[go: up one dir, main page]

EE05848B1 - Composite material with frame and method of making the same - Google Patents

Composite material with frame and method of making the same

Info

Publication number
EE05848B1
EE05848B1 EEP201900006A EEP201900006A EE05848B1 EE 05848 B1 EE05848 B1 EE 05848B1 EE P201900006 A EEP201900006 A EE P201900006A EE P201900006 A EEP201900006 A EE P201900006A EE 05848 B1 EE05848 B1 EE 05848B1
Authority
EE
Estonia
Prior art keywords
tubes
framework
composite material
hard phase
binder
Prior art date
Application number
EEP201900006A
Other languages
Estonian (et)
Inventor
Maksim ANTONOV
Yaroslav Holovenko
Original Assignee
Tallinna Tehnikaülikool
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tallinna Tehnikaülikool filed Critical Tallinna Tehnikaülikool
Priority to EEP201900006A priority Critical patent/EE05848B1/en
Publication of EE201900006A publication Critical patent/EE201900006A/en
Publication of EE05848B1 publication Critical patent/EE05848B1/en

Links

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Abstract

The invention relates to composite material with required characteristics which are wear resistance and high resistance against multi-cyclic surface macro-deformations and a method of their preparation. The present composite material comprises structure 1 with tubes 2 and hinges 3 of tubes, inside of the tubes there is a hard phase 4, elastic material 5 for filling the gaps between tubes and binder 6 for fasting/fixing hard phase within tubes. The tubes have a possibility to move/rotate and because of this the load is distributed to the larger surface that provides reduction of local stresses, damages due to large possible deformations and resulting in high resistance against multi-cyclic surface macro-deformations.

Description

 TEHNIKAVALDKOND  TECHNICAL FIELD

Leiutis käsitleb karkassi sisaldavat komposiitmaterjali, täpsemalt biosamast, ette nähtud omadustega materjali, mis on kulumiskindel ja kõrge mitmetsüklilise pinnadeformatsiooni taluvusega, ja sellise komposiitmaterjali valmistamise meetodit. The invention relates to a composite material containing a framework, more specifically a biosame, with specified properties, which is wear-resistant and has high multi-cycle surface deformation tolerance, and a method of producing such a composite material.

TEHNIKA TASE STATE OF THE ART

Tuntud on materjal kulumiskindlate tööriistade valmistamiseks (JPS55131403A). Materjalis on paagutatud baasosa, mis sisaldab 70-90% teemantikristalle ja ülejäänud osa on joodis, mis põhikomponentidena sisaldab Cu-d või Ag-d. Teemandipulber segatakse Fe, Ni, Co, Mo, Cr-i ja Ta või nende sulamitega ja paagutatakse temperatuuril 1200 °C. Cu- või Ag-baasil joodisega täidetakse õõnsused, mis jäid paagutatud baasossa. Selle lahenduse puuduseks on, et saadud materjalid on väga haprad, nendel puudub elastsus ja löökide toimel nad purunevad. Nende valmistamiseks on tavaliselt tarvis suurt survet, sest temperatuuril 1200 °C ilma surveta saadud teemant grafitiseerub. A material for the manufacture of wear-resistant tools is known (JPS55131403A). The material has a sintered base part containing 70-90% diamond crystals and the remaining part is solder containing Cu or Ag as the main components. The diamond powder is mixed with Fe, Ni, Co, Mo, Cr and Ta or their alloys and sintered at a temperature of 1200 °C. The cavities left in the sintered base part are filled with Cu or Ag-based solder. The disadvantage of this solution is that the resulting materials are very brittle, they lack elasticity and they break under impact. High pressure is usually required for their manufacture, because at a temperature of 1200 °C, diamond obtained without pressure graphitizes.

Tuntud on komposiitmaterjal (US8409691B1), mis sisaldab armatuuri, mis on paigutatud muutuva jäikusega maatriksisse, ja armatuurielementide ühendamist muutuva jäikusega maatriksis. Komposiitmaterjal sisaldab muutuva jäikusega maatriksit ja mitut jäigalt vastastikku seotud armatuurielementi, mis on paigutunud muutuva jäikusega maatriksisse, kusjuures vastastikku seotud armatuurielemendid vähendavad komposiitmaterjali deformatsiooni ühes suunas, blokeerides armatuurielementide liikumist üksteise suhtes, samal ajal võimaldades deformatsiooni teises suunas, mis on esimesest suunast erinev. See komposiitmaterjal sisaldab plaadikujulisi jäiku elemente, mis on ühendatud peene ühendusribaga. Armatuurielementidel puudub kest või baasplaat, mille peale elemente kinnitada. Maatriksis on kummist leht, mille sees on vedrud, plaadid, trossid, ja väljaspool on üksikud kaitseplaadid. Selle materjali kulumiskindlus on madal, kuna puudub kulumiskindel faas. Selle materjali ääred on liikuvad (deformatsioon on võimalik), aga pinna deformatsioon on piiratud ja tal on piiratud taluvus mitmetsüklilisteie (väsimus)deformatsioonidele. A composite material is known (US8409691B1) comprising a reinforcement arranged in a matrix of variable stiffness and a connection of reinforcement elements in the matrix of variable stiffness. The composite material comprises a matrix of variable stiffness and a plurality of rigidly interconnected reinforcement elements arranged in a matrix of variable stiffness, the interconnected reinforcement elements reducing the deformation of the composite material in one direction by blocking the movement of the reinforcement elements relative to each other, while allowing deformation in a second direction different from the first direction. This composite material comprises plate-shaped rigid elements connected by a fine connecting strip. The reinforcement elements do not have a shell or base plate on which to attach the elements. The matrix contains a rubber sheet with springs, plates, cables inside and individual protective plates outside. The wear resistance of this material is low due to the lack of a wear-resistant phase. The edges of this material are mobile (deformation is possible), but the surface deformation is limited and it has limited tolerance to multi-cycle (fatigue) deformations.

