CN103286850A - 石墨坩埚一次成型方法及其专用模具 - Google Patents

石墨坩埚一次成型方法及其专用模具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨坩埚一次成型方法及其专用模具，包括阴模和模芯，所述模芯同圆心设于所述阴模内；模芯的上部设有折弯边，所述折弯边覆盖于所述阴模的上端，模芯轴向剖视投影底部呈半圆形。一种石墨坩埚的一次成型方法，包括如下步骤：磨粉、配料、混捏、轧片、磨粉、等静压成型、焙烧、石墨化、表面处理。从上述工作过程可知，用本发明制作石墨坩埚，大大缩短了生产周期，节约了能源，而且成型的坩埚壁厚均匀、质量一致，提高了坩埚的使用寿命。

Description

石墨坩埚一次成型方法及其专用模具
技术领域
本发明属于石墨坩埚的成型技术领域，尤其涉及一种石墨坩埚的一次成型方法及其专用模具。
背景技术
目前生产熔融单晶和金属用石墨坩埚是用圆柱形石墨坯料通过机械加工的方法来实现的，即：在制作坩埚成品时需要将圆柱形石墨坯料的中部掏成中空碗形，这就使得坩埚生产时的材料浪费大，生产周期长，同时，由于圆柱形坯料的内外质量存在差异，加工出来的坩埚产品质量不均匀，极易影响坩埚的使用效果及其寿命。为了保证坩埚达到使用要求、延长坩埚使用寿命，在圆柱形石墨坯料生产过程中，必须至少进行三焙二浸等加工步骤（如图1所示），从如图1所示可知，每次焙烧需30～40天时间，然后再放入高压容器内的沥青中浸渍8～12小时，如此往复，将最后一次焙烧得到的焙烧品坩埚再经石墨化处理、表面加工处理及机械掏空后才得到用户要求的石墨坩埚。因此，现有技术中坩埚生产周期长、单位产品的能耗高、生产成本高不言而喻。近些年来，坩埚生产厂家均致力于研究可一次成型的坩埚生产方法。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种石墨坩埚一次成型方法及其专用模具，可缩短坩埚生产周期，减少坩埚坯料浪费，还可提高坩埚质量，延长坩埚的使用寿命。 
本发明通过以下技术方案实现： 
石墨坩埚专用模具，包括阴模和模芯，所述模芯同圆心设于所述阴模内；模芯的上部设有折弯边，所述折弯边覆盖于所述阴模的上端，模芯轴向剖视投影底部呈半圆形。
本发明的进一步改进方案为：所述阴模和模芯之间的夹腔与石墨坩埚尺寸匹配。
本发明的进一步改进方案为：所述折弯边的外边部设有一圈限位缺口，阴模上端位于限位缺口内。
本发明的进一步改进方案为：所述折弯边与模芯轴线呈90°设置。
一种石墨坩埚的一次成型方法，包括如下步骤：
1).磨粉：将沥青焦及石油焦磨成粉料；
2).配料：将沥青焦与石油焦按30～40：60～70的质量比进行配比；
3).混捏：将磨成粉后的沥青焦和石油焦粉加入混捏锅中搅拌，混捏温度为150～200℃，再向混捏锅中加入熔化后的沥青，继续搅拌2.5～3.5ｈ后至沥青完全浸润粉料颗粒成为糊料；
4).轧片：将糊料加入轧片机中轧成料片；
5).磨粉：将料片磨成粉料；
6).等静压成型：将步骤5)得到的粉状物料加入专用模具中，并对专用模具作密封处理，然后将其放入等静压成型机中，压力为150～200MPa下，等静压成型30～90min，成型密度为1.65～1.75g/cm3； 
7).将步骤6)得到的坩埚坯料放入坩埚焙烧炉中进行750～1000℃焙烧，得焙烧品坩埚；
8).将焙烧品坩埚装入石墨化炉中进行2500～3000℃的石墨化处理，得石墨坩埚。
本发明的进一步改进方案为：步骤1）中所述的磨粉，是将沥青焦及石油焦磨成15～25μm的粉料。
本发明的更进一步改进方案为：步骤4）中所述的轧片是将糊料轧成1～2mm厚的料片。
本发明的更进一步改进方案为：步骤5）中所述的磨粉是将料片磨成75μm以下的粉料。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
一、本发明将石墨坯料生产过程中的粉料直接加入模具中等静压成型，由于等静压成型后的石墨坯料为中空结构，其质量要比实心圆柱体坯料小得多，因此只须经过一次焙烧和石墨化即可得到石墨坩埚成品，不仅可以避免圆柱形石墨坯料的二次加工带来的坯料浪费，而且大大缩短了生产周期，节约了能源，更为重要的是，由于采用专用模具等静压成型，成型的坩埚壁厚均匀、质量一致，提高了坩埚的使用寿命。
二、由于本发明是在石墨坯料生产过程中将粉料直接加入模具中等静压成型，因此，生产过程中不易出现废品，成品率高。
综上，采用本发明提供的石墨坩埚一次成型方法可大大缩短生产周期，有效节约生产成本，降低单位产品的能耗。
附图说明
图1为现有技术工艺流程图；
图2为本发明工艺流程图；
图3为本发明的专用模具轴向剖视示意图。
图4为图3A-A剖视示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
图3及图4所示的是石墨坩埚专用模具的实施例，石墨坩埚专用模具，包括阴模1和模芯2，所述模芯2同圆心设于所述阴模1内；模芯2的上部设有折弯边21，所述折弯边21覆盖于所述阴模1的上端，模芯2轴向剖视投影底部呈半圆形22。
所述阴模1和模芯2之间的夹腔与石墨坩埚尺寸匹配。
所述折弯边21的外边部设有一圈限位缺口23，阴模1上端位于限位缺口23内。
所述折弯边21与模芯2轴线呈90°设置。
本实施例制作石墨坩埚的具体步骤为：
1).磨粉：将沥青焦及石油焦磨成20μm以下的粉料；
2).配料：将沥青焦与石油焦按35：65的质量比进行配比；
3).混捏：将磨成粉后的沥青焦和石油焦粉加入混捏锅中搅拌，混捏温度为180℃，再向混捏锅中加入熔化后的沥青，继续搅拌3ｈ后至沥青完全浸润粉料颗粒成为糊料；
4).轧片：将糊料加入轧片机中轧成1.5mm厚的料片；
5).磨粉：将料片磨成75μm以下的粉料；
6).等静压成型：将步骤5)得到的粉状物料加入专用模具中，并对专用模具进行密封处理（用塑料薄膜包覆整个模具后将其抽成真空，使塑料薄膜密封专用模具），然后将其放入等静压成型机中，压力为180MPa，等静压成型50分钟，成型密度为1.7g/cm3； 
7).将步骤6)得到的坩埚坯料放入坩埚焙烧炉中进行850℃焙烧，得焙烧品坩埚；
8).将焙烧品坩埚装入石墨化炉中进行2650℃的石墨化处理，得石墨坩埚。
将步骤8)得到的石墨坩埚进行表面精处理后（例如打磨等）即可得用户要求的成品石墨坩埚。

