專利名稱：一種燒結模具的制作方法
技術領域：
本發明是一種燒結模具，屬于燒結模具的改造技術。
背景技術：
在特種陶瓷領域和熱電塊體材料領域，常常需要超高溫快速燒結納米結構樣品。這些高溫燒結樣品的模具常常采用熔點高、膨脹系數小的石墨模具(石墨的熔點達3500°C以上)。其典型結構如圖I所示，主體為圓柱形，內部圓形腔放置粉末樣品，壓樣品時粉末樣品兩端放置有石墨棒以施加壓力，高溫燒結后取出石墨棒，或者用壓力機頂出石墨棒，同時 頂出樣品。這樣的石墨模具的使用存在如下問題(1)需要額外加一些真空腔以免其在高溫時被氧化，這樣增加了設備成本和使用成本；(2)石墨模具的耐壓性相對差，進口模具石墨最高耐壓通常低于80MPa，樣品燒結完成后從模具中退出時，石墨模具容易裂開；(3)現行的石墨模具都是圓柱形。盡管石墨的熱膨脹系數比金屬至少小IO6數量級，但是有些樣品本身熱縮冷脹，從高溫冷卻下來后緊緊地擠壓在模具內，若強行退出，樣品常常被擠碎了。
發明內容
本發明的目的在于考慮上述問題而提供一種使樣品的取出很容易，同時使石墨的使用壽命大大增加的燒結模具。本發明的模具在高溫使用時不需要另外加真空腔，而且能抵擋至少200MPa以上的壓力，退模無需強行進行，樣品完整性100%。本發明的技術方案是本發明的燒結模具，包括有外套筒、底蓋、頂蓋、上模、下模、下石墨棒、上石墨棒，其中底蓋及頂蓋分別裝設在外套筒底部及頂部，下模置于外套筒所設的中空腔體內，且置于底蓋，上模下部套裝在下模的外側，下石墨棒插裝在下模所設的空腔內，上石墨棒插裝在上模上部所設的空腔內，且置于下石墨棒的頂部。上述下模是一上小下大的錐型圓臺。上述下模由四塊相同的塊體拼成錐形圓臺。用于壓粉末時用的下石墨棒、上石墨棒上設有用于插入熱電偶的小孔，插入熱電偶的小孔軸線與石墨軸線應該相交且垂直，孔徑為2-3_。上述上模的外徑D是樣品直徑的2-10倍，且最大不能超過220mm，且樣品直徑越大，倍數越小。上述下石墨棒、上石墨棒的直徑與樣品直徑d相同；上述下石墨棒的長度f在5-8mm之間；底蓋的頂面與頂蓋的底面之間的高度為模具高度h，上述上石墨棒的長度L為模具高度h+外套厚度b+石墨棒超出長度η - g,其中石墨棒超出保護套長度η為4-8mm。上述底蓋頂蓋、上模、下模的內徑都相同，取5-100mm范圍。上述下模的下底外徑為D/4 — D/2 ;上述下模的高度g為f+樣品高度_b，下模的側面與豎直方向的夾角為5-15°。上述外套筒、底蓋頂蓋的厚度相同，都為b，b在2_4mm之間；上述外套筒的內徑與頂蓋的外徑相同，且與上模的外徑D相同；上述底蓋的側壁內徑為D+2b，外徑為D+4b ;上述底蓋的頂面與頂蓋的底面之間的高度h為g的4-10倍，且樣品高度越高，倍數越小。上述外套筒高度H為模具高度h+外套厚度b。
本發明的外套筒、底蓋、頂蓋三構件采用分離設計，使得樣品的裝入及石墨模具的更換變得很容易。且外套筒的圓柱形保護套具有防石墨模具高溫氧化的功能，也增加了石墨模具的耐壓強度，使其耐壓能力提高至少I. 5倍。下模的錐形圓臺設計讓樣品的取出變得很容易。本發明的模具在高溫使用時不需要另外加真空腔，而且能抵擋至少200MPa以上的壓力，退模無需強行進行，樣品完整性100%。同時石墨的使用壽命大大增加。本發明是一種設計巧妙，性能優良，方便實用的燒結模具。
圖I為現有技術的結構示意 圖2為本發明的結構分解 圖3為本發明的剖視 圖4為本發明的立體圖。
具體實施例方式實施例