Tuntud on lahendus (US8320727B1), mis käsitleb kolmemõõtmelist komposiitstruktuuri ja selle valmistamise meetodit. See komposiitstruktuur sisaldab korrapärast kolmedimensioonilist (3D) mikrostruktuuri ja teist pidevat A solution (US8320727B1) is known which relates to a three-dimensional composite structure and a method of manufacturing the same. This composite structure comprises a regular three-dimensional (3D) microstructure and a second continuous

maatriksmaterjali. Korrapärane 3D mikrostruktuur sisaldab ühtesid tugisõrestiku elemente, mis on määratletud ühtede iseleviva ahelkasvuga polümeeri lainejuhtidena, ulatudes piki esimest suunda, teisi tugisõrestiku elemente, mis on määratletud iseleviva ahelkasvuga polümeeri teiste Iainejuhtidena, ulatudes piki teist suunda, kolmandaid tugisõrestiku elemente, mis on määratletud iseleviva ahelkasvuga polümeeri kolmandate Iainejuhtidena, ulatudes piki kolmandat suunda. Esimesed, teised ja kolmandad tugisõrestiku elemendid on üksteisega läbi põimunud sõrestiku sõlmedes, et moodustada esimest kolmemõõtmelise korrapärase mikrostruktuuriga pidevat materjali. Lisaks on teisel pideval materjalil erinevad füüsikalised omadused, võrreldes esimese pideva materjaliga, ja ta jagab piirpinda kolmemõõtmelise korrapärase mikrostruktuuriga, kusjuures piirpind on kõikjal pidev. Komposiitmaterjali SiC-AI on võimalik valmistada näiteks järgnevalt: valmistatakse polümeerne mikrostruktuur, siis karboniseeritakse polümeerne mikrostruktuur, et moodustada süsinikmikrostruktuur; süsinikmikrostruktuur kaetakse ränikarbiidiga (SiC) keemilise aursadestuse (CVD) abil kõrgel temperatuuril üle 1000 °C inertses atmosfääris. Ränikarbiidi kihi paksus on umbes 20 mikronit. Siis kuumutatakse mikrostruktuuri oksüdeerivas keskkonnas (õhus) temperatuuril üle 600 °C, et välja põletada süsinikmikrostruktuur. Tulemusena saame mikrostruktuuri mikrotugisõrestikuga, miile moodustavad õõnsad ränikarbiidi torukesed. Alumiinium sulatatakse kontaktis SiC-mikrostruktuuriga inertses atmosfääris ja Ai imatakse ning infiltreeritakse mikrostruktuuri avatud mahtudesse. Selle lahenduse puuduseks on jäigad sõlmed, millel on madal väsimustaluvus. matrix material. The regular 3D microstructure includes one support lattice elements defined as one self-propagating chain growth polymer waveguides extending along a first direction, second support lattice elements defined as second self-propagating chain growth polymer waveguides extending along a second direction, and third support lattice elements defined as third self-propagating chain growth polymer waveguides extending along a third direction. The first, second, and third support lattice elements are interwoven with each other at lattice nodes to form a first continuous material with a three-dimensional regular microstructure. In addition, the second continuous material has different physical properties compared to the first continuous material and shares an interface with the three-dimensional regular microstructure, wherein the interface is continuous throughout. The SiC-Al composite material can be prepared, for example, by: preparing a polymer microstructure, then carbonizing the polymer microstructure to form a carbon microstructure; The carbon microstructure is coated with silicon carbide (SiC) by chemical vapor deposition (CVD) at high temperatures above 1000 °C in an inert atmosphere. The thickness of the silicon carbide layer is about 20 microns. The microstructure is then heated in an oxidizing environment (air) at temperatures above 600 °C to burn out the carbon microstructure. The result is a microstructure with a micro-supporting lattice, the walls of which are formed by hollow silicon carbide tubes. Aluminum is melted in contact with the SiC microstructure in an inert atmosphere and Al is absorbed and infiltrated into the open spaces of the microstructure. The disadvantage of this solution is the stiff nodes with low fatigue resistance.

Tuntud on komposiitmaterjal detailide valmistamiseks, kasutades kihtlisandustehnoloogiat (3D-printimist) (CN107022201A), komposiitmaterjal sisaldab 45-65 osa taimekiude, 100-120 osa plastjäätmeid, 25-44 osa kaoliini, 3-6 osa peenräni (ränitolmu), 1-2,5 osa titaanoksiidi, 0,7-1,5 osa sideaineid, 4-10 osa dispergante (hajutusaineid), 5-12 osa määrdeainet, 8-14 osa tugevdusainet, 15-30 osa anorgaanilist täiteainet ja 0,8-2,2 osa klaaskiude. Esitatud on toormaterjal detailide valmistamiseks, milles on detaili tugevuse ja kulumiskindluse tõstmiseks klaaskiude, kuid materjal ei talu mitmekordseid suuri deformatsioone. A composite material for manufacturing parts using additive manufacturing technology (3D printing) is known (CN107022201A), the composite material contains 45-65 parts of plant fibers, 100-120 parts of plastic waste, 25-44 parts of kaolin, 3-6 parts of fine silica (silica dust), 1-2.5 parts of titanium oxide, 0.7-1.5 parts of binders, 4-10 parts of dispersants (dispersants), 5-12 parts of lubricant, 8-14 parts of reinforcing agent, 15-30 parts of inorganic filler and 0.8-2.2 parts of glass fibers. A raw material for manufacturing parts is provided, which contains glass fibers to increase the strength and wear resistance of the part, but the material cannot withstand multiple large deformations.

