CN106514844A - 一种u形薄壁电解质陶瓷管成型模具及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种U形薄壁电解质陶瓷管成型模具，包括胶管、芯棒、加料装置和孔板金属固定装置，芯棒插接在所述胶管内，所述胶管的内壁面和芯棒的外壁面之间形成狭长的U型腔；加料装置的底端开设有一与所述凸台相适配的凹槽；孔板金属固定装置围绕所述胶管的外壁面设置，且孔板金属固定装置上均匀分布有若干圆孔。本发明还公开了一种U形薄壁电解质陶瓷管成型方法，利用上述的U形薄壁电解质陶瓷管成型模具生产U形薄壁电解质陶瓷管，有效地提高了电解质陶瓷管的壁厚均匀性和外径尺寸精度，极大地提升了电解质陶瓷管的良率、强度，以及钠硫钠电池的装配精度和电化学性能。

Description

一种U形薄壁电解质陶瓷管成型模具及其成型方法

技术领域

本发明涉及一种U形薄壁电解质陶瓷管成型模具及其成型方法。

背景技术

钠硫电池是以固体电解质Na-β″-Al₂O₃陶瓷管作为电解质和隔膜，金属钠作为负极材料，非金属硫作为正极材料的二次电池。它具有容量大、体积小、寿命长、效率高等优点，可应用于电网削峰填谷、应急电源、新能源接入、电能质量优化等领域。

固体电解质Na-β″-Al₂O₃陶瓷管一般是“U形的”(负极材料金属钠容器)，考虑到内阻和电池容量，薄壁和大尺寸是趋势。作为电解质的“U形”管，壁厚均匀性和尺寸精度极大地影响了钠硫电池的装配精度和电化学性能，国内外一般采用等静压成型。

在传统陶瓷材料成型工艺中，固体电解质Na-β″-Al₂O₃陶瓷管采用湿式等静压成型方法，其主要流程是粉料加入成型橡胶模具内，密封、除气后放入盛有液体介质的压力容器内，然后加压成型，卸压后取出胶模，清洁胶模表面液体介质并取出陶瓷生坯。湿式等静压成型方法难以实现自动化操作，生产效率低，不适合大批量生产；同时，操作人员在脱模时需要与加压介质接触，劳动条件差。

全干式等静压成型方法主要流程是粉料加入成型橡胶模具后直接放入压力容器中，该压力容器预先固定有一层橡胶材质的“隔膜”(部分厂家称之为“主袋”)，该“隔膜”阻隔了液体介质与陶瓷管胶膜的直接接触，然后加压、卸压，取出胶管模具，脱模并拿出工件。全干式等静压成型方法的特点是在压制过程中胶管模具不与液体加压介质相接触，这在一定程度上实现了自动化操作(填料、加压、卸压、脱模过程循环)，但因为粉料与液体加压介质间存在两层相对较厚的橡胶套，且两层橡胶套在加压过程中要实现压力的自由传递，中间不能采用其它的固定支撑装置，导致设计时只能使用胶管模具自身固定，而橡胶材料固有的弹性，导致陶瓷管生坯的尺寸精度不高，包括壁厚均匀性和外径尺寸，影响了电解质的阻值分布和电池装配精度，进而影响了整个钠硫电池的电化学性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种U形薄壁电解质陶瓷管成型模具，实现了U形薄壁固体电解陶瓷管成型的自动连续生产，有效地提高了生产效率和电解质陶瓷管的壁厚均匀性和外径尺寸精度，极大地提升了电解质陶瓷管的良率、强度，以及钠硫钠电池的装配精度和电化学性能。

本发明的另外一个目的是提供一种U形薄壁电解质陶瓷管成型方法，利用上述的U形薄壁电解质陶瓷管成型模具生产U形薄壁电解质陶瓷管。

实现上述目的技术方案是：一种U形薄壁电解质陶瓷管成型模具，包括胶管、芯棒、加料装置和孔板金属固定装置，其中：

所述芯棒插接在所述胶管内，所述胶管的内壁面和芯棒的外壁面之间形成狭长的U型腔；

所述胶管的上端设置有一加料装置安装口；

所述芯棒的上部呈锥形结构，且所述芯棒的顶端设置有凸台；

所述加料装置设置在所述加料装置安装口内，所述加料装置的底端开设有一与所述凸台相适配的凹槽，该凹槽套接在所述凸台上，所述加料装置的上部开设有加料口，所述加料装置的下部开设有一环形的加料孔，该加料孔与所述U型腔相适配，且所述加料孔的上端与所述加料口连通，所述加料孔的下端与所述U型腔连通；