本發明的結構示意圖如圖2所示，本發明的燒結模具，包括有外套筒I、底蓋2、頂蓋3、上模4、下模5、下石墨棒6、上石墨棒7，其中底蓋2及頂蓋3分別裝設在外套筒I的底部及頂部，下模5置于外套筒I所設的中空腔體內，且置于底蓋2上，上模4的下部套裝在下模5的外側，下石墨棒6插裝在下模5所設的空腔內，上石墨棒7插裝在上模4上部所設的空腔內，且置于下石墨棒6的頂部。上述下模5是一上小下大的錐型圓臺。上述下模5由四塊相同的塊體拼成錐形圓臺。用于壓粉末時用的下石墨棒6、上石墨棒7上設有用于插入熱電偶的小孔，插入熱電偶的小孔軸線與石墨軸線應該相交且垂直，孔徑為2-3_。上述上模4的外徑D是樣品直徑的2-10倍，且最大不能超過220mm，且樣品直徑越大，倍數越小。上述下石墨棒6、上石墨棒7的直徑與樣品直徑d相同；上述下石墨棒6的長度f在5-8mm之間；底蓋2的頂面與頂蓋3的底面之間的高度為模具高度h，上述上石墨棒7的長度L為模具高度h+外套厚度b+石墨棒超出長度η - g,其中石墨棒超出保護套長度η為 4_8mm。上述底蓋2、頂蓋3、上模4、下模5的內徑都相同，取5_100mm范圍。上述下模5的下底外徑為D/4 — D/2 ;上述下模5的高度g為f+樣品高度_b，下模5的側面與豎直方向的夾角為5-15°。上述外套筒I、底蓋2、頂蓋3的厚度相同，都為b，b在2_4mm之間；上述外套筒I的內徑與頂蓋3的外徑相同，且與上模4的外徑D相同；上述底蓋2的側壁內徑為D+2b，夕卜徑為D+4b ;上述底蓋2的頂面與頂蓋3的底面之間的高度h為g的4-10倍，且樣品高度越高，倍數越小。上述外套筒I的高度H為模具高度h+外套厚度b。本實施例中，外套筒I、底蓋2、頂蓋3是由剛玉(Al2O3)或者ZrO2等材料做成的耐高溫保溫保護外套，這三部分不是連接在一起的部分，是分離的三個部分。圖2中上模4、下模5兩部分拼成和常用石墨模具一樣形式的模具。所不同的是上模4和下模5不是一個整體，如圖3所示，下模5可自由取出，且是一上小下大的錐型圓臺。此錐形圓臺由四塊相同的塊體拼成。下石墨棒6，上石墨棒7是石墨棒，用于壓粉末時用。在離I底部一定的高度有一小孔用于插入熱電偶。壓樣品時，先按圖2所示的裝配圖裝好外套筒1，底蓋2，頂蓋3，上模4，下模5， 下石墨棒6，然后放入要壓的粉末到石墨內腔內，再裝入石墨壓棒上石墨棒7。樣品壓好后，先取掉底蓋2，下模5會自然脫落出來后散開，樣品自然取出。由于保護外套的保護，阻止了空氣對石墨的氧化；同時，保護套也能增強石墨模具的耐壓至外套所能承受的壓力(>200MPa)，遠大于石墨模具所承受的壓力。樣品的自然脫落避免了強行頂出樣品時將樣品弄碎的情況。(2)各部件的尺寸圖2中下石墨棒6和上石墨棒7的直徑、樣品直徑d,底蓋2頂蓋3上模4、下模5的內徑都相同，取5-100mm范圍.上模4的外徑D是樣品直徑的2_10倍且最大不能超過220mm，且樣品直徑越大，倍數越小。下模5下底外徑為D/4 — D/2。外套筒1，底蓋2，頂蓋3的厚度相同，為b，在2-4mm之間。外套筒I的內徑、頂蓋3外徑與石墨磨具的外徑D相同。底蓋2的壁內徑為D+2b，外徑為D+4b。下石墨棒6的長度f在5-8mm之間。下模5的高度g為“f+樣品高度-b”，下模5的側面與豎直方向夾角為5-15°。石墨模具高度h為g的4-10倍，且樣品高度越高，倍數越小。上石墨棒7的長度L等于“模具高度h+外套厚度b+石墨棒超出長度η - g，，’其中石墨棒超出保護套長度η為4-8mm。外套I的高度H為“模具高度h+外套厚度b”。外套底蓋2的深度為b。