Leiutisele kõige lähedasem tehnilise olemuse poolest on lõhkekeha eest ballistilist kaitset pakkuv komposiitsoomus (EP1363101A1), kus komposiitsoomus koosneb mitmest keerulisest keraamilisest elemendist moodustatud keraamilisest karkassist, kusjuures elementidel on silindriline osa ja kaks sfäärilist või tasapinnalist pinda The closest technical nature to the invention is composite armor providing ballistic protection against an explosive (EP1363101A1), where the composite armor consists of a ceramic framework formed from several complex ceramic elements, the elements having a cylindrical part and two spherical or flat surfaces.

otstes. Need keraamilised elemendid, mis on valmistatud ränikarbiidist, räninitriidist, alumiiniumoksiidist jt, on kinnitatud korrapärase tasapinnalise kärgja aluskihi külge, mis on valmistatud metall-lindist, klaaskiududest, kevlarist või plastmassist. Vahed keraamiliste elementide vahel täidetakse sideainega, milleks on sünteetiline vaht. Konstruktsiooni tagaküljel on sünteetilisest materjalist, nagu kevlar, alumine kiht, mis absorbeerib keraamiliste elementide ja mürsu kilde. Kõvad keraamilised elemendid, elastne kumm ja elastne kangas hoiavad kogu konstruktsiooni koos. Löökide toimel komposiitsoomuse keraamilised elemendid purunevad ja eemalduvad konstruktsioonist. at the ends. These ceramic elements, made of silicon carbide, silicon nitride, aluminum oxide, etc., are attached to a regular planar honeycomb base layer made of metal tape, fiberglass, Kevlar or plastic. The gaps between the ceramic elements are filled with a binder, which is a synthetic foam. On the back of the structure there is a lower layer of synthetic material, such as Kevlar, which absorbs fragments of the ceramic elements and the projectile. The hard ceramic elements, elastic rubber and elastic fabric hold the entire structure together. Under the action of impacts, the ceramic elements of the composite armor break and move away from the structure.

LEIUTISE OLEMUS ESSENCE OF THE INVENTION

Leiutise eesmärgiks on vähendada tööriistades või masinaelementides kasutatava materjali põhikomponentide kulumist agressiivsetes tingimustes koos abrasiooni ja dünaamiliste koormustega (löökidega) ning suurendada pinna mitmetsüklilist deformatsioonitaluvust. The aim of the invention is to reduce the wear of the main components of the material used in tools or machine elements in aggressive conditions with abrasion and dynamic loads (impacts) and to increase the multi-cycle deformation resistance of the surface.

Esitatud komposiitmaterjal sisaldab karkassi, kõvafaasi, elastset materjali, sideainet, kusjuures komposiitmaterjal sisaldab täpsemalt: The presented composite material comprises a framework, a hard phase, an elastic material, a binder, wherein the composite material specifically comprises:

- metallist või plastist 3D-prinditud või muu sobiva meetodi abil valmistatud karkassi, mille elementideks on karkassi alumine kiht, karkassi seinad, karkassi torud ja karkassi alumisse kihti moodustatud torude liigendid, mis võimaldavad torude mitmekordset liikumist või pöördumist ilma purunemiseta, millega tagatakse pinna kõrge mitmetsüklilise deformatsiooni taluvus; seejuures karkassi sees paiknevad karkassi alumise kihi suhtes kaldu olevad ja ülespoole suunatud torud, kusjuures torud on alumises otsas liigendite abil ühendatud karkassi alumise kihiga; karkass võib olla valmistatud metallis või plastmassist: - a metal or plastic 3D-printed or other suitable method-made frame, the elements of which are the lower layer of the frame, the walls of the frame, the frame tubes and the joints of the tubes formed in the lower layer of the frame, which allow multiple movement or rotation of the tubes without breaking, which ensures a high tolerance of multi-cycle deformation of the surface; in this case, the tubes are located inside the frame and are inclined with respect to the lower layer of the frame and directed upwards, with the tubes being connected to the lower layer of the frame by joints at the lower end; the frame may be made of metal or plastic:

- saadud torude sees asuvat kõvafaasi ehk torud on kulumiskindluse tõstmiseks täidetud kõvafaasiga, mis on torude sisse fikseeritud sideaine abil; kusjuures kõvafaasiks on tehnokeraamilised materjalid, mis on valitud teemanti, metallikarbiidide, milleks on WC, Cr3C2, TiC, Mo2C, SiC, metallinitriidide, milleks on kuubiline BN, TiN, Si3N4, metalliboriidide, metallioksiidide, milleks on AI203, stabiliseeritud Zr02, Ti02, Cr203 või MgO või karbonitriidide hulgast; liiv, mineraaltäidis või terase osakesed; sideaineks võib olla joodis või liim; - the hard phase inside the resulting tubes, or the tubes, are filled with a hard phase to increase wear resistance, which is fixed inside the tubes by means of a binder; wherein the hard phase is technoceramic materials selected from diamond, metal carbides, such as WC, Cr3C2, TiC, Mo2C, SiC, metal nitrides, such as cubic BN, TiN, Si3N4, metal borides, metal oxides, such as Al2O3, stabilized Zr02, Ti02, Cr2O3 or MgO, or carbonitrides; sand, mineral filler or steel particles; the binder may be solder or glue;

- karkassis olevate torude vahekohad on täidetud elastse materjaliga komposiitmaterjali pinna mitmetsükliliste deformatsioonide taluvuse tõstmiseks ja - the gaps between the tubes in the frame are filled with elastic material to increase the resistance of the composite material surface to multi-cycle deformations, and

löökidesummutamiseks. for shock absorption.