所述孔板金属固定装置围绕所述胶管的外壁面设置，且所述孔板金属固定装置上均匀分布有若干圆孔。

一种U形薄壁电解质陶瓷管成型方法，利用上述的U形薄壁电解质陶瓷管成型模具生产U形薄壁电解质陶瓷管，包括以下步骤：

S1，加料步骤：粉料从所述加料装置的加料口加入，沿着所述加料孔进入所述U型腔，并靠重力下落将所述U型腔充填；

S2，压制步骤：采用顶部端盖封堵住所述加料装置的加料口，顶部端盖被锁紧后开始压制，依次通过加压、保压和卸压过程，粉料在所述U型腔中压制成型形成电解质陶瓷管生坯；

S3，脱模步骤：压制完毕后，顶部端盖被解锁，所述加料装置和芯棒被提起，电解质陶瓷管生坯被芯棒一起带出并取走；

S4，清洁步骤：旋转毛刷和吸尘器分别对所述胶管进行清洁，除去所述胶管里面的结余粉料，清洁完毕后，将所述芯棒和加料装置分别放回所述胶管内；

S5，修整步骤：切除电解质陶瓷管生坯上部的锥形结构。

本发明的U形薄壁电解质陶瓷管成型模具及其成型方法，采用半干式等静压成型方法生产陶瓷管，避免了传统湿式、全干式等静压成型方法生产效率低、固体电解质陶瓷管壁厚不均匀和外径尺寸精度不高等缺点，实现了U形薄壁固体电解陶瓷管成型的自动连续生产，有效地提高了生产效率和电解质陶瓷管的壁厚均匀性和外径尺寸精度，极大地提升了电解质陶瓷管的良率、强度，以及钠硫钠电池的装配精度和电化学性能。

附图说明

图1为U形薄壁电解质陶瓷管成型模具的结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：

请参阅图1，本发明的实施例，一种U形薄壁电解质陶瓷管成型模具，包括胶管1、芯棒2、加料装置3和孔板金属固定装置4。

芯棒2插接在胶管1内，胶管1的内壁面和芯棒2的外壁面之间形成狭长的U型腔5；胶管1的上端设置有一加料装置安装口；芯棒2的上部呈锥形结构21，且芯棒2的顶端设置有凸台；加料装置3设置在胶管1的上端的加料装置安装口内，加料装置3的底端开设有一与凸台相适配的凹槽，该凹槽套接在凸台上，加料装置3的上部开设有加料口32，加料装置3的下部开设有一环形的加料孔31，该加料孔31与U型腔5相适配，且加料孔31的上端与加料口32连通，加料孔31的下端与U型腔5连通；孔板金属固定装置4围绕胶管1的外壁面设置，且孔板金属固定装置4上均匀分布有若干圆孔41。芯棒2采用金属材料制成。

本发明的U形薄壁电解质陶瓷管成型模具，芯棒2的上部呈锥形结构21，保证在脱模过程中电解质陶瓷管生坯被芯棒2一起带出。孔板金属固定装置4上有大量均匀分布的圆孔41，不影响液体加压介质与胶管1接触。加料装置3对芯棒2进行定位，孔板金属固定装置4对胶管1进行定位，保证U型腔5间隙的均匀性，即电解质陶瓷管生坯壁厚的均匀性。孔板金属固定装置4起到定位和固定胶管1模具作用，从而避免了用软橡胶模具自身定型带来的工件尺寸精度不高等缺点；同时孔板金属固定装置4自身有大量均匀分布的孔洞，不影响加压介质与胶管1作用。

