CN104308952A - 一种制造石膏模具的装置及制造石膏模具的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制造石膏模具的装置及制造石膏模具的方法，所述制造石膏模具的装置其包括金属底盘和上盖，所述上盖盖合在金属底盘上，内部形成石膏模具的型腔，所述上盖的一侧设有原料进口，另一侧设有原料出口；所述金属底盘对应型腔的底部均布有金属柱，所述金属柱的热传导系数大于金属底盘的热传导系数。本发明制造石膏模具的方法生产出来的石膏模具可以改善石膏模具因孔洞尺寸与分布不均匀所造成的产品缺陷，可以取得一个具有均匀分布的单向性孔洞的石膏模具。

Description

一种制造石膏模具的装置及制造石膏模具的方法
技术领域
本发明涉及一种制造石膏模具的装置及制造石膏模具的方法。
背景技术
注浆成型是一种简便而实用的陶瓷成型工艺，通常以石膏作为成型的模具。石膏的制作成本低廉，且其原料石膏在我国储量丰富，价格低廉；在生产中流动性好，可制备各种形状的模具；再加之其有无可比拟的凝结性能、吸水性能，目前仍广泛地应用于注浆、旋压、滚压、塑压(冷压)等成形工艺中，尚无其他材料可完全替代。
传统工艺制备石膏模具，是采用石膏粉末与水调制成石膏浆料，经浇铸成型、干燥而制成，但难以制备既具有高强度又具有优良吸水性能的石膏模具。石膏模具用于陶瓷靶材制备领域，应具有高的强度以避免模具在操作和搬运过程中损伤而报废，同时应具有优良的吸水性能(吸水率和吸水速率)以保证陶瓷生坯质量和生产效率，此外，还要求石膏模具具有较好的耐腐蚀性能和耐磨性能。因此，制备高强度、优良吸水性能、具有一定耐腐蚀性能和耐磨性能的石膏模具，已成为陶瓷靶材生产向低成本、高质量、高效率方向发展中急需解决的问题。为了解决上述问题，有文献在石膏模具中加入增强剂以提升其机械强度和耐磨性，但增强剂的加入会导致模具吸水性能的下降，从而无法达到模具对吸水率和吸水速度的使用要求。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单，使用方便的制造石膏模具的装置和制造石膏模具的方法，该装置制备出来的石膏模具既具有高强度又具有优良吸水性能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种制造石膏模具的装置，其包括金属底盘和上盖，所述上盖盖合在金属底盘上，内部形成石膏模具的型腔，所述上盖的一侧设有原料进口，另一侧设有原料出口；所述金属底盘对应型腔的底部均布有金属柱，所述金属柱的热传导系数大于金属底盘的热传导系数。
所述金属底盘为不锈钢成型，所述金属柱为铜柱。
所述金属柱的直径为100-600μm，相邻金属柱间的距离为100-600μm。
所述上盖由亚克力材料成型。
采用一种制造石膏模具的装置制备石膏模具的方法，所述方法包括以下步骤：
1）从上盖的原料进口倒入石膏浆料至型腔中，至石膏浆料从原料出口溢出，将溢出的石膏浆料清洁干净之后，将整个装置放入负18℃的冷冻干燥机中进行冷冻处理1.5-2小时，先不开启冷冻干燥机的真空泵，使石膏浆料中的液体水进行凝固反应转为固体冰，固体冰成核在金属柱位置，并稳定成长形成冰柱；其中，所述石膏浆料包含以下重量比的混合物：石膏粉40-60%，聚四氟乙烯5%，余量为水；
2）在上述负18℃的温度下冷冻处理结束后，将冷冻干燥机的温度由负18℃调降至负40℃，进行冷冻处理1.5-2小时，此时，冰柱顶端开叉开始长出分岔的树枝状冰柱，直到碰触到上方的上盖；
3）在上述负40℃的温度下冷冻处理结束后，开启冷冻干燥机的真空泵，将冷冻干燥机的真空度降至80-40mtorr，使冰柱在真空环境下升华成为水蒸气排出，而留下一个具有均匀分布孔洞的石膏模具。
所述金属底盘为不锈钢成型，所述金属柱为铜柱。
