CN106312067B - 用于放电等离子体无压烧结的石墨模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，包括上下石墨冲头、石墨套筒何预压压头，其中石墨套筒为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔，测温孔位于圆柱体轴向的中点位置；所述石墨冲头为由圆柱形法兰盘与凸起杆连接成的一个整，上下石墨冲头相对设置分别装在石墨套筒的上下两端，凸起杆位于石墨套筒内部将物料层封装在上下冲头之间。所述预压压头包括上下两个，其中上压头为圆柱形，下压头为由圆柱形法兰盘与凸起杆连接成的一个整体。本发明进一步提出了基于上述石墨模具的改进设计。本发明整个模具可保证整个烧结过程在无压中进行，且模具结构简单、制作成本低、重复利用率高、产品易脱模。
Description
技术领域
本发明涉及SPS烧结的石墨模具，具体涉及用于放电等离子体无压烧结的石墨模具。
背景技术
放电等离子烧结技术(Spark Plasma Sintering,SPS)是一种利用通-断直流脉冲电流直接通电烧结的新型快速烧结法。通-断式直流脉冲电流的主要作用是产生放电等离子体、放电冲击压力、焦耳热和电场扩散作用，来实现材料的烧结。并且SPS具有加热均匀，升温速度快，烧结温度低，烧结时间短，生产效率高，产品组织细小均匀等优势，其能保持原材料的自然状态，可以得到高致密度的材料，可以烧结梯度材料以及复杂工件。
目前使用放电等离子技术进行烧结几乎均为有压烧结。而仅存的无压烧结所使用的模具，包括空心圆柱形的套筒和两个石墨冲头。使用该传统模具制备无压烧结的材料时，物料在模具内形成一个封闭空间。然而由于物料在烧结过程中会有气体产生，封闭的空间不易于气体的逸出，冷却后气态物料容易粘结在模具上，使物料难于脱模，造成模具的损耗率增加、加工成品率降低。
发明内容
本发明提供了一种用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，以解决SPS无压烧结、物料难于脱模等问题。
为解决无压烧结的问题，本发明首先采取如下技术方案：
一种用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，其特征在于，包括上石墨冲头、石墨套筒、下石墨冲头和预压压头，
所述石墨套筒为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔；
所述上石墨冲头和下石墨冲头结构相同，所述上石墨冲头和下石墨冲头均为由圆柱形法兰盘和设置于圆柱形法兰盘上的圆柱形凸起杆组成，上石墨冲头和下石墨冲头相对设置并分别装在石墨套筒的上下两端，使圆柱形凸起杆位于石墨套筒内部将物料层封装在两个圆柱形法兰盘之间；
所述预压压头包括上压头和下压头，上压头为圆柱形直杆直径等于石墨套筒内径，高度等于石墨套筒的高；下压头为由圆柱形法兰盘与凸起杆连接的一个整体，所述下压头的凸起杆的直径等于石墨套筒的内径，高度与上石墨冲头/下石墨冲头的凸起杆高度相同，所述下压头的圆柱形法兰盘的直径等于石墨套筒的直径。
优选地，所述的测温孔位于石墨套筒轴向的中点位置。
所述圆柱形凸起杆的中心线与法兰盘的中心线重合，所述法兰盘的直径等于套筒的外径，所述圆柱形凸起杆的直径等于套筒的内径，在烧结时，物料层与两个圆形凸起杆的高度之和小于等于石墨套筒的高度。
为在原有基础上改善物料与模具粘结的情况，本发明进一步提出了一种改进的用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，包括上石墨冲头、石墨套筒、下石墨冲头和预压压头，
所述石墨套筒为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔，在石墨套筒的上下两端分别均匀设有两个圆柱形凹槽；
所述上石墨冲头和下石墨冲头结构相同，所述上石墨冲头和下石墨冲头均为由圆柱形法兰盘和设置于圆柱形法兰盘上的圆柱形凸起杆组成，所述法兰盘在与凸起杆的连接侧的表面分别设置有一条凹槽和两个凸起，所述凹槽沿法兰盘的某一直径方向并在圆柱形凸起杆处断开；所述两个凸起以凸起杆为中心沿不同于所示凹槽的方向设置，所述两个凸起的位置和大小与所述石墨套筒上的两个圆柱形凹槽的位置和大小相适配，所述上石墨冲头和下石墨冲头相对设置并分别装在石墨套筒的上下两端，使圆柱形凸起杆位于石墨套筒内部将物料层封装在两个圆柱形法兰盘之间；