Meetod komposiitmaterjali valmistamiseks sisaldab järgmisi etappe: esmalt valmistatakse metallist või plastmassist 3D-printimise või muu sobiva meetodi abil karkass, mis moodustub komposiitmaterjali alumisest kihist, seintest ja torudest, seejuures torude ja alumise kihi vahele torude alumisse otsa valmistatakse torudega ühendatud liigendid, mis võimaldavad torude liikumist või pöördumist, seejärel torud täidetakse kõvafaasiga (tugevduspulbriga) ja sideainega, milleks on joodis või liim, karkassi joodetakse või kuumutatakse ahjus või ühendatakse liimiga, ja lõpuks täidetakse karkassitorude vahelised osad elastse materjaliga, milleks võib kasutada kummi või elastset polümeeri. Kõvafaasi torudesse kinnitamiseks kasutatakse sideainena liimi või joodist. Kusjuures liimi kõvenemise kiirendamiseks kuumutatakse karkassi koos torudes oleva kõvafaasiga ja sideainega temperatuuril kuni 200 °C. Juhul, kui sideaineks on joodis kuumutatakse karkassi koos torudes kõvafaasiga ja sideainega temperatuuril 400-1300 °C. The method for producing a composite material includes the following steps: first, a framework is produced using metal or plastic 3D printing or another suitable method, which is formed from the bottom layer of the composite material, walls and tubes, whereby joints connected to the tubes are produced between the tubes and the bottom layer at the lower end of the tubes, which allow the tubes to move or rotate, then the tubes are filled with a hard phase (reinforcing powder) and a binder, which is solder or glue, the framework is soldered or heated in an oven or connected with glue, and finally the parts between the framework tubes are filled with an elastic material, which can be rubber or an elastic polymer. Glue or solder is used as a binder to attach the hard phase to the tubes. In order to accelerate the hardening of the glue, the framework is heated together with the hard phase and the binder in the tubes at a temperature of up to 200 °C. If the binder is solder, the framework is heated together with the hard phase and binder in the tubes at a temperature of 400-1300 °C.

JOONISTE LOETELU LIST OF DRAWINGS

Joonisel fig 1a on kujutatud komposiitmaterjali läbilõige mööda joont A - A joonisel fig 1b, joonisel fig 1b on kujutatud komposiitmaterjal pealvaates; Figure 1a shows a cross-section of the composite material along line A - A in Figure 1b, Figure 1b shows a top view of the composite material;

Joonisel fig 2 on illustreeritud komposiitmaterjali torude liikumist või pöördumist; Figure 2 illustrates the movement or rotation of composite material tubes;

Joonistel fig 3a-3d on illustreeritud komposiitmaterjali valmistamise etappe; joonisel fig 4 on kujutatud karkassi pealmise kihi eemaldamist abrasiivsetes töötingimustes. Figures 3a-3d illustrate the steps of manufacturing the composite material; Figure 4 shows the removal of the top layer of the carcass under abrasive operating conditions.

LEIUTISE TEOSTAMISE NäIDE EXAMPLE OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Rahvastiku kasv, linnastumine, kliimamuutused, infrastruktuuri arendamine arengumaades, mittetaastuvate ressursside ammendumine ning vajadus suurendada taastuvenergia (näiteks geotermilise energia) osakaalu, tõstab tööriistade nõudlust, mida kasutatakse pinnase kaevamiseks, ning suurendab vajadust valmistada kõrge kulumiskindlusega, lubatud pinna-makrodeformatsiooniga, kõrge vastupidavusega löökidele ja väsimuspurunemisele, madala tihedusega, iseparandusvõimega, jahutusega, määrimisega jne biosarnaseid materjale, mis on ette nähtud abrasiivkulumistingimuste jaoks, ja vajadust optimeerida nende tootmise tehnoloogiat (kasutades kihtlisandustehnoloogiat ehk 3D-printimist või muud sobivat tehnoloogiat). Leiutise võimalikud kasutusvaldkonnad on läbinduskombaini lõikeorganite Population growth, urbanization, climate change, infrastructure development in developing countries, depletion of non-renewable resources and the need to increase the share of renewable energy (for example, geothermal energy) increases the demand for tools used for excavation and increases the need to produce biosimilar materials with high wear resistance, permissible surface macrodeformation, high resistance to impacts and fatigue cracking, low density, self-healing ability, cooling, lubrication, etc., intended for abrasive wear conditions, and the need to optimize their production technology (using additive manufacturing technology, i.e. 3D printing or other suitable technology). Possible areas of application of the invention are cutting elements of a penetration harvester

kulumiskindluse tõstmine (kuna nende vahetus on väga kallis ja ohtlik inimesele), lumesaha serva kaitse ja isegi marsikulguri rataste materjal (kus väike omakaal ja suur kulumiskindlus on väga olulised). increasing wear resistance (since their replacement is very expensive and dangerous for humans), snowplow edge protection, and even the material of rover wheels (where low dead weight and high wear resistance are very important).

Võimalikud viisid leiutise eesmärgi täitmiseks on: Possible ways to achieve the purpose of the invention are:

- kasutada karkassi valmistamiseks 3D-printimist või muud sobivat meetodit, mis võimaldab luua kombineeritud omadustega uusi komposiitmaterjale; - use 3D printing or another suitable method to manufacture the framework, which allows the creation of new composite materials with combined properties;

- kombineerida kolm põhimaterjali - kõvafaas, metall või plastmass ja elastne materjal, lisades neile sideaine. - combine three basic materials - a hard phase, metal or plastic and an elastic material, adding a binder to them.