一种U形薄壁电解质陶瓷管成型方法，采用上述U形薄壁电解质陶瓷管成型模具生产电解质陶瓷管，包括以下步骤：

S1，加料步骤：粉料从加料装置3的加料口31加入，沿着加料孔32进入U型腔5，并靠重力下落将U型腔5充填；

S2，压制步骤：采用顶部端盖封堵住加料装置3的加料口31，顶部端盖被锁紧后开始压制，依次通过加压、保压和卸压过程，粉料在U型腔5中压制成型形成电解质陶瓷管生坯；

S3，脱模步骤：压制完毕后，顶部端盖被解锁，加料装置3和芯棒2被提起，电解质陶瓷管生坯被芯棒2一起带出并取走；

S4，清洁步骤：旋转毛刷和吸尘器分别对胶管1进行清洁，除去胶管1里面的结余粉料，清洁完毕后，将芯棒2和加料装置3分别放回胶管1内；

S5，修整步骤：切除电解质陶瓷管生坯上部的锥形结构。

步骤S4中采用程序控制的清洁装置对胶管1进行清洁处理，该清洁装置包括旋转毛刷清扫和吸尘器吸尘两项功能。清洁完毕后，将芯棒2和加料装置3分别放回胶管1内，即可重新回到步骤S1，继续生产电解质陶瓷管。

本发明的U形薄壁电解质陶瓷管成型模具，使用时，采用半干式等静压成型方法生产陶瓷管，先将胶管1用孔板金属固定装置4固定于液压缸内，然后将芯棒2通过传动机构倒插入胶管1中，安装上加料装置3，然后经过与全干式等静压成型方式一样的填粉、排气、加压和卸压过程，卸压后，陶瓷管生坯附着芯棒2被提出，然后脱模，清洁模具，并进入下一个循环。使用本发明的半干式等静压成型方法与全干式相比，最大的优点是结构简单、定位精确。胶管1模具只有一层，并且用孔板金属固定装置4固定，该孔板金属固定装置4不影响液体介质与胶管1接触，同时精确地固定了胶管1的外形尺寸以及胶管1与金属芯棒2的相对位置，有效地提高了薄壁“U形”电解质陶瓷管生坯壁厚均匀性和外径尺寸精度。

综上所述，本发明的U形薄壁电解质陶瓷管成型模具及其成型方法，避免了传统湿式等静压成型方法生产效率低、全干式等静压成型方法制备的固体电解质陶瓷管壁厚不均匀和外径尺寸精度不高等缺点，实现了U形薄壁固体电解陶瓷管成型的自动连续生产，有效地提高了生产效率和电解质陶瓷管的壁厚均匀性和外径尺寸精度，极大地提升了电解质陶瓷管的良率、强度，以及钠硫钠电池的装配精度和电化学性能，适用于钠硫电池固体电解质这种大尺寸、薄壁、高精度陶瓷管的成型生产。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (2)

1.一种U形薄壁电解质陶瓷管成型模具，其特征在于，包括胶管、芯棒、加料装置和孔板金属固定装置，其中：

所述芯棒插接在所述胶管内，所述胶管的内壁面和芯棒的外壁面之间形成狭长的U型腔；

所述胶管的上端设置有一加料装置安装口；

所述芯棒的上部呈锥形结构，且所述芯棒的顶端设置有凸台；

所述加料装置设置在所述加料装置安装口内，所述加料装置的底端开设有一与所述凸台相适配的凹槽，该凹槽套接在所述凸台上，所述加料装置的上部开设有加料口，所述加料装置的下部开设有一环形的加料孔，该加料孔与所述U型腔相适配，且所述加料孔的上端与所述加料口连通，所述加料孔的下端与所述U型腔连通；

所述孔板金属固定装置围绕所述胶管的外壁面设置，且所述孔板金属固定装置上均匀分布有若干圆孔。

2.一种U形薄壁电解质陶瓷管成型方法，利用权利要求1所述的U形薄壁电解质陶瓷管成型模具生产U形薄壁电解质陶瓷管，其特征在于，包括以下步骤：

S1，加料步骤：粉料从所述加料装置的加料口加入，沿着所述加料孔进入所述U型腔，并靠重力下落将所述U型腔充填；

S2，压制步骤：采用顶部端盖封堵住所述加料装置的加料口，顶部端盖被锁紧后开始压制，依次通过加压、保压和卸压过程，粉料在所述U型腔中压制成型形成电解质陶瓷管生坯；

S3，脱模步骤：压制完毕后，顶部端盖被解锁，所述加料装置和芯棒被提起，电解质陶瓷管生坯被芯棒一起带出并取走；

S4，清洁步骤：旋转毛刷和吸尘器分别对所述胶管进行清洁，除去所述胶管里面的结余粉料，清洁完毕后，将所述芯棒和加料装置分别放回所述胶管内；

S5，修整步骤：切除电解质陶瓷管生坯上部的锥形结构。