CN101450869A - 一种热等静压用石墨金属包套的制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高性能石墨密封材料的制备技术，具体为一种热等静压用石墨金属包套的制备装置。该装置设有石墨柱、金属棒、石墨垫片、金属垫片、石墨坩埚盖、石墨坩埚、浇铸口，石墨坩埚内装有石墨柱，石墨柱下表面隔一金属垫片与石墨坩埚底接触，石墨柱上表面和侧面留有用于填充金属的间隙，石墨柱上表面与石墨坩埚顶部设置的石墨坩埚盖之间插设有金属棒，石墨柱上表面设有石墨垫片，该石墨垫片上表面顶设有金属棒，石墨坩埚盖上开设有浇铸口。本发明通过轴向固定和径向固定法将欲浸金属石墨置于石墨坩埚底部中央，减少了金属银的浸渍余量，降低了制造成本。
Description
技术领域：
本发明涉及高性能石墨密封材料的制备技术，具体为一种热等静压用石墨金属包套的制备装置。
背景技术：
浸银石墨材料具有高密度、高强度、耐磨，特别是导热性能、导电性能和密封性能好等优点，在国防、电子、机械等很多领域得到应用。但是由于银是贵重金属，制备过程中需要热等静压处理，使其制造成本很高，因此，提高生产效率，提高成品率，降低银耗量尤为重要。
制造浸银石墨需要进行热等静压处理，才能使熔融的金属银均匀地渗透进石墨材料的孔隙中。在热等静压前需要通过浇铸的方法在欲浸银石墨块表面均匀的包覆金属银，形成封闭的金属银包套。由于金属银的密度为10.5g/cm3，而石墨块的密度仅为1.8g/cm3，石墨块在熔融金属银中受到很大的浮力。为了浇铸金属银时不使石墨块飘浮起来，也不让石墨块碰到坩埚壁，浇铸前必须将石墨块固定且悬在石墨坩埚中心位置。另外，由于金属银的膨胀系数远远大于石墨的膨胀系数，如果银包套的厚度过厚就会造成包套开裂，出现废品。
发明内容：
本发明的目的是提供一种热等静压用石墨金属包套的制备装置，在石墨表面均匀的包覆金属。
本发明的技术方案是：
一种热等静压用石墨金属包套的制备装置，该装置设有石墨柱、金属棒、石墨垫片、金属垫片、石墨坩埚盖、石墨坩埚、浇铸口，石墨坩埚内装有石墨柱，石墨柱下表面隔一金属垫片与石墨坩埚底接触，石墨柱上表面和侧面留有用于填充金属的间隙，石墨柱上表面与石墨坩埚顶部设置的石墨坩埚盖之间插设有金属棒，石墨柱上表面设有石墨垫片，金属棒穿过该石墨垫片，石墨坩埚盖上开设有浇铸口。
所述的热等静压用石墨金属包套的制备装置，石墨柱上表面的石墨垫片与石墨坩埚顶部设置的石墨坩埚盖之间保持60～80mm的间隙；石墨柱侧面与石墨坩埚内壁之间保持4～8mm的间隙。
所述的热等静压用石墨金属包套的制备装置，金属垫片直径略小于石墨坩埚内径0.5-1.0mm，金属垫片边缘均布900折起的至少三个脚，石墨柱卡装于金属垫片上的脚之间，金属垫片外圆与石墨坩埚内圆相接触。
所述的热等静压用石墨金属包套的制备装置，石墨柱分上层石墨柱、中间石墨柱、下层石墨柱，中间石墨柱一面带圆柱形凸台，另一面带相同尺寸的圆柱形凹孔，上层石墨柱两面都带圆柱形凹孔，下层石墨柱一面带圆柱形凸台，另一面为平面；上层石墨柱、中间石墨柱、下层石墨柱对接，对接后的石墨柱最上表面是凹孔，最下表面是平面；下层石墨柱下表面隔一金属垫片与石墨坩埚底直接接触，金属垫片直径略小于石墨坩埚内径0.5-1.0mm，金属垫片边缘均布900折起的至少三个脚，对接起来的石墨柱下端插入金属垫片的脚之间，金属垫片外圆与石墨坩埚内圆相接触，卡住石墨柱；对接后的石墨柱上表面插入与凹孔直径尺寸相同的金属棒，金属棒套入一片外径与石墨柱外径相同的石墨垫片，该石墨垫片与石墨柱上表面接触；在金属棒的另一端插上带有与金属棒直径尺寸相同凹孔的石墨坩埚盖，通过石墨坩埚盖上面的孔插入金属棒，顶在石墨柱上表面的石墨垫片上。
