CN109822099B - 一种微波热压炉专用模具的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微波热压炉专用模具的制备方法，属于模具制造技术领域。该微波热压炉专用模具的制备方法，其步骤包括：将以下质量百分比组分：35%～65%鳞片状石墨、25%～35%碳化硅、3%～8%氧化铝、5%～12%氮化铝和2%～10%石蜡润湿粘接剂以400～550r/min搅拌速度混合6～10h，得到混合均匀的粉料；将得到的粉料在冷压为20～40MPa下成型1～3h，得到冷压生坯；将得到的冷压生坯，在温度为1800～2200℃下烧结3～5h，待自然冷却后取出得到石墨‑碳化硅模具半成品；将得到的石墨‑碳化硅模具半成品进行抛光处理，制得微波热压炉专用模具。本发明制备的热压模具吸波性强，抗压强度好，满足微波热压烧结对吸波能力和抗压强度的工艺要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波热压炉专用模具的制备方法，属于模具制造技术领域。
背景技术
热压烧结广泛应用于粉末冶金领域，用于制备高性能陶瓷、合金等功能结构件。由于热压烧结过程需要物料在高温烧结的同时施加较大压力，通常采用抗压强度高且导电性良好高纯石墨作为热压模具，高温下高纯石墨模具的使用寿命短，消耗的高纯石墨是国家战略资源，使用成本高。微波作为一种清洁高效的加热方式，具有选择性整体加热和能量原位转化等系列优点，在粉末冶金领域迅速引起业界关注，其中形成的微波烧结新技术可显著降低烧结温度、烧结组织均匀、过程节能高效等系列优点。
然而，由于微波具有选择性加热的特点，不同物质由于介电常数存在较大差异，对微波能量的吸收能力也明显不同，因此将微波和传统热压相结合形成的微波热压烧结方法，在微波热压模具的选择上存在吸波性能和抗压强度难以兼顾的问题。理想的微波热压模具应同时具有两个特性：（1）优良的吸波性能，即模具材质具有足够高的介电常数，使微波能量被高效利用，保证样品有足够快的升温速率；（2）良好的抗压性能，保证在高温下模具能承受工艺要求施加的轴向压力。在模具材料的选择上，高纯石墨粉具有良好的吸波性能，但将其加工成石墨模具后具有优良的导电性，成为微波的屏蔽体，对微波的吸收能力急剧下降，因此高纯石墨无法用作微波热压烧结模具材料；碳化硅陶瓷是微波的良好吸收材料，但用纯碳化硅制备的坩埚脆性大，抗压强度低，常用作微波无压烧结的物料承载体，导致目前市场上尚无完全适用于微波热压烧结的模具产品，在很大程度上限制了微波热压烧结技术在粉末冶金领域的工业化应用。因此，综合考虑石墨模具耐压和碳化硅模具吸波性好的优点，通过石墨和碳化硅配方的设计，并采用合适的加工方法制备石墨-碳化硅复合材料模具，是突破热压模具对微波热压方法产业应用限制瓶颈的关键。在微波热压专用的石墨-碳化硅热压模具制备方面，目前尚未见报道。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种微波热压炉专用模具的制备方法。
本发明通过以下技术方案实现。
一种微波热压炉专用模具的制备方法，其步骤包括：
步骤1、将以下质量百分比组分：35%～65%鳞片状石墨、25%～35%碳化硅、3%～8%氧化铝、5%～12%氮化铝和2%～10%石蜡润湿粘接剂以400～550r/min搅拌速度混合6～10h，得到混合均匀的粉料；
步骤2、将步骤1得到的粉料在冷压为20～40MPa下成型1～3h，得到冷压生坯；
步骤3、将步骤2得到的冷压生坯，在温度为1800～2200℃下烧结3～5h，待自然冷却后取出得到石墨-碳化硅模具半成品；
步骤4、将步骤3得到的石墨-碳化硅模具半成品进行抛光处理，制得微波热压炉专用模具。
所述步骤1中鳞片状石墨粒径为200～325目，碳化硅粒径为325～500目，氧化铝粒径为400～600目，氮化铝粒径为325～600目。
上述微波热压炉专用模具在2450MHz微波频率下相对介电常数为3.5～9.2，抗压强度为10～35MPa。