所述预压压头包括上压头和下压头，上压头为圆柱形直杆直径等于石墨套筒内径，高度等于石墨套筒的高；下压头为由圆柱形法兰盘与凸起杆连接的一个整体，所述下压头的凸起杆的直径等于石墨套筒的内径，高度与上石墨冲头/下石墨冲头的凸起杆高度相同，所述下压头的圆柱形法兰盘的直径等于石墨套筒的直径。
优选地，所述的测温孔位于石墨套筒轴向的中点位置。
所述圆柱形凸起杆的中心线与法兰盘的中心线重合，所述法兰盘的直径等于套筒的外径，所述圆柱形凸起杆的直径小于套筒的内径，在烧结时，物料层与两个圆形凸起杆的高度之和小于等于石墨套筒的高度。
另外，为了在原有基础上保证易脱模，本发明还提出了另外一种用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，包括上石墨冲头、石墨套筒、下石墨冲头和预压压头，
所述石墨套筒为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔；
所述上石墨冲头和下石墨冲头结构相同，所述上石墨冲头和下石墨冲头均为由圆柱形法兰盘和设置于圆柱形法兰盘上的圆锥台形凸起杆组成，所述圆锥台形凸起杆与法兰盘连接侧的截面直径小于远离法兰盘侧的直径，所述法兰盘在与圆锥台形凸起杆连接一侧开设有一条凹槽，所述凹槽沿法兰盘某一直径方向并在圆锥台形凸起杆处断开；上石墨冲头和下石墨冲头相对设置并分别装在石墨套筒的上下两端，使圆柱形凸起杆位于石墨套筒内部将物料层封装在两个圆柱形法兰盘之间；
所述预压压头包括上压头和下压头，上压头为圆柱形直杆直径等于石墨套筒内径，高度等于石墨套筒的高；下压头为由圆柱形法兰盘与凸起杆连接的一个整体，所述下压头的凸起杆的直径等于石墨套筒的内径，高度与上石墨冲头/下石墨冲头的凸起杆高度相同，所述下压头的圆柱形法兰盘的直径等于石墨套筒的直径。
优选地，所述的测温孔位于石墨套筒轴向的中点位置。
所述圆锥台形的中心线与法兰盘的中心线重合，所述法兰盘的直径介于套筒的内径与外径之间，所述圆锥台形凸起杆的最大直径小于等于套筒的内径，在烧结时，物料层与两个圆锥台形凸起杆的高度之和小于等于石墨套筒的高度。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明使用了结构新颖的石墨冲头，在传统凸起杆的上侧连接了法兰盘成为一个整体，在减少了零件数量的同时，即保证了无压烧结，又增加了结构稳定性。本发明整个模具设计简单、制造成本低易于脱模、模具损耗率底、加工成品率高。
附图说明
图1为SPS无压烧结模具示意图，其中，左侧为主视图，右侧为剖视图；
图2为防粘型SPS无压烧结模具示意图，其中，左侧为主视图，右侧为剖视图；
图3为易脱模型SPS无压烧结模具示意图，其中，左侧为主视图，右侧为剖视图；
图4为SPS无压烧结模具预压压头示意图，其中，左侧为主视图，右侧为剖视图；
图5为易脱模型SPS无压烧结模具石墨冲头示意图，其中，左侧为主视图，右侧为剖视图；
图6为SPS无压烧结模拟流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
实施例1一种防粘型SPS无压烧结模。
如图2所述，本实施例提供了一种防粘型SPS无压烧结模，包括上石墨冲头1-1、下石墨冲头1-2、石墨套筒1-3和预压压头。其中石墨套筒1-3为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔1-4，测温孔1-4位于圆柱体轴向的中点位置；石墨冲头为由圆柱形法兰盘1-5与凸起杆1-6连接成的一个整体，上下石墨冲头相同并相对设置在石墨套筒的上下两端，使圆柱形凸起杆位于石墨套筒内部将物料层1-7封装在两个圆柱形法兰盘之间。其中，凸起杆1-6与法兰盘1-5的中心线重合。法兰盘1-5的直径大小与套筒1-3的外径大小相同，所述圆柱形凸起杆1-6的直径等于套筒的内径。
如图4所示，预压压头包括上压头1-8和下压头1-9，上压头为圆柱形直杆直径等于石墨套筒内径，高度等于石墨套筒的高；下压头为由圆柱形法兰盘与凸起杆连接的一个整体，下压头的凸起杆的直径等于石墨套筒的内径，高度与上石墨冲头/下石墨冲头的凸起杆高度相同，下压头的圆柱形法兰盘的直径等于石墨套筒的直径。
