Ультразвуковое уплотнение порошка

[Рустамм]

Уважаемые коллеги!
Прошу вас проконсультировать.
В керамической форме (цилиндрической или круглой конфигурации) из окиси алюминия нужно уплотнить свободно насыпанный и, в некоторой степени, виброуплотненный (частота 50 Гц, амплитуда колебаний 0,5...1,0мм) порошок карбида титана, фракция 1...60 мкм.
Планируется следующий способ:
Нижнее отверстие формы закрыто ультразвуковым стальным излучателем, например, диаметром 30 мм, в верхнее отверстие введен стальной пуансон массой 1...2 кг, диаметром также 30 мм, давящий на порошок. Пуансон может быть прижат к порошку дополнительно пружиной. Высокие давления на порошок исключены из-за опасности разрушения хрупкой керамической формы. Порошок увлажнен водой(спиртом).
На излучатель подаются ультразвуковые колебания частотой 21...23 кГц мощностью 0,7 кВт, амплитуда колебаний 5...15 мкм.
При такой операции будет ли уплотняться порошок, общей массой, например, 1 кг?

[antabu]

Порошок под микроскопом смотрели? (форма частиц)

[Рустамм]

Есть фотографии порошков со сканирующего электронного микроскопа, пока не вложил, т.к. их надо сжать.
Имеется два варианта частиц порошка:
-угловатой формы, практически цельные и беспористые;
-округлые частицы размерами 1...5 мкм, есть конгломераты (спеки) из них размерами 10...40 мкм, т.е. они имеют некую пористость.

[Рустамм]

Порошок под микроскопом смотрели? (форма частиц)

Вот изображения порошков-сканирующий микроскоп.

[dan14444]

Уплотнятся, ессно, будет.
0.7 кВт на кг - ПМСМ избыточно (если нет задачи дробить - плотность-то дробление повысит, но...), как минимум стоит снижать мощность к концу уплотнения. Ышшо может начать расслаиваться, дробиться, да и керамику карбид будет драть...
Эксперименты в помощь, параметров 5 оптимизировать придёццо

[Рустамм]

[quote="dan14444"]
Спасибо за ответ.
Получаем износостойкие изделия из керметов на основе карбида титана в электрокорундовой форме путем заливки пористого полуфабриката из карбида титана расплавами металлов.
Нужно решить две задачи - регулируемое уплотнение и диспергирование порошка карбида титана в т.ч. и под давлением воздуха. Необходимость диспергирования связана с отсутствием в России поставщиков карбида титана с требуемым химическим и зерновым составом.
Уплотнение увлажненного порошка производится в электрокорундовой керамической форме, поэтому высокие давления исключены. Конечно, карбид титана будет драть форму, что нежелательно, т.к. загрязняются поверхностные слои изделий.
Планируем приобрести УЗ-генератор (магнитострикционный с автономным охлаждением) на 2,0 кВт с волноводами и изготовить малогабаритную установку для проведения опытных работ - схему прилагаю. Далее нужно будет разработать КД установки. Буду благодарен за критику. Возможно сотрудничество по разработке и изготовлению установки и проведению опытов.

[dan14444]

На 2 кВт на кг очкнь быстро съест карбид керамику... Если уж надо именно диспергировать озвучкой - то лучше отдельно, в металле, и магнитом почистить потом... А уплотнять - мягко, на уровне сотни ватт, разными частотами... Впрочем, это сугубо отфонарное мнение, сам такие объекты не озвучивал...

Мне вот интереснее, как металл в уплотнённый порошок заливать планируется... Приличную фуговку Вы исключаете хрупкой керамикой... Вакуум - это для плотной массы несерьёзно...
А смачиваемость металлом как обеспечивать будете? Электрохимия какая-нить или тупо химические праймеры? Или плазмой травить? Есть SEM срезов?

А вообще, "с нуля" такую технологию ставить - видится и долго и дорого, если не тупо замачивать рыхлый наполнитель в металле... И чем плотнее наполнитель - тем проблемы злее. Проще уж фуговать суспензию в расплаве, наверно... а то и до ударных волн дойти может...

[Рустамм]

[quote="dan14444"]На 2 кВт на кг очкнь быстро съест карбид керамику...