本发明的有益效果是：本发明制备的热压模具采用鳞片状石墨和碳化硅为原料，不需消耗高纯石墨粉，制备成本低；本发明鳞片状石墨、碳化硅的冷压胚体结合力良好，两种烧结助剂使高温烧结得到的模具致密性好，烧结组织均匀；本发明制备的热压模具吸波性强，抗压强度好，满足微波热压烧结对吸波能力和抗压强度的工艺要求。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
该微波热压炉专用模具的制备方法，其步骤包括：
步骤1、将以下质量百分比组分：65%鳞片状石墨、25%碳化硅、3%氧化铝、5%氮化铝和2%石蜡润湿粘接剂以400r/min搅拌速度混合6h，得到混合均匀的粉料；鳞片状石墨粒径为200目，碳化硅粒径为500目，氧化铝粒径为600目，氮化铝粒径为325目；
步骤2、将步骤1得到的粉料在冷压为30MPa下成型2h，得到冷压生坯；
步骤3、将步骤2得到的冷压生坯，在温度为1950℃下烧结5h，待自然冷却后取出得到石墨-碳化硅模具半成品；
步骤4、将步骤3得到的石墨-碳化硅模具半成品进行抛光处理，制得微波热压炉专用模具。
上述微波热压炉专用模具在2450MHz微波频率下相对介电常数为6.3，抗压强度为27MPa。
实施例2
该微波热压炉专用模具的制备方法，其步骤包括：
步骤1、将以下质量百分比组分：35%鳞片状石墨、35%碳化硅、8%氧化铝、12%氮化铝和10%石蜡润湿粘接剂以550r/min搅拌速度混合10h，得到混合均匀的粉料；鳞片状石墨粒径为325目，碳化硅粒径为325目，氧化铝粒径为400目，氮化铝粒径为600目；
步骤2、将步骤1得到的粉料在冷压为20MPa下成型3h，得到冷压生坯；
步骤3、将步骤2得到的冷压生坯，在温度为1800℃下烧结3h，待自然冷却后取出得到石墨-碳化硅模具半成品；
步骤4、将步骤3得到的石墨-碳化硅模具半成品进行抛光处理，制得微波热压炉专用模具。
上述微波热压炉专用模具在2450MHz微波频率下相对介电常数为8.7，抗压强度为25MPa。
实施例3
该微波热压炉专用模具的制备方法，其步骤包括：
步骤1、将以下质量百分比组分：50%鳞片状石墨、30%碳化硅、6%氧化铝、8%氮化铝和6%石蜡润湿粘接剂以500r/min搅拌速度混合8h，得到混合均匀的粉料；鳞片状石墨粒径为300目，碳化硅粒径为360目，氧化铝粒径为500目，氮化铝粒径为500目；
步骤2、将步骤1得到的粉料在冷压为40MPa下成型1h，得到冷压生坯；
步骤3、将步骤2得到的冷压生坯，在温度为2200℃下烧结4h，待自然冷却后取出得到石墨-碳化硅模具半成品；
步骤4、将步骤3得到的石墨-碳化硅模具半成品进行抛光处理，制得微波热压炉专用模具。
上述微波热压炉专用模具在2450MHz微波频率下相对介电常数为8.7，抗压强度为32MPa。
以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (2)
1.一种微波热压炉专用模具的制备方法，其特征在于步骤包括：
步骤1、将以下质量百分比组分：35%～65%鳞片状石墨、25%～35%碳化硅、3%～8%氧化铝、5%～12%氮化铝和2%～10%石蜡润湿粘接剂以400～550r/min搅拌速度混合6～10h，得到混合均匀的粉料；
步骤2、将步骤1得到的粉料在冷压为20～40MPa下成型1～3h，得到冷压生坯；
步骤3、将步骤2得到的冷压生坯，在温度为1800～2200℃下烧结3～5h，待自然冷却后取出得到石墨-碳化硅模具半成品；
步骤4、将步骤3得到的石墨-碳化硅模具半成品进行抛光处理，制得微波热压炉专用模具。
2.根据权利要求1所述的微波热压炉专用模具的制备方法，其特征在于：所述步骤1中鳞片状石墨粒径为200～325目，碳化硅粒径为325～500目，氧化铝粒径为400～600目，氮化铝粒径为325～600目。
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