CN103240402B - 一种颗粒增强铝基复合材料铸锭的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种颗粒增强铝基复合材料铸锭的生产方法，该方法将小球形多孔体自然堆积于铸造模具内腔，用真空‑压力浸渗金属液的方法，生产铸坯，再将复合材料铸坯经挤压、轧制或锻造等热塑性，获得颗粒增强金属基复合材料制品，不仅生产工艺简单、生产成本低，制品的性能也比粉末法高。

Description

一种颗粒增强铝基复合材料铸锭的生产方法

技术领域

一种颗粒增强铝基复合材料铸锭的生产方法，采用将小球预制体的堆积床通过真空-压力浸渗的液相法生产铸坯，尤其属于用于二次加工的铸造颗粒增强铝基复合材料坯料的制造方法。

背景技术

金属基复合材料被誉为21世纪的材料，是满足信息时代高速发展所提出的全面要求的新型材料。金属基复合材料在发挥基体材料优良性能的基础上还具有其它组原材料的特点，特别是它能充分发挥各组成材料的协同作用。颗粒增强铝基复合材料是金属基复合材料(MMC)中最具有广泛应用前景的一种新型高方法材料。由于其优异的高温强度，高耐磨性，高比刚度等力学性能和良好的可加工性等优点，已经在航空航天、汽车、军工、原子能、机械制造等行业结构材料或功能结构材料得到了广泛的应用。

铝基复合材料近年优先发展的新材料。其中颗粒、晶须、短纤维等非连续增强的铝基复合材料因为可以应用传统的合金材料成形工艺制取且具有各向同性和良好的二次加工性而受到重视。尤其是陶瓷颗粒，来源广泛。价格低廉，用颗粒增强的铝基复合材料其性能可与钛台金媲美，而价格不到钛合金的十分之一，因而被誉为有突破性进展的材料并已投入实用。最近，高体积分数的颗粒增强铝基复合材料还由于其高刚度、高耐磨、高屏蔽性、高热导率及低热膨胀系数等特性在机械结构、功能结构等方面有了新的应用前景。具备用作为货运飞机、车辆地板、轻质装甲、履带、刹车片、射线或中子屏蔽板等。随着颗粒增强铝基复合材料的研究深入和应用领域的扩大，大尺寸结构件的需求也不断出现。

高体增强颗粒积分数的铝基复合材料的制造方法，目前比较成功的是粉末冶金法和铝液浸渗法。粉末冶金法是将铝合金的颗粒和陶瓷颗粒混合、固化成锭块，再经挤压、轧制、锻造等二次加工成制备金属基复合材料制品。固化方法有多种，常用的方法，一是将复合材料组成物的粉末置于模具中，经冷压、除气后加热至固相线以下或固液两相区后加压密实化；二是将复合坯料经冷压到一定密度后在三向应力条件下加热固化至全密度的热等静压与准等静压。等静压的压力传递介质是高压氢、氮等流体介质。准等静压的压力传递介质是固相陶瓷颗粒。固化后在经过变形加工，成为复合材料中间制品或终产品。粉末冶金法工艺成熟、性能稳定、应用范围广，但原材料价格高、设备费用高、生产成本高、大尺寸产品生产鲜有报道。

浸渗法是预先将颗粒加粘结剂和添加剂一起压制成具有一定孔隙率的预制坯，将坯置于金属模型内).然后在压力下注入铝液，使铝液浸渗到颗粒之间，随后凝固成铸造品。控制好预制体的预热温度、铝液注入温度、压力大小是这种方法的关键参数，能获得合格的铸造品。粗颗粒之间的间隙比较大，铝液容易浸渗均匀，细颗粒之间则因毛细现象严重而须屡加高压。这种方法的优点是不必太多考虑铝液和颗粒之间的润湿性和反应性及比重差，工艺稳定性好，所制取的复合材科的组织与性能优良。用铸造法制取颗粒增强铝基复合材料工序少，工艺简单，成本最低，也最容易实现大规模工业化生产，因此是研究最活跃和前途广阔的可实用工艺方法。加拿大、美国、英国等在90年代初期已建成或正在兴建批量铸造生产这种复合材料的工厂，铸锭和各种型材及制品已有出售。