所述的热等静压用石墨金属包套的制备装置，石墨柱下表面的金属垫片为钼垫片。
本发明的有益效果是：
1、在制造浸金属石墨需要进行热等静压处理，才能使熔融的金属均匀地渗透进石墨材料的孔隙中。本发明采用轴向固定和径向固定法将欲浸金属石墨置于石墨坩埚底部中央，在热等静压处理前通过浇铸的方法，在石墨表面均匀的包覆金属，形成封闭的石墨金属包套。
2、本发明尤其适用于热等静压处理前在圆柱形石墨外表面包覆金属银，制备封闭银包套。采用轴向固定和径向固定法，将欲浸银石墨柱下表面隔一钼垫片与石墨坩埚底直接接触。由于固定了欲浸银石墨柱在坩埚中的位置，缩小了石墨柱与坩埚的间隙，减少了金属银的浸渍余量。
3、本发明钼垫片厚度仅为0.5mm，减少了坩埚内浪费的空间，增加了石墨柱的装入量，降低了制造成本；钼垫片的径向定位效果好，减少了石墨柱外表面包覆银的厚度，也减少了浇铸后的开裂。浇铸出的金属银包覆石墨柱，银包套厚度均匀、完整，提高了成品率。
附图说明：
图1是浇铸银坩埚装配结构示意图。
图2是钼垫片结构示意图。
图中，1石墨柱I；2石墨柱II；3石墨柱III；4钼垫片；5金属钨棒I；6石墨垫片；7石墨坩埚盖；8石墨坩埚；9金属钨棒II；10浇铸口；11脚。
具体实施方式：
本发明在热等静压处理前通过浇铸的方法，在石墨表面均匀的包覆金属，形成封闭的石墨金属包套，包覆金属可以为银、铜、铝或巴氏合金等。
以在石墨柱外表面包覆金属银为例，热等静压处理前，采用轴向固定和径向固定法将圆柱形欲浸银石墨(以下简称石墨柱)置于石墨坩埚底部中央，浇铸金属银，使石墨柱外表面包覆金属银，制备封闭银包套。如图1所示，将欲浸银石墨加工成圆柱，一种石墨柱I1一面带圆柱形凸台，另一面带相同尺寸的圆柱形凹孔；另一种石墨柱II2两面都带圆柱形凹孔；还有一种石墨柱III3一面带圆柱形凸台，另一面为平面。将加工好的石墨柱对接起来，石墨柱I1位于中间，石墨柱II2、石墨柱III3分别位于石墨柱I1上、下两端，使其最上表面是凹孔，最下表面是平面。石墨柱III3下表面隔一钼垫片4与石墨坩埚底直接接触，钼垫片4直径略小于石墨坩埚内径0.5-1.0mm，钼垫片边缘均布900折起的4个脚11，两对应脚之间的距离刚好等于欲浸银石墨块的外径，对接起来的石墨柱下端插入钼垫片的4个脚11之间，钼垫片外圆与石墨坩埚内圆相接触，将石墨柱卡住。欲浸银石墨柱上表面插入1根与凹孔直径尺寸相同的长金属钨棒I5，套入一片外径与石墨柱外径相同的石墨垫片6，并且与欲浸银石墨柱II2上表面接触，石墨柱II2上表面的石墨垫片6与石墨坩埚8顶部设置的石墨坩埚盖7之间保持60～80mm的间隙；石墨柱侧面与石墨坩埚8内壁之间保持5～8mm的间隙。在金属钨棒I5的另一端插上带有与金属钨棒直径尺寸相同凹孔的石墨坩埚盖7，通过石墨坩埚盖7上面的小孔插入3～4根金属钨棒II9，顶在石墨垫片6上，石墨坩埚盖7上开有浇铸口10。将这一组装体整体装入石墨坩埚8，让石墨坩埚盖7刚好盖住石墨坩埚8上口。