Esitatud komposiitmaterjal sisaldab karkassi 1, mille moodustavad komposiitmaterjali karkassi alumine kiht 11, seinad 12, torud 2 ja torude liigendid 3, torude 2 sees asuvat kõvafaasi 4, elastset materjali 5 torude 2 vahekohtade täitmiseks ja torude 2 sees asuvat sideainet 6, millega kinnitatakse või fikseeritakse kõvafaas torude sees. Torudel 2 on võimalus liikumisteks või pöördumisteks, mistõttu jaotub koormus suuremale pinnale, vähendades kahjustusi ja võimaldades suuremaid deformatsioone ning tööpinna kõrgemat mitmetsükiilise deformatsiooni taluvust. The presented composite material includes a framework 1, which is formed by the lower layer of the composite material framework 11, walls 12, tubes 2 and tube joints 3, a hard phase 4 located inside the tubes 2, an elastic material 5 for filling the gaps between the tubes 2 and a binder 6 located inside the tubes 2, with which the hard phase is attached or fixed inside the tubes. The tubes 2 have the possibility of movements or rotations, which is why the load is distributed over a larger surface, reducing damage and allowing larger deformations and higher multi-cyclic deformation tolerance of the working surface.

Komposiitmaterjal sisaldab kõvafaasi 4, mille kõvadus on suurem kui kontakteeruva materjali kõvadus, ja mis on ette nähtud kulumiskindluse tagamiseks, ja kahel materjalil - elastsel materjalil 5 ja sideainel 6 - on väiksem kõvadus, parandamaks löökide summutamise võimet. Suurema töökindluse tagamiseks mitmetsükiilise koormamise tingimustes kasutatakse 3D-prinditud või muu sobiva meetodiga valmistatud karkassi 1 torude 2 liigendeid 3. Ühendatakse kõvafaas 4, karkass 1 ja elastne materjal 5, millega tagatakse kõrge kulumiskindlus abrasiivsetes tingimustes, madal tihedus pinna lubatud makrodeformatsioonidega, kõrge vastupidavus löökidele ja väsimusele. Lisatakse sideaine 6, mis koos elastse materjaliga 5 suurendab löögikindlust. The composite material includes a hard phase 4, the hardness of which is higher than that of the contacting material, and which is intended to ensure wear resistance, and two materials - an elastic material 5 and a binder 6 - have a lower hardness to improve shock absorption. To ensure greater reliability under multi-cyclic loading conditions, joints 3 of the tubes 2 of the frame 1 made by 3D printing or another suitable method are used. The hard phase 4, the frame 1 and the elastic material 5 are combined, which ensures high wear resistance in abrasive conditions, low density with permissible surface macrodeformations, high resistance to impacts and fatigue. A binder 6 is added, which, together with the elastic material 5, increases impact resistance.

Karkassi 1 materjaliks on iga metall või plastmass, mida saab valmistada printimise või muu sobiva meetodiga. Ühes teostuses valiti AISI304L või 316L roostevabast terasest pulber, samuti sobivad ka teised piisava tugevusega, üle 100 Mpa, ja piisava väsimustugevusega metallid. Plastmassi puhul kasutati akrüülnitriil-butadieen-stürooli (ik Acrylonitrile Butadiene Styrene, ABS) või polüpiimhapet ( ik Polylactic Acid, PLA). Kõvafaas 4 on mono- või komposiitmaterjal, mille Vickers'i kõvadus on soovitavalt üle 1000HV ja mille purunemissitkus (ik Fracture Toughness) Kic on üle 2 ja tugevus üle The material of the frame 1 is any metal or plastic that can be produced by printing or other suitable method. In one embodiment, AISI304L or 316L stainless steel powder was chosen, as well as other metals with sufficient strength, above 100 Mpa, and sufficient fatigue strength. In the case of plastic, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) or polylactic acid (PLA) was used. The hard phase 4 is a mono- or composite material, with a Vickers hardness preferably above 1000HV and a fracture toughness (Kic) above 2 and a strength above

100 MPa. Kõvafaasi materjaliks on valitud teemant, metallikarbiidid, milleks on WC, Cr3C2, TiC, Mo2C, SiC, metallinitriidid, milleks on kuubiline BN, TiN, Si3N4, metalliboriidid, metallioksiidid, milleks on AI203, stabiliseeritud Zr02, Ti02, Cr203, MgO või karbonitriidid; samuti liiv, mineraaltäidis, näiteks basalt, või terase osakesed. Eelisteostustes kasutati teemanti, WC-i võiBN-i. 100 MPa. The hard phase material selected is diamond, metal carbides such as WC, Cr3C2, TiC, Mo2C, SiC, metal nitrides such as cubic BN, TiN, Si3N4, metal borides, metal oxides such as Al2O3, stabilized Zr02, Ti02, Cr2O3, MgO or carbonitrides; as well as sand, mineral filler such as basalt, or steel particles. In preferred embodiments, diamond, WC or BN were used.

Elastseks materjaliks 5 on kumm või mõni teine elastne polümeer. Teostuses kasutati Metaline 685-e. The elastic material 5 is rubber or some other elastic polymer. In the embodiment, Metaline 685 was used.

Sideainena 6 kasutati joodist Ag49MnNi, mis sobib nii teemanti kui WC jaoks; pehmema armatuuri jaoks sai kasutatud epoksiidliimi või tsüanoakrülaatliimi. The binder 6 used was Ag49MnNi solder, which is suitable for both diamond and WC; for softer reinforcement, epoxy glue or cyanoacrylate glue could be used.