液相浸渗法制品，基体是由金属液凝固而成，有铸造的性能特征。近期的研究表明，与同类普通复合材料相比，以大比率热挤出的结构设计复合材料断裂韧性可提高32％，已接近基体合金的断裂韧性水平。大挤压比热挤压的材料的断裂功大大提高，断裂过程呈现阶段性，完全改变了传统复合材料的断裂模式，避免了普通颗粒增强金属基复合材料突发灾难性失效的缺点。大尺寸颗粒增强铝基复合材料的应用领域已经明朗。非连续增强，尤其是颗粒增强的MMCP又以其可进行二次压力加工和其它机加工而逐渐受到青睐。但随着增强粒子含量的增加，其可加工性能大为下降，这又大大困扰着材料制造者。一研究结果表明，高性能、大尺寸的颗粒增强的铝基复合材料制品的工业化生产的最佳流程是：大尺寸液相法制坯-大挤压比热挤压，轧制-后继精整处理。要解决MMCP的商业化批量生产，必须进行MMCP铸件的挤压加工，使其成为可进一步加工的型材。

颗粒增强的铝基复合材料粉末冶金法制造大尺寸锭坯，需要热等静压设备，设备昂贵、生产工艺复杂、成本高。铝液浸渗法是一种低成本的金属基复合材料方法，但随着锭坯尺寸变大，方法的适应性变得困难。目前，业迫切需要高陶瓷颗粒含量的颗粒增强铝基复合材料热高性能、低成本、高生产率的型材、板材制造方法，包括大尺寸、高致密度的高陶瓷颗粒含量的颗粒增强铝基复合材料铸坯。

发明内容

本发明的目的是开发高含量增强颗粒的铝基复合材料的铸坯，尤其是大尺寸铸坯用于进一步的塑性变形加工原料的方法。

本发明是这样实现以上目的，根据铝基复合材料成分，选定一定粒度的增强剂(颗粒、晶须或短纤维等)、造孔剂、粘结剂或其它少量添加剂等按规定比例混合均匀，用造球机压制成几种不同直径的圆球素坯。然后将素坯在较低温度加热和保温脱除造孔剂，再在较高温度下烧结，最后得到规定孔隙率的圆球预制体。为使孔隙分布均匀，按一定的体积比将不同小球直径混合均匀，装入带真空系统接口和浸渍口的金属模具的内腔中。将装料的金属桶模具浸渍口用铝片密封、放入加热炉中边加热，边抽真空，当温度达到约600℃左右时，将浸渍口浸入铝合金熔池液面以下，密封铝片在高温下熔化后，金属液在真空的作用下，被吸入模具中，先沿球间隙通道充满，随后进一步向预制小球内的毛细孔隙浸渗。预计完全充满和浸渍完全后，从坩锅中取出模具，立即置于高压罐中，并将高压罐的密封盖锁紧后，通入压缩空气，在高压的作用下，金属液对残存的微细空隙进一步充填。保持高压一定时间，随着温度降低，最后金属完全凝固。将高压罐放气、开启、取出模具、打开模具，清理后得到铝基复合材料铸坯。

采用多孔预制件真空-压力浸渗工艺制造小尺寸的铝基复合材料制品是一种低成本的制造方法。但是，对较大体积的整体性完好的多孔预制坯的浸渗，其效果明显不如有裂纹的预制坯的浸渗效果。进一步研究发现，随着预制坯裂纹越多，甚至全部破碎成块，浸渗效果越好。受此现象为启发，本发明对整体预制坯和破碎预制坯的浸渗机制研究和以各自不同的模式进行浸渗工艺实验，得到如下结论：(1)大尺寸预制坯制造过程复杂，很难制造出空隙率一致的坯体，由于收缩，预制坯很难与模具完全匹配；浸渗过程基本是均匀浸渗，即金属液首先包围坯体，然后由四周中心浸渍，内部被包围滞留的气体对浸渗液体形成阻止作用，最后浸渗效果不好。(2)粒状预制块装入模具，组成堆积预制型，预热后，利用真空-压力将金属液引入的浸渗属于不均匀浸渗。不均匀浸渗的过程很容易进行，阻力小，金属液头平面推进形状前沿、指状推进，最后在真空-压力下得到完全的浸渗。(3)将破碎预制块进行工艺优化，为了使增强颗粒分布更均匀、装模具流动性好，将预制块制成不同直径的球形，按一定比例混合、松装自然堆积，大大简化生产。最大球体的直径应在生产条件下被完全浸渗，通常经实验确定。