在烧结前，先将下石墨冲头装入石墨套筒内，再将物料装入石墨套筒内，再将上石墨冲头装入套筒上端。初次装好时，上下石墨冲头的凸起杆与物料层的高度之和应高于套筒的高度。然后通过预压压头对物料层进行预压，使预压后的物料层与两个凸起杆之和的高度等于石墨套筒的高度。之后，将装好的模具放入SPS烧结炉中，在相应参数下烧结。待烧结完成冷却降温后，进行脱模。如图6给出了SPS无压烧结模拟流程示意图。
实施例2一种SPS无压烧结模具。
如图2所述，本实施例提供了一种防粘型SPS无压烧结模，包括上石墨冲头2-1、下石墨冲头2-2、石墨套筒2-3和预压压头。其中石墨套筒2-3为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔2-4，测温孔2-4位于圆柱体轴向的中点位置，在石墨套筒的上下两端分别均匀设有两个圆柱形凹槽2-7；石墨冲头为由圆柱形法兰盘2-5与凸起杆2-6连接成的一个整体，所述法兰盘在与凸起杆的连接侧的表面分别设置有一条凹槽2-8和两个凸起2-9，所述凹槽沿法兰盘的某一直径方向并在圆柱形凸起杆处断开；所述两个凸起以凸起杆为中心沿不同于所述凹槽的方向设置，所述两个凸起的位置和大小与所述石墨套筒上的两个圆柱形凹槽的位置和大小相适配。上下石墨冲头相同并相对设置在石墨套筒的上下两端，使圆柱形凸起杆位于石墨套筒内部将物料层2-10封装在两个圆柱形法兰盘之间。其中，凸起杆2-6与法兰盘2-5的中心线重合。法兰盘2-5的直径大小与套筒2-3的外径大小相同，圆柱形凸起杆的直径小于套筒的内径，在烧结时，物料层与两个圆形凸起杆的高度之和小于等于石墨套筒的高度。
本实施例预压装置同实施例1。
实施例3一种易脱模型SPS无压烧结模具。
如图3所述，本实施例提供了一种防粘型SPS无压烧结模，包括上石墨冲头3-1、下石墨冲头3-2、石墨套筒3-3和预压压头。其中石墨套筒3-3为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔3-4，测温孔3-4位于圆柱体轴向的中点位置。上石墨冲头和下石墨冲头结构相同，上石墨冲头和下石墨冲头均为由圆柱形法兰盘3-5和设置于圆柱形法兰盘上的圆锥台形凸起杆3-6组成，其中圆锥台形凸起杆3-6与法兰盘连接侧的截面直径小于远离法兰盘侧的直径，法兰盘在与圆锥台形凸起杆连接一侧开设有一条凹槽3-7，凹槽沿法兰盘某一直径方向并在圆锥台形凸起杆处断开(如图5所示)；上石墨冲头和下石墨冲头相对设置并分别装在石墨套筒的上下两端，使圆锥台形凸起杆位于石墨套筒内部将物料层3-8封装在两个圆柱形法兰盘之间。圆锥台形凸起杆的中心线与法兰盘的中心线重合，所述法兰盘的直径介于套筒的内径与外径之间，圆锥台形凸起杆的最大直径小于等于套筒的内径，在烧结时，物料层与两个圆锥台形凸起杆的高度之和小于等于石墨套筒的高度。
本实施例预压装置同实施例1。
本发明使用了结构新颖的石墨冲头，在传统凸起杆的上侧连接了法兰盘成为一个整体，在减少了零件数量的同时，即保证了无压烧结，又增加了结构稳定性。本发明整个模具设计简单、制造成本低易于脱模、模具损耗率底、加工成品率高。
Claims (9)
1.一种用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，其特征在于，包括上石墨冲头、石墨套筒、下石墨冲头和预压压头，
所述石墨套筒为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔；
所述上石墨冲头和下石墨冲头结构相同，所述上石墨冲头和下石墨冲头均为由圆柱形法兰盘和设置于圆柱形法兰盘上的圆柱形凸起杆组成，所述圆柱形法兰盘在与圆柱形凸起杆的连接侧的表面分别设置有一条凹槽，所述凹槽沿法兰盘的某一直径方向并在圆柱形凸起杆处断开，上石墨冲头和下石墨冲头相对设置并分别装在石墨套筒的上下两端，使圆柱形凸起杆位于石墨套筒内部将物料层封装在两个圆柱形法兰盘之间；
所述预压压头包括上压头和下压头，上压头为圆柱形直杆直径等于石墨套筒内径，高度等于石墨套筒的高；下压头为由圆柱形法兰盘与凸起杆连接的一个整体，所述下压头的凸起杆的直径等于石墨套筒的内径，高度与上石墨冲头/下石墨冲头的凸起杆高度相同，所述下压头的圆柱形法兰盘的直径等于石墨套筒的直径。
2.根据权利要求1所述的用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，其特征在于，所述的测温孔位于石墨套筒轴向的中点位置。