Meetod komposiitmaterjali valmistamiseks sisaldab järgmisi etappe: esmalt valmistatakse karkassi alumise kihi 11, seinte 12, torude 2 ja torude liigenditega 3 karkass 1 (joonis fig 3a), karkassi 1 torud täidetakse kõvafaasiga 4 ja sideainega 6 (joonis fig 3b), seejärel karkassi 1 kuumutatakse (joonis fig 3c), ja peale kuumutamist täidetakse karakass 1 elastse materjaliga 5 (etapp 4, joonis fig 3d). The method for producing a composite material includes the following steps: first, a frame 1 is prepared with a lower layer of the frame 11, walls 12, tubes 2 and tube joints 3 (Figure 3a), the tubes of the frame 1 are filled with a hard phase 4 and a binder 6 (Figure 3b), then the frame 1 is heated (Figure 3c), and after heating, the frame 1 is filled with an elastic material 5 (Step 4, Figure 3d).

Karkassi 1 kuumutatakse koos kõvafaasiga 4 ja sideainega 6 temperatuuril kuni 200 °C liimi kõvenemise kiirendamiseks. The frame 1 is heated together with the hard phase 4 and the binder 6 at a temperature of up to 200 °C to accelerate the curing of the adhesive.

Karkassi 1 kuumutatakse koos kõvafaasiga 4 ja sideainega 6 temperatuuril 400-1300 °C, kui sideaineks on joodis. The framework 1 is heated together with the hard phase 4 and the binder 6 at a temperature of 400-1300 °C, if the binder is solder.

Teostustes kasutatakse erinevaid materjale vastavalt vajalikule kulumiskindlusele ja töötingimustele. Different materials are used in the designs according to the required wear resistance and operating conditions.

Näide 1. Kõrgema kulumiskindluse tagamiseks töötamiseks abrasiivsetes (abrasiivi kõvadus on rohkem kui 200HV) tingimustes kasutatakse kõvafaasiks 4 teemanti või kõvasulami osakesi, metallist prinditud karkassi 1 koos torude 2 liigenditega 3 ja elastse materjalina 5 kummi. Teemanti või kõvasulami osakeste kinnitamiseks metallist kandvale struktuurile kasutakse joodist. Example 1. To ensure higher wear resistance in abrasive (abrasive hardness more than 200HV) conditions, diamond or hard alloy particles are used as the hard phase 4, a metal printed framework 1 with tubes 2 joints 3 and rubber as the elastic material 5. Solder is used to attach the diamond or hard alloy particles to the metal supporting structure.

Näide 2. Keskmise kulumiskindluse tagamiseks siis, kui pakutud materjal on kontaktis materjaliga, mille kõvadus on väiksem kui 200HV, kasutatakse kõvafaasiks 4 liiva või muud mineraaltäidist (näiteks basalti) või terase osakesi, metallist või plastmassist prinditud karkassi 1 koos torude 2 liigenditega 3 ja elastse materjalina 5 kummi. Liiva, mineraaltäidise või karastatud terase kinnitamiseks metall- või plastmasskarkassile kasutakse liimi. Example 2. To ensure average wear resistance when the proposed material is in contact with a material with a hardness of less than 200HV, sand or other mineral filler (for example, basalt) or steel particles are used as the hard phase 4, a printed metal or plastic frame 1 with joints 3 of pipes 2 and rubber as the elastic material 5. An adhesive is used to attach the sand, mineral filler or hardened steel to the metal or plastic frame.

Claims (14)