插入熱電偶的小孔軸線與石墨軸線應該相交且垂直。孔徑為2-3_。實例I:外套筒I的材料為剛玉。如樣品直徑d為5臟，高度為2mm時，圖2中下石墨棒6和上石墨棒7的直徑、底蓋2、頂蓋3上模4、下模5的內徑都取5mm。上模4的外徑D為50mm。下模5下底外徑為12.5mm。外套筒I，底蓋2，頂蓋3的厚度b為4mm。外套外套筒I的內徑、頂蓋3外徑為50mm。底蓋2的壁內徑為58mm,外徑為66mm。下石墨棒6的長度f為5_。下模5的高度g為3mm,下模5的側面與豎直方向夾角為5°。石墨模具高度h為30mm。上石墨棒7的長度L為35mm，其中石墨棒超出保護套長度η為4臟。外套I的高度H為34mm。底蓋2的深度為4mm。實例2:外套筒I的材料為氧化鋯。如樣品直徑d為100mm，高度為4mm時，圖2中下石墨棒6和上石墨棒7的直徑、底蓋2、頂蓋3上模4、下模5的內徑都取100mm。上模4的外徑D為200mm。下模5下底外徑為100mm。外套筒I，底蓋2，頂蓋3的厚度b為2mm。外套筒I的內徑、頂蓋3外徑為200mm。底蓋2的壁內徑為204mm,外徑為208mm。下石墨棒6的長度f為8mm。下模5的高度g為10mm,下模5的側面與豎直方向夾角為15°。石墨模具高度h為40mm。上石墨棒7的長度L為40mm，其中石墨棒超出保護套長度η為8mm。外套筒I的高度H為42mm。底蓋2的深度為2mm。實例3 :外套筒I的材料為剛玉。如樣品直徑d為20臟，高度為5mm時，圖2中下石墨棒6和上石墨棒7的直徑、底蓋2、頂蓋3上模4、下模5的內徑都取20mm。上模4的外徑D為100mm。下模5下 底外徑為40mm。外套筒I，底蓋2，頂蓋3的厚度b為3mm。外套筒I的內徑、頂蓋3外徑為100mm。底蓋2的壁內徑為106mm,外徑為112mm。下石墨棒6的長度f為6mm。下模5的高度g為8mm，下模5的側面與豎直方向夾角為10°。石墨模具高度h為64臟。上石墨棒7的長度L為65mm，其中石墨棒超出保護套長度η為6mm。外套筒I的高度H為67mm。底蓋2的深度為3mm。實例4 :外套筒I的材料為氧化鋯。如樣品直徑d為50mm，高度為5mm時，圖2中下石墨棒6和上石墨棒7的直徑、底蓋2、頂蓋3上模4、下模5的內徑都取50mm。上模4的外徑D為150mm。下模5下底外徑為52. 5mm。外套筒I，底蓋2，頂蓋3的厚度b為2. 5mm。外套筒I的內徑、頂蓋3外徑為150mm。底蓋2的壁內徑為105mm,外徑為110mm。下石墨棒
6的長度f為7mm。下模5的高度g為9. 5mm,下模5的側面與豎直方向夾角為12°。石墨模具高度h為57mm。上石墨棒7的長度L為55mm，其中石墨棒超出保護套長度η為5mm。外套I的高度H為59. 5mm。底蓋2的深度為2. 5mm。實例5 :外套筒I的材料為氧化鋯。如樣品直徑d為80mm，高度為3mm時，圖2中下石墨棒6和上石墨棒7的直徑、底蓋2、頂蓋3上模4、下模5的內徑都取80mm。上模4的外徑D為200mm。下模5下底外徑為90mm。外套筒I，底蓋2，頂蓋3的厚度b為3. 5mm。夕卜套外套筒I的內徑、頂蓋3外徑為200mm。底蓋2的壁內徑為207mm,外徑為214mm。下石墨棒6的長度f為8mm。下模5的高度g為7. 5mm,下模5的側面與豎直方向夾角為8°。石墨模具高度h為67. 5mm。上石墨棒7的長度L為69. 5mm,其中石墨棒超出保護套長度η為6mm。外套筒I的高度H為71mm。底蓋2的深度為3. 5mm。
權利要求