欲浸银石墨柱I1、石墨柱II2、石墨柱III3通过钼垫片4、石墨坩埚底以及金属钨棒I5、金属钨棒II9、石墨坩埚盖7的支撑作用轴向被固定，又通过钼垫片4的外圆及4个脚、石墨坩埚盖7的支撑作用径向被固定，使欲浸银石墨柱置于石墨坩埚内底部中央，不与坩埚壁接触。
浇铸银时，将装好的石墨坩埚装入真空感应炉内，坩埚上面放置装有金属银的另一坩埚。抽真空后加热，抽真空排气1小时，真空度为100-500Pa，熔融的金属银通过坩埚盖浇铸口10流入石墨坩埚8内，充满石墨柱周围空间，将石墨柱浸入熔融金属银内包覆起来，在1300℃恒温30分钟停炉，冷却后取出，浇铸出的金属银包覆石墨柱，银包套厚度均匀、完整。钨棒的支撑固定作用克服了熔融金属银对石墨柱产生的浮力，使石墨柱不飘浮起来；钼垫片与石墨坩埚盖的径向定位作用使浸银石墨柱碰不到坩埚壁。坩埚内的上部留有足量的金属银，以便下道工序热等静压时不让石墨柱暴露在银的外面。但是由于金属银的膨胀系数比石墨的膨胀系数大得多，浇铸冷却后石墨柱上表面与金属银的交界处会开裂，将石墨上表面暴露出来。因此，在石墨柱II2上表面盖上一片石墨垫片6，将余量银与石墨柱II2隔开，石墨柱表面不再开裂。为了不使石墨垫片6飘浮起来，通过石墨坩埚盖上面的小孔插入3～4根金属钨棒II9，顶在石墨垫片6上。
Claims (5)
1、一种热等静压用石墨金属包套的制备装置，其特征在于：该装置设有石墨柱、金属棒、石墨垫片、金属垫片、石墨坩埚盖、石墨坩埚、浇铸口，石墨坩埚内装有石墨柱，石墨柱下表面隔一金属垫片与石墨坩埚底接触，石墨柱上表面和侧面留有用于填充金属的间隙，石墨柱上表面与石墨坩埚顶部设置的石墨坩埚盖之间插设有金属棒，石墨柱上表面设有石墨垫片，金属棒穿过该石墨垫片，石墨坩埚盖上开设有浇铸口。
2、按照权利要求1所述的热等静压用石墨金属包套的制备装置，其特征在于：石墨柱上表面的石墨垫片与石墨坩埚顶部设置的石墨坩埚盖之间保持60～80mm的间隙；石墨柱侧面与石墨坩埚内壁之间保持5～8mm的间隙。
3、按照权利要求1所述的热等静压用石墨金属包套的制备装置，其特征在于：金属垫片直径略小于石墨坩埚内径0.5-1.0mm，金属垫片边缘均布90°折起的至少三个脚，石墨柱卡装于金属垫片上的脚之间，金属垫片外圆与石墨坩埚内圆相接触。
4、按照权利要求1所述的热等静压用石墨金属包套的制备装置，其特征在于：石墨柱分上层石墨柱、中间石墨柱、下层石墨柱，中间石墨柱一面带圆柱形凸台，另一面带相同尺寸的圆柱形凹孔，上层石墨柱两面都带圆柱形凹孔，下层石墨柱一面带圆柱形凸台，另一面为平面；上层石墨柱、中间石墨柱、下层石墨柱对接，对接后的石墨柱最上表面是凹孔，最下表面是平面；下层石墨柱下表面隔一金属垫片与石墨坩埚底直接接触，金属垫片直径略小于石墨坩埚内径0.5-1.0mm，金属垫片边缘均布90°折起的至少三个脚，对接起来的石墨柱下端插入金属垫片的脚之间，金属垫片外圆与石墨坩埚内圆相接触，卡住石墨柱；对接后的石墨柱上表面插入与凹孔直径尺寸相同的金属棒，金属棒套入一片外径与石墨柱外径相同的石墨垫片，该石墨垫片与石墨柱上表面接触；在金属棒的另一端插上带有与金属棒直径尺寸相同凹孔的石墨坩埚盖，通过石墨坩埚盖上面的孔插入金属棒，顶在石墨柱上表面的石墨垫片上。
5、按照权利要求1所述的热等静压用石墨金属包套的制备装置，其特征在于：石墨柱下表面的金属垫片为钼垫片。
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