本发明认为真空-压力浸渗是一种最佳的液相法制造颗粒增强金属基复合材料的之一。在一定过热度(即高于液相线一定的温度)下，液态金属的粘度较低，流动性好。但因增强体(纤维、晶须或陶瓷颗粒)尺寸小，在复合材料中所占的体积百分数大，造成增强体之间的空隙十分微小，以致液态金属在该空隙流动时遇到巨大阻力，包括粘滞阻力、不湿润系统的毛细阻力、因凝固造成通道缩小或堵塞引起的凝固阻力、间隙中滞留气体被压缩时的反压等，从而使渗透过程变得颇为困难。毛细阻力取决于金属液在增强体的润湿角、间隙的几何特征及表面张力。从热力学上讲，不润湿系统不可能完全克服毛细阻力。相反，如果是润湿系统，这种毛细阻力会转变成促进浸渗的动力。克服凝固阻力的基本方法是使金属液在凝固发生之前完成浸入过程。粘滞阻力可用达西定律近似估计，它取决于金属液的枯度、流速和间隙大小及几何特征等因素。上述诸项阻力如果完全靠加大金属液的充填压力，所需的压力很高。巨大压力不便制备大尺寸和结构复杂的构件及模具设计。因此，通常是多种措施同时配合使用。如改进表面的润湿条件，模具预热，抽真空，金属液加压等。真空压力浸渗成为一个典型制造方法，这种工艺简便，制造周期短，费用低，对于中小尺寸、结构复杂的构件有极大优势，是金属基复合材料制造工艺的重要发展方向。

但是真空压力浸渗工艺应用于大尺寸、高致密度的高陶瓷颗粒含量的颗粒增强铝基复合材料铸坯项目研发初期，采用普通的整体预制坯，将预制坯装入模具、预热、真空-压力浸渗的工艺流程，发现方法上存在很大的困难。存在的方法难题较多：

预制坯的尺寸越大，预制多孔坯的制造难度越大。不仅难于保证孔隙率的均匀一致；预制坯的强度也要相应提高，以保证预制坯转移过程破碎或浸渗压力下开裂，为此一般采用加大粘接剂用量，粘接剂残留多，有可能污染最后的复合材料产品。

预制坯的空洞尺寸一般都很小，液体金属在其中的浸渗阻力与空隙等效半径的平方成反比，因此，金属液浸渗阻力本身已经较大，而金属液中的氧化物或其它固体夹杂物难于通过微孔，形成堵塞或形成滤饼，金属液通道的被堵塞。大尺寸预制多孔坯的浸渗路程长，造成浸渗完整性变差。

整体多孔预制体的浸渗属于均匀浸渗。陶瓷顺粒尺寸微小(微米级)，在复合材料中所占的体积百分数大，造成增强体预制坯的空隙十分微小，以致液态金属在该空隙流动时遇到巨大阻力，阻力包括：粘滞阻力、不湿润系统的毛细阻力、因凝固造成通道缩小或堵塞引起的凝固阻力、间隙中滞留气体被压缩时的反压等。多种阻力共同作用使渗透过程变得颇为困难。毛细阻力取决于金属液在增强体的润湿角、间隙的几何特征及表面张力。从热力学上讲，不润湿系统不可能完全克服毛细阻力。相反，如果是润湿系统，这种毛细阻力会转变成促进浸渗的动力。克服凝固阻力的基本方法是使金属液在凝固发生之前完成浸入过程。排除气体反压力的有效途径是在金属液浸入以前用真空法排气。粘滞阻力可用达西定律近似估计，它取决于金属液的枯度、流速和间隙大小及几何特征等因素。上述诸项阻力如果完全靠加大金属液的充填压力，则所需的压力很高。巨大压力不便制备大尺寸预制坯及模具。因此，通常是多种措施同时配合使用。如改善颗粒表面的润湿条件，模具预热，抽真空，金属液加压等。真空压力浸渗便是一个典型制造方法。

颗粒增强金属基复合材料大件需求增加，但生产方法不足以为，大尺寸金属基复合材料制品，例如飞机、汽车、交通耐磨地板，核电站热中子屏蔽板，装甲核子屏蔽板等。预制坯的尺寸越大，浸渗距离越远、时间越长，浸渗时的散热致使浸渗能力下降甚至浸渗液头黏度逐渐升高，浸渗效果变差。