1. Karkassiga komposiitmaterjal, mille karkassi (1) moodustavad komposiitmaterjali karkassi alumine kiht (11) ja sellega ühendatud seinad (12), ning karkassi sees paiknevad karkassi alumise kihi suhtes kaldu olevad ja ülespoole suunatud torud (2), mis erineb selle poolest, et torud (2) on alumises otsas liigendite (3), mis võimaldavad torude liikumist või pöördumist, abil ühendatud karkassi alumise kihiga, ja et torud (2) on kulumiskindluse tõstmiseks täidetud kõvafaasiga (4), mis on torude sisse fikseeritud sideaine (6) abil, ning karkassis olevate torude (2) vahekohad on täidetud elastse materjaliga (5) komposiitmaterjali pinna mitmetsükliliste deformatsioonide taluvuse tõstmiseks.1. A composite material with a frame, the frame (1) of which is formed by the lower layer (11) of the composite material frame and the walls (12) connected thereto, and inside the frame there are tubes (2) inclined with respect to the lower layer of the frame and directed upwards, characterized in that the tubes (2) are connected to the lower layer of the frame at their lower ends by means of joints (3) that enable the tubes to move or rotate, and that the tubes (2) are filled with a hard phase (4) to increase wear resistance, which is fixed inside the tubes by means of a binder (6), and the spaces between the tubes (2) in the frame are filled with an elastic material (5) to increase the tolerance of multi-cycle deformations of the surface of the composite material. 2. Karkassiga komposiitmaterjal vastavalt nõudluspunktile 1, mis erineb selle poolest, et kõvafaasiks on tehnokeraamilised materjalid, mis on valitud teemanti, metallikarbiidide, milleks on WC, Cr3C2, TiC, Mo2C, SiC, metallinitriidide, milleks on kuubiline BN, TiN, Si3N4, metalliboriidide, metallioksiidide, milleks on AI203, stabiliseeritud ZrO2, TiO2, Cr2O3 või MgO või karbonitriidide hulgast, liiv, mineraaltäidis või terase osakesed.2. A composite material with a framework according to claim 1, characterized in that the hard phase is a technoceramic material selected from diamond, metal carbides such as WC, Cr3C2, TiC, Mo2C, SiC, metal nitrides such as cubic BN, TiN, Si3N4, metal borides, metal oxides such as Al2O3, stabilized ZrO2, TiO2, Cr2O3 or MgO or carbonitrides, sand, mineral filler or steel particles. 3. Karkassiga komposiitmaterjal vastavalt nõudluspunktile 2, mis erineb selle poolest, et kõvafaasi materjaliks on teemant, WC või kuubiline BN.3. A composite material with a framework according to claim 2, characterized in that the hard phase material is diamond, WC or cubic BN. 4. Karkassiga komposiitmaterjal vastavalt mistahes nõudluspunktile 1 kuni 3, mis erineb selle poolest, et karkass (1) on valmistatud metallist ja sideaineks (6) on joodis võiliim.4. A composite material with a framework according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the framework (1) is made of metal and the binder (6) is solder or glue. 5. Karkassiga komposiitmaterjal vastavalt mistahes nõudluspunktile 1 kuni 3, mis erineb selle poolest, et karkass (1) on valmistatud plastmassist ja sideaineks (6) on liim.5. A composite material with a framework according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the framework (1) is made of plastic and the binder (6) is an adhesive. 6. Meetod mistahes nõudluspunktile 1 kuni 5 vastava karkassiga komposiitmaterjali valmistamiseks, mis sisaldab etappe, kus valmistatakse komposiitmaterjali alumisest kihist (11), seintest (12) ja alumise kihi (11) suhtes kaldu olevatest ja ülespoole suunatud torudest (2) karkass, mis erineb selle poolest, et torude (2) ja alumise kihi (11) vahele torude (2) alumisse otsa valmistatakse torudega (2) ühendatud liigendid (3) torudel (2) liikumise või pöördumise võimaldamiseks, seejärel täidetakse karkassi (1) torud (2) kõvafaasi (4) ja sideainega (6) kõvafaasi (6) kinnitamiseks torudesse (2), seejärel kuumutatakse karkassi ahjus või põletiga sideaine (6) kõvendamiseks, peale kuumutamist täidetakse karkassi (1) torude (2) vahekohad elastse materjaliga (5).6. A method for producing a composite material with a framework according to any one of claims 1 to 5, comprising the steps of producing a framework from a bottom layer (11) of the composite material, walls (12) and tubes (2) inclined and directed upwards with respect to the bottom layer (11), characterized in that joints (3) connected to the tubes (2) are produced between the tubes (2) and the bottom layer (11) at the lower end of the tubes (2) to enable movement or rotation of the tubes (2), then the tubes (2) of the framework (1) are filled with a hard phase (4) and a binder (6) to fix the hard phase (6) in the tubes (2), then the framework is heated in an oven or with a burner to harden the binder (6), after heating, the spaces between the tubes (2) of the framework (1) are filled with an elastic material (5). 7. Meetod vastavalt nõudluspunktile 6, mis erineb selle poolest, et karkass valmistatakse metallist.7. The method according to claim 6, characterized in that the frame is made of metal. 8. Meetod vastavalt nõudluspunktile 6, mis erineb selle poolest, et karkass valmistatakse plastmassist.8. The method according to claim 6, characterized in that the framework is made of plastic. 9. Meetod vastavalt nõudluspunktile 6, 7 või 8, mis erineb selle poolest, et karkassi torud täidetakse kõvafaasiga, milleks on tehnokeraamilised materjalid, mis valitakse teemanti, metallikarbiidide, milleks on WC, Cr3C2, TiC, Mo2C, SiC, metallinitriidide, milleks on kuubiline BN, TiN, Si3N4, metalliboriidide, metallioksiidide, milleks on AI2O3, stabiliseeritud ZrO2, TiO2, Cr203, MgO või karbonitriidide hulgast, liiv, mineraaltäidis või terase osakesed.9. The method according to claim 6, 7 or 8, characterized in that the framework tubes are filled with a hard phase, which is a technoceramic material selected from diamond, metal carbides, such as WC, Cr3C2, TiC, Mo2C, SiC, metal nitrides, such as cubic BN, TiN, Si3N4, metal borides, metal oxides, such as Al2O3, stabilized ZrO2, TiO2, Cr2O3, MgO or carbonitrides, sand, mineral filler or steel particles. 10. Meetod vastavalt nõudluspunktile 9, mis erineb selle poolest, et karkassi torude täitmiseks valitakse kõvafaasi materjaliks teemant, WC või kuubiline BN.10. The method according to claim 9, characterized in that diamond, WC or cubic BN is selected as the hard phase material for filling the framework tubes. 11. Meetod vastavalt mistahes nõudluspunktile 6 kuni 10, mis erineb selle poolest, et torude vahekohtade täitmiseks kasutatavaks elastseks materjaliks (5) on kumm või elastne polümeer.11. A method according to any one of claims 6 to 10, characterized in that the elastic material (5) used to fill the gaps between the pipes is rubber or an elastic polymer. 12. Meetod vastavalt nõudluspunktile 6, mis erineb selle poolest, et kõvafaasi torudesse kinnitamiseks kasutatavaks sideaineks (6) on liim või joodis.12. The method according to claim 6, characterized in that the binder (6) used for attaching the hard phase to the pipes is an adhesive or solder. 13. Meetod vastavalt nõudluspunktile 6 või 12, mis erineb selle poolest, et karkassi koos torudes oleva kõvafaasiga (4) ja sideainega (6) kuumutatakse temperatuuril kuni 200 °C liimi kõvenemise kiirendamiseks.13. The method according to claim 6 or 12, characterized in that the framework together with the hard phase (4) and the binder (6) in the tubes are heated at a temperature of up to 200 °C to accelerate the curing of the adhesive. 14. Meetod vastavalt nõudluspunktile 6 või 12, mis erineb selle poolest, et karkassi koos torudes kõvafaasiga (4) ja sideainega (6) kuumutatakse temperatuuril 400 -1300 °C, kui sideaineks on joodis.14. The method according to claim 6 or 12, characterized in that the framework together with the hard phase (4) and the binder (6) in the tubes is heated at a temperature of 400 - 1300 °C, if the binder is solder.
EEP201900006A 2019-01-24 2019-01-24 Composite material with frame and method of making the same EE05848B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EEP201900006A EE05848B1 (en) 2019-01-24 2019-01-24 Composite material with frame and method of making the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EEP201900006A EE05848B1 (en) 2019-01-24 2019-01-24 Composite material with frame and method of making the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EE201900006A EE201900006A (en) 2020-08-17
EE05848B1 true EE05848B1 (en) 2022-10-17

