CN107344386A - 一种压电织构陶瓷注射成型机 - Google Patents

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张昌松
陈勃新
石玉洁
郭晨洁
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    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B3/00—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor
    • B28B3/20—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor wherein the material is extruded
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了一种压电织构陶瓷注射成型机，包括料筒和设置在料筒内腔中内的螺杆，螺杆末端从料筒一端伸出连接提供动力的液压驱动装置，料筒的另一端设置有与料筒内腔连通的喷嘴，喷嘴出口连接有模具；料筒上还设置有连通内腔的料斗，以及还对称设置在料筒两侧的用于生成电场定向压电陶瓷晶粒的电场发生装置，料粒经料斗流入料筒在螺杆的推动下流过外加电场经喷嘴注入模具，实现操作方便、工艺简单、可实施性强，满足多种复杂形状制品的要求。

Description

一种压电织构陶瓷注射成型机
技术领域
本发明属于陶瓷注射领域，特别涉及一种压电织构陶瓷注射成型机。
背景技术
压电陶瓷作为功能陶瓷中应用最广泛的先进电子材料，在信息的检测、转换、处理和存储技术等领域占有十分重要的地位。传统的压电铁电陶瓷，其中氧化铅(或四氧化三铅)约占原料总质量的70％左右。含铅压电陶瓷在制备、使用及废弃后处理过程中都会给环境和人类健康带来很大的损害。因此发展非铅系环境协调性的压电铁电陶瓷具有重大实用意义。
虽然国内外学者在无铅压电陶瓷方面已开展了大量的研究并取得了阶段性成果，但在进一步提高无铅压电材料的压电性能方面遭遇到了瓶颈，至今仍未发现一种在压电性能和温度稳定性方面全面达到PZT陶瓷、可以真正替代PZT陶瓷的无铅压电材料。大量实验证明，在某一极化方向拥有高度晶粒取向(高织构度)的压电陶瓷将表现出大幅优于非织构化陶瓷的电性能。织构陶瓷可以通过在材料制备过程中施加机械力、电场或者利用温度梯度来获得，也可以通过添加模板晶粒的方法获得。
陶瓷注射成型(CIM)是近年发展起来的一种陶瓷制备的新工艺，它是将聚合物注射成型与陶瓷制备工艺相结合，在国内外得到广泛的研究和应用。陶瓷注射成型原本是一种近净尺寸陶瓷可塑成型方法，特别是对于尺寸精度要求高、形状复杂的陶瓷制品的大批量生产。为了研究基于陶瓷注射成型的注射力驱动各向异性的晶粒定向及电场驱动微晶中微畴转向的定向问题来制备高性能无铅压电陶瓷，进行该研究需要特殊的工艺与设备支撑，目前还没有专门的实验设备可以实现，所以需要设计研制集电场作用的陶瓷注射成型设备。
发明内容
为了解决现有设备不能满足制备高性能的压电织构陶瓷的要求等问题，本发明的目的是提供一种压电织构陶瓷的注射成型设备，实现操作方便、工艺简单、可实施性强，满足多种复杂形状制品的要求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种压电织构陶瓷注射成型机，包括料筒和设置在料筒内腔中内的螺杆，螺杆末端从料筒一端伸出连接提供动力的液压驱动装置，料筒的另一端设置有与料筒内腔连通的喷嘴，喷嘴出口连接有模具；料筒上还设置有连通内腔的料斗，以及还对称设置在料筒两侧的用于生成电场定向压电陶瓷晶粒的电场发生装置，料粒经料斗流入料筒在螺杆的推动下流过外加电场经喷嘴注入模具。
模具包括固定在一起的上模和下模，上模和下模之间形成成型腔，喷嘴连通成型腔。
料筒外侧包裹有加温装置。
加温装置布置在靠近喷嘴的料筒上，加温装置位于电场发生装置与料筒之间，与料筒外侧接触。
料筒内腔与喷嘴连接处设置有圆锥形收口。
螺杆前端设置有与圆锥型收口匹配的锥面。
还包括用于检测液压驱动系统提供压力及注射过程中料筒温度的传感检测装置。
加温装置为加热电阻丝。
液压驱动装置包括装有液压油的油箱以及分别与油箱连接的溢流阀、液压泵和换向阀，液压泵入口连接油箱，出口通过换向阀择一连通液压缸的活塞后端腔体或活塞前端腔体，液压泵的出口还通过油管连接溢流阀入口，溢流阀的出口连接油箱。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果，本发明的设备可满足实验室通过注射成型的方式来制备具有一定织构度的高性能压电陶瓷，设备具有外加电场发生装置，通过电场的陶瓷晶粒会发生定向作用，同时螺杆推进也具有定向作用，双定向作用使陶瓷晶粒沿注射方向有一定织构度，使压电陶瓷的压电性能会有提高和改善，设备具有液压控制系统能够满足注射压力的提供不同压力的调节，设备原理简单，容易实现控制，容易操作，可靠性高、低成本等优点。
进一步的，粘度太高不容易得到均匀的坯料，粘度太低会造成粉体与粘接剂分层；通过在料筒外侧设置有加温装置，在料筒上进行加温，能够调节温度高低来改变陶瓷填料的粘度，使成型材料保持一定得粘度而具有好的流动性。
进一步的，料筒内腔与喷嘴连接处设置有圆锥形收口，圆锥形收口能使具有一定粘度的陶瓷料粒导流向喷嘴并且能够加快注射速度。
进一步的，螺杆前端的锥形面结构设计与料筒内腔前端的锥形收口匹配，具有一定粘度的成型材料在锥形面流动速度会增加，同时陶瓷纤维的定向程度也会增大。
进一步的，螺杆推进的同时并有旋转方向的力作用于具体一定粘度的陶瓷料粒上，有利于陶瓷微晶中纤维定向作用来提高压电陶瓷的压电性能。
附图说明
图1是表示本发明的注射成型机结构示意图。
附图中：1-料筒，2-料斗，3-电场，4-加温装置，5-喷嘴，6-上模7-下模、9油箱，10-溢流阀，11-油管，12-液压缸，13-换向阀，14-螺杆，15-液压泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明包括料筒1和设置在料筒内腔中内的螺杆14，螺杆14末端从料筒1一端伸出连接提供动力的液压驱动装置，料筒1的另一端设置有与料筒内腔连通的喷嘴5，喷嘴5出口连接有模具，料筒1内腔与喷嘴5连接处设置有圆锥形收口，螺杆14前端设置有与圆锥型收口匹配的锥面；
料筒1上还设置有连通内腔的料斗2，以及还对称设置在料筒1两侧的用于生成电场定向压电陶瓷晶粒的电场发生装置3，料粒经料斗2流入料筒1在螺杆14的推动下流过外加电场经喷嘴5注入模具，模具包括固定在一起的上模6和下模7，上模6和下模7之间形成成型腔，喷嘴5连通成型腔；
料筒1外侧包裹有加温装置4，加温装置4为加热电阻丝，布置在靠近喷嘴5的料筒1上，加温装置4位于电场发生装置3与料筒1之间，与料筒1外侧接触。
在本发明的优选实施例中，液压驱动装置包括装有液压油的油箱9以及分别与油箱9连接的溢流阀10、液压泵15和换向阀13，液压泵15入口连接油箱9，出口通过换向阀13择一连通液压缸12的活塞后端腔体或活塞前端腔体，液压泵15的出口还通过油管11连接溢流阀10入口，溢流阀10的出口连接油箱9。
在本发明的优选实施例中，还包括用于检测液压驱动系统提供压力及注射过程中料筒温度的传感检测装置。
启动液压系统，液压油经过油管11流向溢流阀10和换向阀13，由液压缸12推动螺杆14向模具方向移动，料粒经料斗流入料筒1，由一定压力的螺杆14推动料筒1中的料粒沿筒壁经过电场发生装置3和温度加热区，具有一定粘度的陶瓷微晶在经过一定外加场强的电场时微晶延电场方向定向，经过喷嘴5注入具有一定形状的模具当中。