铸造法的主要优点是可生产形状比较复杂的复合材料零件，并且容易实现批量生产。但是，由于制备温度高，加之镁的化学活性很强，制备过程中容易发生过量的界面反应。降低浸渗温度和浸渗时间也是均匀浸渗必须正视的问题。破碎的预制坯浸渗变成了不均匀浸渗。当预制体存在类似裂纹或其它类型的贯通性空隙时，金属浸渗必然首先在贯通性通道中流动。与均匀浸渗，金属液沿微孔浸渗相比，宏观通道中的阻力几乎可以忽略小，因此能快速充满。宏观通道充满金属液后，在真空和压力的作用下，金属液以均匀浸渗的方式继续向微小空隙充填。如果液体金属的浸渗首先沿大界面通道快速充满大尺寸空洞，然后以较慢的速度横向浸渗浸入微细通道。显然不均匀浸渗浸渗时间短，浸渗难度小。浸渗效果比均匀浸渗效果好得多。

为了获得最佳的不均匀浸渗效果，我们进一步专门研究不同形态的预制坯对金属液浸渗影响的规律。发现，多角形的碎块在模具中堆积成预制体，虽然能获得很好的浸渗效果，但凝固后，陶瓷颗粒在组织中的分布很不均匀，这时用于不规则碎块的接触间隙无法控制。为获得精确的结果，采用各种小直径预制球在模具中堆积成大尺寸球床预制坯。当把球体的直径不超过规定条件(浸渍温度、压力、时间、金属液的润湿特征等)的浸渗距离，球体相邻直径比大于7时，既能浸渗充分，也能保证凝固后组织中陶瓷颗粒的分布均匀性复合设计标准。经分析发现，在铝合金6061-(300～600目)碳化硼的体系中，当大球的直径为8毫米，小粒平均直径依次为1.2、0.2毫米等，大球和小粒的质量比大体按73∶14∶13配料，相比浸渗效果和最后的复合材料组织中碳化硼颗粒分布均匀性是最佳的。

按规格和质量取增强陶瓷颗粒、造孔剂、粘接剂等，混合配料，在100～150MPa下模压成预制坯小圆球；然后将预制坯小球置于烧结炉中，以5～8℃/min速度升温至850～950℃，保温40～60分钟，然后随炉冷却至室温。从炉子中取出，分拣出连体小球、有缺陷的小球，得到球形多孔烧结体。

浸渗模具内部空腔的主体是球体堆积的容器，尺寸根据需要设置，可以是复合材料成形制品，也可以是挤压或锻造的坯料。对用于挤压加工的复合材料挤压坯，以挤压压力筒的坯料要求设计。模具浸渗后的金属液在降温过程的凝固收缩应该得到液体金属的连续补缩。浸渗体的散热按单向形成温度梯度并在末端有较高温度的金属液作为冒口。一般采用铸件缩相似的设计准则，设定模具斜度、保温涂料和设置保温套。

将大球和小球的质量配料，混合均匀，分批倒入浸渗模具，自然堆积，按层刮平，直至装填到模具预定位置，将模具吸液口用铝片密封。接到真空系统的管道后，置于加热炉中，边加热边抽真空，到约500℃-600℃时保温15分钟。然后将吸液口向下浸入约800℃以上的洁净铝合金液表面以下一定深度，在真空的作用下，金属液向模具中的小球堆积体中浸渗，保持20分钟，直至浸渗完全。然后将浸渗模具从坩锅中提出并迅速放入高压罐中并密封，开启压缩空气阀门，将罐内的气压升高到3MPa以上、保持30分钟以上。待金属液完全凝固后，开启高压罐，取出模具，打开模具，取出复合材料铸坯。

浸渗操作前，将模具接到真空系统后，置于加热炉中，边加热边抽真空，到约500℃-600℃时温度并保温30分钟。然后将吸液口2向下浸入约800℃以上的洁净铝合金液表面以下一定深度，在真空的作用下，金属液向模具中的球床14中浸渗并充满保温冒口套5的内部空间，真空作用持续20分钟以上，直至浸渗完全。然后将浸渗模具从坩锅中提出并迅速放入高压罐中，将模具位置固定垂直后，松开锁紧螺栓10，撤去模具盖7。开启压缩空气阀门，对高压罐充气，使气压逐步升高到3MPa以上，然后保持60分钟以上。待金属液完全凝固后，关掉高压气源的阀门并放掉高压罐内的压缩气体。然后开启高压罐，取出模具，再将复合材料铸坯从模具1中脱出。