Family

ID=72085080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EEP201900006A EE05848B1 (en) 2019-01-24 2019-01-24 Composite material with frame and method of making the same

Country Status (1)

Country Link
EE (1) EE05848B1 (en)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0041271A1 (en) * 1980-06-02 1981-12-09 Alvin Eugene Gorum Composite ceramic armor
US20020172783A1 (en) * 1999-09-27 2002-11-21 The Aerospace Corporation Composite damping material
WO2003089869A2 (en) * 2002-04-17 2003-10-30 Armor Systems International Armor system
US20050255289A1 (en) * 2002-07-25 2005-11-17 Wadley Haydn N Method for manufacture of cellular materials and structures for blast and impact mitigation and resulting structure
US20060163431A1 (en) * 2004-11-24 2006-07-27 Airbus Deutschland Gmbh Cover skin for a variable-shape aerodynamic area
US20110107904A1 (en) * 2007-08-15 2011-05-12 University Of Virginia Patent Foundation Synergistically-Layered Armor Systems and Methods for Producing Layers Thereof
US20150300019A1 (en) * 2012-11-08 2015-10-22 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Sandwich Panel with a Ductile Hybrid Core Comprising Tubular Reinforcements
US20160145961A1 (en) * 2014-11-20 2016-05-26 Baker Hughes Incorporated Periodic structured composite and articles therefrom
WO2018189719A1 (en) * 2017-04-13 2018-10-18 Lead Tech S.R.L. Multistable, compressible, composite metamaterial with articulated elements and which can be made with 3d printing processes

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0041271A1 (en) * 1980-06-02 1981-12-09 Alvin Eugene Gorum Composite ceramic armor
US20020172783A1 (en) * 1999-09-27 2002-11-21 The Aerospace Corporation Composite damping material
WO2003089869A2 (en) * 2002-04-17 2003-10-30 Armor Systems International Armor system
US20050255289A1 (en) * 2002-07-25 2005-11-17 Wadley Haydn N Method for manufacture of cellular materials and structures for blast and impact mitigation and resulting structure
US20060163431A1 (en) * 2004-11-24 2006-07-27 Airbus Deutschland Gmbh Cover skin for a variable-shape aerodynamic area
US20110107904A1 (en) * 2007-08-15 2011-05-12 University Of Virginia Patent Foundation Synergistically-Layered Armor Systems and Methods for Producing Layers Thereof
US20150300019A1 (en) * 2012-11-08 2015-10-22 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Sandwich Panel with a Ductile Hybrid Core Comprising Tubular Reinforcements
US20160145961A1 (en) * 2014-11-20 2016-05-26 Baker Hughes Incorporated Periodic structured composite and articles therefrom
WO2018189719A1 (en) * 2017-04-13 2018-10-18 Lead Tech S.R.L. Multistable, compressible, composite metamaterial with articulated elements and which can be made with 3d printing processes

Also Published As

Publication number Publication date
EE201900006A (en) 2020-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Karadimas et al. Ceramic matrix composites for aero engine applications—a review
Binner et al. Selection, processing, properties and applications of ultra-high temperature ceramic matrix composites, UHTCMCs–a review
Raether CERAMIC MATRIX COMPOSITES- AN ALTERNATIVE FOR CHALLENGING CONSTRUCTION TASKS
CN102310596B (en) Method for producing reinforced wear resistance composite material by partially positioning of ceramic particles
Windhorst et al. Carbon-carbon composites: a summary of recent developments and applications
CN104235237B (en) Brake disc made of carborundum foamed ceramics/aluminum alloy composite materials and production method of road vehicle brake disc
US10234243B2 (en) Antiballistic armor comprising a super-hard strike face
CN102482862B (en) Wear parts with enhanced wear resistance
EP2703605A2 (en) A gas turbine blade tip omprising a metallic foam material
EP2531804B1 (en) Ceramic based armor and process for producing said armor
CN103939509A (en) Al/Sic and Cu/Sic composite material friction pair used for railway vehicle and manufacturing method thereof
WO2005069972A3 (en) Disc brake rotor assembly and method for producing same
JP2006189029A (en) SiC / SiC composite incorporating uncoated fibers to improve interlaminar strength
ITMI20072194A1 (en) MAKING MATERIAL AND PROCEDURE PE RLA ITS PRODUCTION
US20070125223A1 (en) Ceramic Armor Plate, an Armor System, and a Method of Manufacturing a Ceramic Armor Plate
US20130180393A1 (en) Defensive, ceramic based, applique armor, device for providing anti-projectile armoring protection and process for producing ceramic based projectile armor with hollow geometry
US6966753B2 (en) Sole plate for turbine and power generating plant equipment
US7387758B2 (en) Tabbed ceramic article for improved interlaminar strength
CN104789961B (en) A kind of wear-resistant bucket tooth and plasma cladding method with multiple dimensioned hardening constituent coating
EE05848B1 (en) Composite material with frame and method of making the same
AU2007312952A1 (en) Ceramic composition
CN104862575A (en) A pressureless impregnation preparation method of Ti3AlC2/Fe-based composite material
JP2010209214A (en) Friction pair
CN120777230B (en) A highly inclusive multi-layered fan casing and its design method
CN114278692A (en) A kind of disc brake friction pair for heavy-duty vehicle and its manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapsed by not paying the annual fees

Effective date: 20240124