Claims (8)

1.石墨坩埚专用模具，其特征在于：包括阴模(1)和模芯(2)，所述模芯(2)同圆心设于所述阴模(1)内；模芯(2)的上部设有折弯边(21)，所述折弯边(21)覆盖于所述阴模(1)的上端，模芯(2)轴向剖视投影底部呈半圆形(22)。
2.如权利要求1所述的一种石墨坩埚专用模具，其特征在于：所述阴模(1)和模芯(2)之间的夹腔与石墨坩埚尺寸匹配。
3.如权利要求1或2所述的一种石墨坩埚专用模具，其特征在于：所述折弯边(21)的外边部设有一圈限位缺口（23），阴模(1)上端位于限位缺口（23）内。
4.如权利要求1或2所述的一种石墨坩埚专用模具，其特征在于：所述折弯边(21)与模芯(2)轴线呈90°设置。
5.一种石墨坩埚的一次成型方法，其特征在于包括如下步骤：
1).磨粉：将沥青焦及石油焦磨成粉料；
2).配料：将沥青焦与石油焦按30～40：60～70的质量比进行配比；
3).混捏：将磨成粉后的沥青焦和石油焦粉加入混捏锅中搅拌，混捏温度为150℃～200℃，再向混捏锅中加入熔化后的沥青，继续搅拌2.5～3.5ｈ后至沥青完全浸润粉料颗粒成为糊料；
4).轧片：将糊料加入轧片机中轧成料片；
5).磨粉：将料片磨成粉料；
6).等静压成型：将步骤5)得到的粉状物料加入专用模具中，并对专用模具作密封处理，然后将其放入等静压成型机中，压力为150～200MPa下，等静压成型30～90分钟，成型密度为1.65～1.75g/cm3； 
7).将步骤6)得到的坩埚坯料放入坩埚焙烧炉中进行750℃～1000℃焙烧，得焙烧品坩埚；
8).将焙烧品坩埚装入石墨化炉中进行2500℃～3000℃的石墨化处理，得石墨坩埚。
6.如权利要求5所述的一种石墨坩埚的一次性成型方法：其特征在于：步骤1）中所述的磨粉，是将沥青焦及石油焦磨成15～25μm的粉料。
7.如权利要求5所述的一种石墨坩埚的一次性成型方法，其特征在于：步骤4）中所述的轧片是将糊料轧成1～2mm厚的料片。
8.如权利要求5所述的一种石墨坩埚的一次性成型方法：其特征在于：步骤5）中所述的磨粉是将料片磨成75μm以下的粉料。
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