1.一種燒結模具，其特征在于包括有外套筒(I)、底蓋(2)、頂蓋(3)、上模(4)、下模(5)、下石墨棒(6)、上石墨棒(7)，其中底蓋(2)及頂蓋(3)分別裝設在外套筒(I)的底部及頂部，下模(5)置于外套筒(I)所設的中空腔體內，且置于底蓋(2)上，上模(4)的下部套裝在下模(5)的外側，下石墨棒(6)插裝在下模(5)所設的空腔內，上石墨棒(7)插裝在上模(4)上部所設的空腔內，且置于下石墨棒(6)的頂部。
2.根據權利要求I所述的燒結模具，其特征在于上述下模(5)是一上小下大的錐型圓臺。
3.根據權利要求2所述的燒結模具，其特征在于上述下模(5)由四塊相同的塊體拼成錐形圓臺。
4.根據權利要求I所述的燒結模具，其特征在于上述用于壓粉末時用的下石墨棒(6)、上石墨棒(7)上設有用于插入熱電偶的小孔，插入熱電偶的小孔軸線與石墨軸線應該相交且垂直，孔徑為2-3mm。
5.根據權利要求I所述的燒結模具，其特征在于上述上模(4)的外徑D是樣品直徑的2-10倍，且最大不能超過220mm，且樣品直徑越大，倍數越小。
6.根據權利要求I所述的燒結模具，其特征在于上述下石墨棒(6)、上石墨棒(7)的直徑與樣品直徑d相同；上述下石墨棒(6)的長度f 在5-8mm之間；底蓋(2)的頂面與頂蓋(3)的底面之間的高度為模具高度h，上述上石墨棒(7)的長度L為模具高度h+外套厚度b+石墨棒超出長度n - g,其中石墨棒超出保護套長度n為4-8_。
7.根據權利要求I所述的燒結模具，其特征在于上述底蓋(2)、頂蓋(3)、上模(4)、下模(5)的內徑都相同，取5-100mm范圍。
8.根據權利要求I所述的燒結模具，其特征在于上述下模(5)的下底外徑為D/4—D/2；上述下模(5)的高度g為f+樣品高度-b，下模(5)的側面與豎直方向的夾角為5-15°。
9.根據權利要求I所述的燒結模具，其特征在于上述外套筒(I)、底蓋(2)、頂蓋(3)的厚度相同，都為b，b在2-4mm之間；上述外套筒(I)的內徑與頂蓋(3)的外徑相同，且與上模(4)的外徑D相同；上述底蓋(2)的側壁內徑為D+2b，外徑為D+4b ;上述底蓋(2)的頂面與頂蓋(3)的底面之間的高度h為g的4-10倍，且樣品高度越高，倍數越小。
10.根據權利要求I所述的燒結模具，其特征在于上述外套筒(I)的高度H為模具高度h+外套厚度b。
全文摘要
本發明是一種燒結模具。包括有外套筒、底蓋、頂蓋、上模、下模、下石墨棒、上石墨棒，其中底蓋及頂蓋分別裝設在外套筒底部及頂部，下模置于外套筒所設的中空腔體內，且置于底蓋，上模下部套裝在下模的外側，下石墨棒插裝在下模所設的空腔內，上石墨棒插裝在上模上部所設的空腔內，且置于下石墨棒的頂部。本發明的外套筒、底蓋、頂蓋三構件采用分離設計，使得樣品的裝入及石墨模具的更換變得很容易。且外套筒的圓柱形保護套具有防石墨模具高溫氧化的功能，也增加了石墨模具的耐壓強度，使其耐壓能力提高至少1.5倍。下模的錐形圓臺設計讓樣品的取出變得很容易。本發明在高溫使用時不需要另外加真空腔，退模無需強行進行，樣品完整性100%。增加石墨的使用壽命。
文檔編號B22F3/12GK102632238SQ20121009680
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月5日 優先權日2012年4月5日
發明者何琴玉, 余穎, 馮壽廷, 劉俊明, 張勇, 李煒, 李萍, 王銀珍, 羅海津, 陳振瑞, 雷正大 申請人:華南師范大學