung kann hier bereits sehr nützlich sein.
• Eine Heißverdichtung in einem geschlossenen Gesenk ist an sich bereits bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Stempel explosiv in ein erhitztes Pulver getrieben. Der das Pulver enthaltende Raum kann gleichzeitig evakuiert sein. Die Erhitzung des Pulvers beim Kompaktieren bietet die Möglichkein, eine höhere Festigkeit naoh der Abkühlung zu erhalten.
• Nachteil dieses Verfahrens ist die geringe Standzeit der Gesenke aus hochwarmfestem Stahl. Den gleichen Naohteil hat das neuerlich eingeführte Verfahren des Pulversobmiedens.
• Auch hier liegt das Problem bei den Gesenkwerkstoffen, die sich trotz kurzer Berührungszeiten stark erwärmen und einer oft wiederholten Stossbeanspruchung nicht mehr standhalten.
• Eine explosive Verdichtung erhitzter Materialien nach dem beschriebenen Direktverfahren ist außerdem mit Schwierigkeiten verbunden, da hitzeempfindliche Sprengstoffe mit erhitzten Substanzen in Berührung kommen, ehe die eigentliche Detonation eingeleitet wird. Eine Kühlung des Sprengstoffes am Ort der Wärmezuleitung würde einen unsinnigen Versuchsaufwand und Energieverlust bedeuten, Demgemäß besteht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, die genannten Mängel zu beseitigen.
• Sie wird erfin6ungsgemäß dadurch gelöst, daß der das zu verdichtende Material enthaltende Behälter außerhalb der Sprengstoffanordnung in an sich bekannter Weise erhitzt wird und danach die Zusammenführung des Behälters und der Sprengstoffanordnung mit einer solohen Geschwindigkeit erfolgt, daß in der Zeit zwischen dem Eintauchen in die Sprengstoffanordnung und der durch einen Aufschlagzünder, einen elektrischen Kontakt o.ä.
• ausgelösten Detonation ein Wärmeaustausch nioht erfolgen kann. Die Versuchsanordnung ist beispielsweise schematisch in Fig. 1 gezeigt: Die das Material enthaltende Kapseliwlrd in einem Rohrofen 2 erhitzt. Die Erwärmungstemperatur richtet sich nach der Art des Naterials und kann bis ca. 14000C betragen. Nach Erzielung einer gleichmäßigen Temperatur wird die Kapsel ausgelöst und fällt aufgrund ihres Eigengewichtes oder auch evtl. durch eine Feder oder Pressluft angetrieben durch das zum Rohrofen konzentrisch angeordnete Fallrohr 3.
• Am anderen Ende des Fallrohres befindet sich die Anordnung des Explosiv stoffes 4. Nachdem die Kapsel ganz in den Explosivstoff eingetaucht ist, löst sie entweder durch Aufsohlag auf einen Aufschlagzünder oder auf einen elektrischen Kontakt 5 die Detonation aus. Je nach Anordnung des Explosivs stoffe@ und der Zündeinleitung kann die Richtung der Detonation entweder mit der ursprünglichen Bewegungsrichtung der Kapsel übereinstimmen oder auch entgegengesetzt sein. Das Fallrohr ist von einer massiven Platte umgeben, die den Rohrofen vor der bei der Detonation auftretenden Druokwelle schützt.
• Es können auch Mischungen von zwei oder mehreren Stoffen (z.B. zur Herstellung von Cermets) zur Behandlung kommen.
• Weiter ist es möglich, in die Pulver zur Verfestigung vor dem Verdichten Fasern einzubetten. Auf diese Weise können Metallfasern in Keramik- oder Metallpulver (z.B. Wolfram-Fasern in hochwarmfeste Superlegierungspulver) oder Keramikfasern (z.B. SiC-Fasern in Aluminiummatrix) in Keramik- oder Metallpulver eingebettet werden. Bei der Heißverdichtung kann unter Umständen die Sinterbehandlung entfallen.
• Beim Verdichten von erhitzten Metallfolien 6 mit Metall-oder Keramikfasereinlagen 7 (Fig. 2) und Metallstäben kann die gleiche Anordnung wie für Pulver verwendet werden. Bei Netallstäben kann die Kapsel entfallen.

Claims (1)

1. PATENTANSPROHE

   lo Verfahren zum explosiven Verdichten von erhitztem Keramik- und Metallmaterial und deren-Misohungen dadurch gekennzeichnet, daß eine das zu verdichtende Material enthaltende Kapsel in an sich bekannter Weise erhitzt und danaoh mit einer Sprengstoffanordnung zusammengeführt wird, mit einer solchen Geschwindigkeit, daß in der Zeit zwischen dem "Eintauchen" in die Sprengstoffanordnung und der durch einen Aufschlagzünder, einen elektrischen Kontakt Ooäo ausgelösten Detonation kein Wärmeaustausch zwischen der Kapsel und dem Sprengstoff stattfinden kann.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet9 daß anschließend eine Sinterung erfolgt0 3o Verfahren naoh Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet 9 daß das erhitzte Pulver in evakuiertem Zustand oder in Schutzgas verdiohtet wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mischungen von zwei oder mehreren Stoffen, die erst bei hohen Drücken und Temperaturen miteinander reagierenS explosiv verdichtet und dadurch zur Reaktion gebracht werden.

   5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern in das Pulver eingebettet werden.

   6. Verfahren nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Fasern bewickelte Metallfolien zu faserverstärkten Werkstoffen verdichtet werden.

   7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein kompakter Stab an die Stelle des zu verdichtenden Metall- oder Keramikpulvers tritt.

   8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens naoh Anspruch 19 gekennzeichnet durch einen Rohrofen (i) in dem die Kapsel lösbar aufgehängt ist9 und an den sich ein Pallrohr (3) anschließt, durch das die Kapsel in die Explosivstoffanordnung (4) fällt und die Zündung auslöst.

   9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 19 gekennzeichnet durch einen Rohrofen (1)9 in dem die Kapsel an einem axial angebrachten Draht hangt und durch diesen in die Explosivstoffanordnung hineingezogen wird. Leerseite