Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНАСТКИ ИЗ КЕРАМИЧЕСКОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРОЦЕССОВ ПАЙКИ

Авторы:
Город:
Санкт-Петербург
ВУЗ:
Дата:
18 февраля 2018г.

При создании конструкции и технологии изготовления различного рода теплообменников (ТО), в том числе и автомобильных, основной задачей является повышение надежности их работы. При этом большинство отказов, как правило, происходит из-за нарушения герметичности и прочности соединения деталей ТО, которые должны обеспечиваться при реализации операции процесса высокотемпературной пайки (температура процесса порядка 1100о С).

Высокотемпературная пайка радиаторов может проводиться под флюсом или в вакууме (инертной среде). При этом, как отмечается, многими авторами вакуумная пайка обеспечивает более высокое качество спая [1].

Для повышения экономичности процесса пайки, особенно для малоразмерных радиаторов, очень важен показатель коэффициента заполнения полезного объема печи. Поэтому радиаторы перед пайкой размещают в печах, либо на стеллажах, либо в штабелеванном виде (рис. 1.)


Для второго варианта важным условием является то, чтобы промежуточные приспособления для фиксации радиаторов под пайку, стыковались друг с другом и обеспечивали бы заданное положение каждого следующего радиатора в собираемом блоке. Кроме того, сами фиксирующие приспособления не должны влиять на геометрические размеры радиаторов при пайке, т. е. обладать низким коэффициентом термического линейного расширения (КТЛР).

В качестве жаростойких материалов для изготовления технологических приспособлений для пайки ТО могут использоваться жаростойкие легированные стали, углеграфитовые материалы, монолитная керамика, керамоматричные композиционные материалы (КМК).

При этом одним из перспективных материалов для изготовления технологической оснастки для высокотемпературных процессов являются КМК с карбидокремниевой матрицей. Эти материалы могут быть использованы там, где, например, легированные стали не могут быть использованы по причине их не достаточной термостойкости, а углеграфитовые материалы – вследствие их низкой прочности и высокой хрупкости.

Достоинствами данных материалов для технологической оснастки в высокотемпературных процессах по сравнению с традиционно используемыми для этих целей материалов на основе легированных сталей, углеграфита и монолитной (неармированной керамики) являются: возможность использования оснастки при температурах процесса в вакууме более 2000 К, что не достижимо для материалов на основе стали; более высокая стойкость к ударным механическим и температурным нагрузкам по сравнению с неармированными углеграфитовыми и керамическими материалами, что значительно увеличивает срок эксплуатации оснастки; отличные теплофизические характеристики – высокая теплопроводность, низкий коэффициент термического расширения.

В данной работе приведены результаты конструкторско-технологического проектирования и изготовления опытной партии технологической оснасти из КМК с SiC матрицей для пайки стальных теплообменников двигателей для автотранспорта. На рис. 2 показана деталировка металлических пресс-форм для формования нижней и верхней пластин технологической оснастки.




Технологическая оснастка из КМК была изготовлена по методу жидкофазного силицирования LSI (Liquid Silicon Infiltration), как наиболее коммерчески привлекательному [2]. Укрупненная блок-схема используемого технологического процесса приведена на рис. 3.



Конкретная реализация данной схемы технологического процесса основывалась на результатах, приведенных в работе [3] по разработке способа получения волокнисто-армированного углерод- карбидокремниевого КМК. В работе предложена двухэтапная пропитка: на первом этапе низковязким связующим, которое проникает внутрь пучков УВ, а на втором – более вязким связующим, которое остается на поверхности пучков. Такая схема с одной стороны создает защитную коксовую оболочку на пучках УВ перед этапом силицирования, а с другой – обеспечивает совместность работы единичных микроволокон в пучках через связь с полученной углеродной матрицей, что способствует повышению механических характеристик конечного КМК.

В соответствии с регламентом данного технологического процесса углеродная лента марки ЛУ предварительно пропитывалась спиртовым раствором бакелитового лака ЛБС-1, сушилась в течение 24 часов, а далее нарезалась в виде мелкой сечки длиной волокон 5-10 мм.

Полученные таким образом дисперсные пучки углеродных волокон смешивались в смесителе типа

«пьяная бочка» с порошковыми наполнителями – технической сажей, порошками SiC и пульвербакелитом в следующей пропорции (по массе):

-   углеродные волокна – 17%;

-   техническая сажа – 12%;

-   пульвербакелит – 8%;

-   порошки SiC с различной зернистостью – 63% (500 мкм – 70%, 150 мкм – 15%, 50 мкм – 10%, 5 мкм – 5%).

Высокотемпературные операции карбонизации (900-11000С) и силицирования (1700-17500С) проводились в электровакуумных печах.

Общий вид полуфабриката технологической оснастки (до окончательной механической обработки) приведен на рис. 4.


Сборка технологической оснастки с заготовкой теплообменника показана на рис. 5.




Практическое применение опытной партии технологической оснастки, изготовленной из КМК, показало ее высокие эксплуатационные качества и эффективность по сравнению с оснасткой из стали и углеграфитовых материалов.

 

Список литературы

 

1.   Радзиевский В.Н. Особенности изготовления стальных пластинчато-ребристых теплообменников с применением высокотемпературной пайки / В.Н. Радзиевский, Г.В. Кирик, Г.Г. Ткаченко // Компрессорное и энергетическое машиностроение, 2010. - №1. – с. 36-40.

2.      Гаршин А.П. Анализ современного состояния и перспектив коммерческого применения волокнистоармированной карбидкремниевой керамики / А.П. Гаршин, В.И. Кулик, А.С. Нилов // Новые огнеупоры, 2012. - №2. - с. 43-52.

3.           Патент РФ №2337083. Способ получения волокнисто-армированного углерод- карбидокремниевого композиционного материала / Ю.В. Загашвили, В.И. Кулик, А.В. Кулик и др. Опубликован: 27.10.2008 г.