将复合材料铸坯沿轴线和横断面切开，磨光并腐蚀，目视观察和低倍观察，发现，浸渗效果很好，没有目视可见的浸渗不良的缺陷。在低倍显微镜下观察浸渗细节，发现个别微观部位，主要是陶瓷颗粒团聚出，存在金属浸渗空白，但尺寸都较小，基本和金属铸锭的铸造缺陷类似。复合材料铸坯内存在流道式金属条带，即金属液在真空驱动浸渗过程，金属液沿球体间隙流动冲成的液流，浸渗完成后没有完全回复到原位。显然是一种细观陶瓷颗粒分布不均匀缺陷，条带内，陶瓷颗粒很少或陶瓷颗粒空白区。合材料铸坯密度测量采用高纯酒精浮力法，即将一块实验分别在大气和酒精液中用高精度天平承重，从量筒观察名义体积，计算体积。差值认为是空隙，孔隙率小于5％。铸造坯料的力学性能，与尺寸有关，铸造坯料尺寸较小时，强度较高，塑性较低，尺寸越大，强度越低。

将铸坯清理、初加工，然后根据不同塑性变形的工艺要求，将铸坯加热、塑性成形制造成复合材料锻件或棒材、型材、板材等中间件。也能以铸坯为锻造坯，经模锻制备成形零件。铸造缺陷在后继的塑性变形过程将不同程度被消除。其中，存在于铸造坯料中的流道式金属条带在变形后将被改变，改变的程度取决于变形程度，变形程度到一定程度时，会被彻底消除。例如，铸造坯料的挤压比大于20，几乎看不到铸造的缺陷和不均匀残留的痕迹。35％B4Cp/6061铸坯500℃加热并热挤压，然后将挤压板进行热轧，轧制温度为410℃，沿平行于挤压方向进行交叉轧制，可以制备出高质量、高性能的薄板。轧制态为35％B4Cp/6061：σs＝542.51MPa，σb＝666.09MPa，δ＝4.91％。轧制变形对挤压过程中形成的B4C颗粒条带状不均匀分布也具有改善的作用：轧制过程中，B4C颗粒破碎不明显、形貌轻度呈钝化趋势，随着轧制变形量的增加，B4C颗粒分布趋于均匀。

附图说明

附图1为金属复合材料铸坯的模具剖面图

1-壳体

2-吸液口

3-吸液口锁紧帽

4-铝合金密封片

5-保温套

6-金属网

7-模具上盖

8-法兰

9-金属密封环

10-锁紧螺栓

11-真空-压力系统接口

12-外接管

13-高温密封环

14-预制体小球床

金属基复合材料铸坯的模具由：壳体(1)，吸液口(2)，吸液口锁紧帽(3)，铝合金密封片(4)，保温套(5)，金属网(6)，模具上盖(7)，法兰(8)，金属密封环(9)，锁紧螺栓(10)，真空-压力系统接口(11)，外接管(12)，高温密封环(13)，预制体小球床(14)等构成。

模具组装操作过程如下：将壳体(1)的吸液口(2)铝合金密封片(4)盖口，把吸液口锁紧帽(3)旋紧密封。将预制体小球床(14)按规定的质量比配料、混合均匀，分批倒入浸渗模具内，逐层自然堆积并刮平，直至装填到模具预定位置。将金属网(6)压在预制体小球床(14)上。把绝热材料制成的保温套(5)压在金属网(6)上，将金属密封环(9)放在法兰(8)的密封面上，将模具上盖(7)的法兰与模具的法兰对准、用锁紧螺栓(10)紧固。最后把模具的真空-压力系统接口(11)、高温密封环(13)、外接管(12)连接。

浸渗操作前，将模具接到真空系统后，置于加热炉中，边加热边抽真空，到约500℃-600℃时温度并保温30分钟。然后将吸液口(2)向下浸入约800℃以上的洁净铝合金液表面以下一定深度，在真空的作用下，金属液向模具，铝合金密封片(4)被加热熔化，金属液被吸入球床(14)，金属液体很快充填小球间隙大的流道，并充满保温套5的内部空间，然后多方向逐渐浸渗小球内部，真空作用持续20分钟以上，直至毛细孔浸渗完全。

然后将浸渗模具从坩锅中提出并迅速放入高压罐中，将模具位置固定垂直后，松开锁紧螺栓(10)，撤去模具盖(7)。开启压缩空气阀门，对高压罐充气，使气压逐步升高到3MPa以上，然后保持60分钟以上，保持高压期间，金属液进一步向毛细孔浸渗，冒口的液体金属不断补充，避免了收缩空洞的形成。待金属液完全凝固后，关掉高压气源的阀门并放掉高压罐内的压缩气体。然后开启高压罐，取出模具，再将复合材料铸坯从模具(1)中脱出。