本发明生产出来的石膏模具可以改善石膏模具因孔洞尺寸与分布不均匀所造成的产品缺陷，可以取得一个具有均匀分布的单向性孔洞的石膏模具。本发明利用不同金属的热传导系数，控制在冷冻干燥过程中，液体的成核位置与成长方向，来创造出一个均匀分布的单向性孔洞，再辅以疏水性的黏结剂，在孔壁形成一个疏水性的薄膜，加速在干燥过程中水分的排出。经由单一方向排水、孔壁具疏水特性的方式，一次完成注浆动作，不必陆续添加浆料，可以减少因孔洞大小与分布不均匀造成粉末堆积的不均匀性以及生胚致密性的差异，使烧结体不易碎裂变形，并更能应用于制作大尺寸的板状靶材。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
图1为本发明一种制造石膏模具的装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种制造石膏模具的装置，其包括金属底盘1和上盖2，所述上盖2盖合在金属底盘1上，内部形成石膏模具的型腔3，所述上盖2的一侧设有原料进口21，另一侧设有原料出口22；所述金属底盘对应型腔3的底部均布有金属柱4，金属柱4的排列方式可以是90度正交或60度斜交，所述金属柱4的热传导系数大于金属底盘1的热传导系数。
所述金属底盘为不锈钢成型，所述金属柱4为铜柱。
所述金属柱4的直径为100-600μm，相邻金属柱4间的距离为100-600μm。
所述上盖2由亚克力材料成型。
采用一种制造石膏模具的装置制备石膏模具的方法，所述方法包括以下步骤：
1）从上盖2的原料进口21倒入石膏浆料至型腔3中，至石膏浆料从原料出口22溢出，将溢出的石膏浆料清洁干净之后，将整个装置放入负18℃的冷冻干燥机中进行冷冻处理1.5-2小时，先不开启冷冻干燥机的真空泵，使石膏浆料中的液体水进行凝固反应转为固体冰，固体冰成核在金属柱4位置，并稳定成长形成冰柱；其中，所述石膏浆料包含以下重量比的混合物：石膏粉40-60%，聚四氟乙烯5%，余量为水；金属底盘1为不锈钢成型，所述金属柱4为铜柱；使用聚四氟乙烯（PTFE）当作黏结剂，目的除了加强石膏模具的强度外，同时在冰柱外围形成一层PTFE薄膜，加速未来在注浆过程中液体排出。在石膏浆料的液体水凝固成为固体冰的过程中，因为只有金属底盘1底部会接触到干燥机中的冷空气，加上铜的热传导系数是不锈钢的20倍左右，因此液体水会先在金属底盘1上铜柱的位置开始成核，同时沿着垂直金属底盘1的盘面方向成长形成冰柱。
另外，当水与PTFE的混合液冷冻凝固时，水会比PTFE更早凝固，因此，PTFE会往冰柱表面析出而形成一层PTFE薄膜，PTFE薄膜介于冰柱与石膏粉颗粒之间。
2）在上述负18℃温度下冷冻处理结束后，将冷冻干燥机的温度由负18℃调降至负40℃，进行冷冻处理1.5-2小时，此时，冰柱顶端开叉开始长出分岔的树枝状冰柱，直到碰触到上方的上盖2；
3）在上述负40℃温度下冷冻处理结束后，开启冷冻干燥机的真空泵，将冷冻干燥机的真空度降至80-40mtorr，使冰柱在真空环境下升华成为水蒸气排出，而留下一个具有均匀分布孔洞的石膏模具。
实施例1：
1）从上盖2的原料进口21倒入石膏浆料至型腔3中，至石膏浆料从原料出口22溢出，将溢出的石膏浆料清洁干净之后，将整个装置放入负18℃的冷冻干燥机中进行冷冻处理2小时，先不开启冷冻干燥机的真空泵，使石膏浆料中的液体水进行凝固反应转为固体冰，固体冰成核在金属柱4位置，并稳定成长形成冰柱；其中，所述石膏浆料包含以下重量比的混合物：石膏粉40%，聚四氟乙烯5%，余量为水；金属底盘1为不锈钢成型，所述金属柱4为铜柱；
2）在上述负18℃温度下冷冻处理结束后，将冷冻干燥机的温度由负18℃调降至负40℃，继续进行冷冻处理2小时，此时，冰柱顶端开叉开始长出分岔的树枝状冰柱，直到碰触到上方的上盖2；
3）在上述负40℃温度下冷冻处理结束后，开启冷冻干燥机的真空泵，将冷冻干燥机的真空度降至40mtorr，使冰柱在真空环境下升华成为水蒸气排出，而留下一个具有均匀分布孔洞的石膏模具。
实施例2：