Claims (9)

1.一种压电织构陶瓷注射成型机，其特征在于，包括料筒(1)和设置在料筒内腔中内的螺杆(14)，螺杆(14)末端从料筒(1)一端伸出连接提供动力的液压驱动装置，料筒(1)的另一端设置有与料筒内腔连通的喷嘴(5)，喷嘴(5)出口连接有模具；料筒(1)上还设置有连通内腔的料斗(2)，以及还对称设置在料筒(1)两侧的用于生成电场定向压电陶瓷晶粒的电场发生装置(3)，料粒经料斗(2)流入料筒(1)在螺杆(14)的推动下流过外加电场经喷嘴(5)注入模具。
2.根据权利要求1所述的一种压电织构陶瓷注射成型机，其特征在于，模具包括固定在一起的上模(6)和下模(7)，上模(6)和下模(7)之间形成成型腔，喷嘴(5)连通成型腔。
3.根据权利要求1所述的一种压电织构陶瓷注射成型机，其特征在于，料筒(1)外侧包裹有加温装置(4)。
4.根据权利要求3所述的一种压电织构陶瓷注射成型机，其特征在于，加温装置(4)布置在靠近喷嘴(5)的料筒(1)上，加温装置(4)位于电场发生装置(3)与料筒(1)之间，与料筒(1)外侧接触。
5.根据权利要求1所述的一种压电织构陶瓷注射成型机，其特征在于，料筒(1)内腔与喷嘴(5)连接处设置有圆锥形收口。
6.根据权利要求5所述的一种压电织构陶瓷注射成型机，其特征在于，螺杆(14)前端设置有与圆锥型收口匹配的锥面。
7.根据权利要求1所述的一种压电织构陶瓷注射成型机，其特征在于，还包括用于检测液压驱动系统提供压力及注射过程中料筒(1)温度的传感检测装置。
8.根据权利要求1所述的一种压电织构陶瓷注射成型机，其特征在于：加温装置(4)为加热电阻丝。
9.根据权利要求1所述的一种压电织构陶瓷注射成型机，其特征在于：液压驱动装置包括装有液压油的油箱(9)以及分别与油箱(9)连接的溢流阀(10)、液压泵(15)和换向阀(13)，液压泵(15)入口连接油箱(9)，出口通过换向阀(13)择一连通液压缸(12)的活塞后端腔体或活塞前端腔体，液压泵(15)的出口还通过油管(11)连接溢流阀(10)入口，溢流阀(10)的出口连接油箱(9)。
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