Различные изделия из износостойких керметов (твердых сплавов) получаем инфильтрацией пористого (30...50%) спеченного полуфабриката из карбида титана расплавами никелевых сплавов и сталей. Начали такие работы около 30 лет тому назад. Получаем, практически, беспористые изделия с твердостью 50...70 HRC сложной конфигурации, которые традиционными технологиями порошковой металлургии из твердых сплавов получить невозможно. Механообработка - только алмазное шлифование, электроэрозионные и электрохимические методы обработки. Проблема со смачиваемостью, остаточной пористостью нами решена путем оптимизации химического состава порошков карбида титана, металлических сплавов и режимов инфильтрации. Для снижения припусков и трудоемкости механообработки начали изделия получать в точной керамической форме из электрокорунда. Если в металлических пресс-формах можно прессовать при больших давлениях и регулировать пористость в больших пределах, то керамические формы допускают невысокие удельные давления на порошок.
Виброуплотнение дает эффект уплотнения, но ограниченный, поэтому и обратили внимание на ультразвук.
Сейчас основной вопрос по технологии - получение максимальной плотности и однородности карбида титана при минимальном загрязнении окисью алюминия. Видимо, нужно будет искать компромиссы по режимам озвучивания порошка.

[antabu]

Исходя из геометрических и логических посылок добиться большей насыпной плотности порошка можно смешивая в определённом соотношении разные по размерам фракции.
Этим пользуются при замешивании бетона.

[Рустамм]

[quote="antabu"]Исходя из геометрических...
Вы правы, такая методика есть. Однако, она работает только при достаточно округлых формах и беспористых частиц порошков. В нашем случае зерна острой формы и частично образуют конглометаты (которые нужно разрушить).

[dan14444]

Я одно не пойму - не имея никакого опыта озвучки - на шиша делать навороченный самодельный девайс? Не проще сначала попробовать на стандартном покупном?

[Рустамм]

[quote="dan14444"]Я одно не пойму...
Подходящие устройства мы не нашли - может быть и есть устройства, которые можно купить или предприятия, куда можно явиться со своим имуществом (керамические формы - транспортировка при соответствующей упаковке с необходимостью последующей сушки, порошки, спирт, оснастка и т.д.) и провести опыты. В Уфе нет возможностей проведения такой работы. Ясно, что эти опыты будут неоднократными и связаны с сопутствующими аналитическими и микроструктурными исследованиями. Поэтому мы и решили, что целесообразнее затратиться на создание опытной установки (которая, нам кажется, не будет слишком "навороченной"), быстро и в комплексе проверить возможности УЗ для нашей технологии у нас в Уфе, где все, кроме ультразвукового оборудования, под рукой. При этом, есть достаточно высокая уверенность в успехе мероприятия и мы ограничены во времени.

[dan14444]

А чем тот же УЗГ-2 для первых экспериментов плох?

[Рустамм]

[quote="dan14444"]А чем тот же УЗГ-2...
УЗГ-2 как раз мы и хотим приобрести. Он хорош, но в Екатеринбурге, а не в Уфе. Поставщик готов помочь и не возражает против проведения экспериментов, можно конечно подготовиться и поехать на несколько дней, но я подозреваю, что одной серией (двумя-тремя днями) не обойтись. Надо же и объективно оценить результаты и случайно не выбросить что-то полезное. Кроме уплотнения, планируем также диспергирование порошков, где точно получим результат. Поэтому установку будем создавать и не хотелось бы допустить какую-нибудь грубую ошибку с точки зрения УЗ-технологии. Нам очень нужна оценка схемы или ее правка специалистом, хотя бы для того, чтобы исключить однозначный минус.

[dan14444]

Я бы сначала тупо в тигле погонял всякие режимы, втыкая стержень сверху... Но если есть своя слесарка, которая соберёт девайс на халяву - почему нет?...

Дырка внизу формы для воздуха просится, чтобы им давить-уплотнять, с фильтром каким-нить, хоть бумажным... И возможность залить жидкость между формой и кожухом, для больших мощностей озвучки... Или наоборот для малых - и звучать снаружи, чтобы волновод не дёргать туды-сюды...
И чогой-нить неоднородности по эху смотреть...

Для диспергирования - заранее договорился бы с поставщиком о возможности обмена соникатора на более мощный... бо это совсем другая задача... и, ессно, лучше не в этой шайтан-машинке её решать...

[Рустамм]

"dan14444" !

Большое спасибо за вникание в задачу и очень полезные рекомендации.
Стало ясно, что сначала надо порешать основную задачу - уплотнение, а диспергирование это отдельная задача.
Создадим эту "шайтан-машинку" без лишних "причиндал" и "погоняем режимы".
Мой помощник уже предложил залить форму спиртом (водой) снаружи - я почти уже отверг эту идею, т.к. нужно долго сушить ее после этого, карбид титана при этом может частично окислиться. А раз и Вы это предложили, то предусмотрим и этот вариант. Если получим результат по УЗ, то остальные операции как-нибудь доведем до ума.
Пока вопросов нет, но они скоро появятся, поэтому диалог хотел бы продолжить.