将铸坯清理、初加工，然后根据不同塑性变形的工艺要求，将铸坯加热、塑性成形制造成复合材料锻件或棒材、型材、板材等中间件。

具体实施例：

35％B4Cp/6061铸坯制造

相关部门制定的AP100铬铝陶瓷中子吸收板研制方法条件规定的主要指标包括：铬碳化硼颗粒增强铝基复合材料，板材尺寸为4370x190X(2.7～6.0)毫米，基体是铝合金6061(含一定量的铬元素)，碳化硼含量31～45％，抗拉强度不小于275MPa，屈服强度不小于230MPa，延伸率不小于2％，60年寿期(包括加速腐蚀、加速辐照、短期长期高温实验等)。核电燃料格架屏蔽板的试制，采用以下的生产流程：粉末混合——压球——烧结——真空-真空压力浸渗-铸坯-热挤压-退火-温轧-矫直-阳极化-剪切-产品。上述流程中，铸坯制造是最重要的环节。

将300～600目粒度的碳化硼、造孔剂碳酸氢铵和粘接剂乙阶酚醛树脂粉末等，按生产所需比例混合配料，用手动单冲压丸机模压成预定尺寸的预制坯小圆球；然后将预制坯小球置于烧结炉中，以5～8℃/min速度升温至900℃，保温40分钟，得到球形多孔烧结体。将大小球配料混合、分批倒入模具、置于加热炉加热到约550℃，然后浸入850℃铝液表面以下。靠真空将金属液向小球堆积体中浸渗。然后将模具迅速转入高压罐。待金属液完全凝固后，得铸坯。经检查，浸渗效果很好，孔隙率约为4％以下。铸造坯料的力学性能，与尺寸有关，铸造坯料尺寸较小时，强度较高，塑性较低，尺寸越大，强度降低。

铸造坯料挤压成板材，其组织，铸造缺陷消失。然后将挤压板能进一步进行热轧，制备出了较高性能的板材。各种方法指标复合铬铝陶瓷中子吸收板的方法条件。

Claims (2)

1.一种用作塑性加工坯料的金属基复合材料坯生产方法，其特征在于：将复合材料的多孔预制体制成多孔小圆球形，在铸坯模具中堆积成松散球床预制体，经预热、真空-压力浸渗金属液、凝固后成为金属基复合材料铸坯；

所述的金属基复合材料坯为铬碳化硼颗粒增强铝基复合材料，其生产流程为：粉末混合-压球-烧结-真空-真空压力浸渗-铸坯-热挤压-退火-温轧-矫直-阳极化-剪切-产品，具体的工艺为：将300～600目粒度的碳化硼、造孔剂碳酸氢铵和粘接剂乙阶酚醛树脂粉末，按生产所需比例混合配料，用手动单冲压丸机模压成预定尺寸的预制坯小圆球；然后将预制坯小球置于烧结炉中，以5～8℃/min速度升温至900℃，保温40分钟，得到球形多孔烧结体，将大小球配料混合、分批倒入模具、置于加热炉加热到550℃，然后浸入850℃铝液表面以下，靠真空将金属液向小球堆积体中浸渗，然后将模具迅速转入高压罐，待金属液完全凝固后，得铸坯。

2.如权利要求1所述的金属基复合材料坯生产方法，其特征在于：所述铸坯模具由壳体(1)，吸液口(2)，吸液口锁紧帽(3)，铝合金密封片(4)，保温套(5)，金属网(6)，模具上盖(7)，法兰(8)，金属密封环(9)，锁紧螺栓(10)，真空-压力系统接口(11)，外接管(12)，高温密封环(13)，预制体小球床(14)构成；

模具组装操作过程如下：将壳体(1)的吸液口(2)用铝合金密封片(4)盖口，把吸液口锁紧帽(3)旋紧密封，将预制体小球床(14)按规定的质量比配料、混合均匀，分批倒入浸渗模具内，逐层自然堆积并刮平，直至装填到模具预定位置，将金属网(6)压在预制体小球床(14)上，把绝热材料制成的保温套(5)压在金属网(6)上，将金属密封环(9)放在法兰(8)的密封面上，将模具上盖(7)的法兰与模具的法兰对准、用锁紧螺栓(10)紧固，最后把模具的真空-压力系统接口(11)、高温密封环(13)、外接管(12)顺次连接。