3.根据权利要求1所述的用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，其特征在于，所述圆柱形凸起杆的中心线与法兰盘的中心线重合，所述法兰盘的直径等于套筒的外径，所述圆柱形凸起杆的直径等于套筒的内径，在烧结时，物料层与两个圆形凸起杆的高度之和小于等于石墨套筒的高度。
4.一种用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，其特征在于，包括上石墨冲头、石墨套筒、下石墨冲头和预压压头，
所述石墨套筒为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔，在石墨套筒的上下两端分别均匀设有两个圆柱形凹槽；
所述上石墨冲头和下石墨冲头结构相同，所述上石墨冲头和下石墨冲头均为由圆柱形法兰盘和设置于圆柱形法兰盘上的圆柱形凸起杆组成，所述法兰盘在与凸起杆的连接侧的表面分别设置有一条凹槽和两个凸起，所述凹槽沿法兰盘的某一直径方向并在圆柱形凸起杆处断开；所述两个凸起以凸起杆为中心沿不同于所述凹槽的方向设置，所述两个凸起的位置和大小与所述石墨套筒上的两个圆柱形凹槽的位置和大小相适配，所述上石墨冲头和下石墨冲头相对设置并分别装在石墨套筒的上下两端，使圆柱形凸起杆位于石墨套筒内部将物料层封装在两个圆柱形法兰盘之间；
所述预压压头包括上压头和下压头，上压头为圆柱形直杆直径等于石墨套筒内径，高度等于石墨套筒的高；下压头为由圆柱形法兰盘与凸起杆连接的一个整体，所述下压头的凸起杆的直径等于石墨套筒的内径，高度与上石墨冲头/下石墨冲头的凸起杆高度相同，所述下压头的圆柱形法兰盘的直径等于石墨套筒的直径。
5.根据权利要求4所述的用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，其特征在于，所述的测温孔位于石墨套筒轴向的中点位置。
6.根据权利要求4所述的用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，其特征在于，所述圆柱形凸起杆的中心线与法兰盘的中心线重合，所述法兰盘的直径等于套筒的外径，所述圆柱形凸起杆的直径小于套筒的内径，在烧结时，物料层与两个圆形凸起杆的高度之和小于等于石墨套筒的高度。
7.一种用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，其特征在于，包括上石墨冲头、石墨套筒、下石墨冲头和预压压头，
所述石墨套筒为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔；
所述上石墨冲头和下石墨冲头结构相同，所述上石墨冲头和下石墨冲头均为由圆柱形法兰盘和设置于圆柱形法兰盘上的圆锥台形凸起杆组成，所述圆锥台形凸起杆与法兰盘连接侧的截面直径小于远离法兰盘侧的直径，所述法兰盘在与圆锥台形凸起杆连接一侧开设有一条凹槽，所述凹槽沿法兰盘某一直径方向并在圆锥台形凸起杆处断开；上石墨冲头和下石墨冲头相对设置并分别装在石墨套筒的上下两端，使圆柱形凸起杆位于石墨套筒内部将物料层封装在两个圆柱形法兰盘之间；
所述预压压头包括上压头和下压头，上压头为圆柱形直杆直径等于石墨套筒内径，高度等于石墨套筒的高；下压头为由圆柱形法兰盘与凸起杆连接的一个整体，所述下压头的凸起杆的直径等于石墨套筒的内径，高度与上石墨冲头/下石墨冲头的凸起杆高度相同，所述下压头的圆柱形法兰盘的直径等于石墨套筒的直径。
8.根据权利要求7所述的用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，其特征在于，所述的测温孔位于石墨套筒轴向的中点位置。
9.根据权利要求7所述的用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，其特征在于，所述圆柱形凸起杆的中心线与法兰盘的中心线重合，所述法兰盘的直径介于套筒的内径与外径之间，所述圆锥台形凸起杆的最大直径小于等于套筒的内径，在烧结时，物料层与两个圆锥台形凸起杆的高度之和小于等于石墨套筒的高度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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