1）从上盖2的原料进口21倒入石膏浆料至型腔3中，至石膏浆料从原料出口22溢出，将溢出的石膏浆料清洁干净之后，将整个装置放入负18℃的冷冻干燥机中进行冷冻处理1.5小时，先不开启冷冻干燥机的真空泵，使石膏浆料中的液体水进行凝固反应转为固体冰，固体冰成核在金属柱4位置，并稳定成长形成冰柱；其中，所述石膏浆料包含以下重量比的混合物：石膏粉60%，聚四氟乙烯5%，余量为水；金属底盘1为不锈钢成型，所述金属柱4为铜柱；
2）在上述负18℃温度下冷冻处理结束后，将冷冻干燥机的温度由负18℃调降至负40℃，继续进行冷冻处理1.5小时，此时，冰柱顶端开叉开始长出分岔的树枝状冰柱，直到碰触到上方的上盖2；
3）在上述负40℃温度下冷冻处理结束后，开启冷冻干燥机的真空泵，将冷冻干燥机的真空度降至80mtorr，使冰柱在真空环境下升华成为水蒸气排出，而留下一个具有均匀分布孔洞的石膏模具。
实施例3：
1）从上盖2的原料进口21倒入石膏浆料至型腔3中，至石膏浆料从原料出口22溢出，将溢出的石膏浆料清洁干净之后，将整个装置放入负18℃的冷冻干燥机中进行冷冻处理1.8小时，先不开启冷冻干燥机的真空泵，使石膏浆料中的液体水进行凝固反应转为固体冰，固体冰成核在金属柱4位置，并稳定成长形成冰柱；其中，所述石膏浆料包含以下重量比的混合物：石膏粉50%，聚四氟乙烯5%，余量为水；金属底盘1为不锈钢成型，所述金属柱4为铜柱；
2）在上述负18℃温度下冷冻处理结束后，将冷冻干燥机的温度由负18℃调降至负40℃，继续进行冷冻处理1.8小时，此时，冰柱顶端开叉开始长出分岔的树枝状冰柱，直到碰触到上方的上盖2；
3）在上述负40℃温度下冷冻处理结束后，开启冷冻干燥机的真空泵，将冷冻干燥机的真空度降至60mtorr，使冰柱在真空环境下升华成为水蒸气排出，而留下一个具有均匀分布孔洞的石膏模具。

Claims (6)

1.一种制造石膏模具的装置，其特征在于：其包括金属底盘和上盖，所述上盖盖合在金属底盘上，内部形成石膏模具的型腔，所述上盖的一侧设有原料进口，另一侧设有原料出口；所述金属底盘对应型腔的底部均布有金属柱，所述金属柱的热传导系数大于金属底盘的热传导系数。
2.根据权利要求1所述的一种制造石膏模具的装置，其特征在于：所述金属底盘为不锈钢成型，所述金属柱为铜柱。
3.根据权利要求1或2所述的一种制造石膏模具的装置，其特征在于：所述金属柱的直径为100-600μm，相邻金属柱间的距离为100-600μm。
4.根据权利要求1所述的一种制造石膏模具的装置，其特征在于：所述上盖由亚克力材料成型。
5.采用权利要求1所述的一种制造石膏模具的装置制备石膏模具的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1）从上盖的原料进口倒入石膏浆料至型腔中，至石膏浆料从原料出口溢出，将溢出的石膏浆料清洁干净之后，将整个装置放入负18℃的冷冻干燥机中进行冷冻处理1.5-2小时，先不开启冷冻干燥机的真空泵，使石膏浆料中的液体水进行凝固反应转为固体冰，固体冰成核在金属柱位置，并稳定成长形成冰柱；其中，所述石膏浆料包含以下重量比的混合物：石膏粉40-60%，聚四氟乙烯5%，余量为水；
2）在上述负18℃的温度下冷冻处理结束后，将冷冻干燥机的温度由负18℃调降至负40℃，进行冷冻处理1.5-2小时，此时，冰柱顶端开叉开始长出分岔的树枝状冰柱，直到碰触到上方的上盖；
3）在上述负40℃的温度下冷冻处理结束后，开启冷冻干燥机的真空泵，将冷冻干燥机的真空度降至80-40mtorr，使冰柱在真空环境下升华成为水蒸气排出，而留下一个具有均匀分布孔洞的石膏模具。
6.根据权利要求5所述的一种制造石膏模具的装置制备石膏模具的方法，其特征在于：所述金属底盘为不锈钢成型，所述金属柱为铜柱。
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