CN111036887A - 金属基陶瓷复合材料浸渗工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属基陶瓷复合材料浸渗工装，包括密封桶、坩埚、笼屉和形成有通道的连接体。密封桶上开设有进气口；坩埚设于密封桶内，坩埚的内腔和进气口连通，坩埚用于放置金属锭；笼屉设于密封桶内，笼屉开设有入口，笼屉用于放置陶瓷；通道的进口设于坩埚的底部并可被由金属锭融化为的金属液所淹没，通道的出口和入口连通，通道的任意一段高于金属液的液面。由于通道的任意一段高于金属液的液面，通道起到了隔断坩埚和笼屉的作用，金属液受压缩气体挤压时才可通过通道进入笼屉内并与陶瓷发生浸渗，浸渗开始的时间可控，避免部分陶瓷先行和金属液发生浸渗，从而避免引起严重的界面反应，提高金属基陶瓷复合材料的合格率。

Description

金属基陶瓷复合材料浸渗工装

技术领域

本发明涉及复合材料制作设备技术领域，特别涉及一种金属基陶瓷复合材料浸渗工装。

背景技术

随着金属基陶瓷复合材料的广泛运用，其制备技术近年来快速发展，目前运用较为成熟的为真空压力浸渗法。该法主要是通过气体加压，将金属液渗入到陶瓷间隙中，随后凝固成金属基陶瓷复合材料。但该法对抽真空、金属熔化和浸渗顺序有明确的要求。但现阶段的工装设计不够合理，金属锭开始融化的时候已经开始有部分金属液和陶瓷接触，也即是部分陶瓷和金属液开始发生浸渗，然后金属锭不断的融化并给工装内部加压直到所有的金属液和所有的陶瓷发生浸渗，此过程中，陶瓷各个部分浸渗的时间长度差别大，且部分金属液和陶瓷长时间的浸渗，会引起严重的界面反应，导致性能不均匀，难以得到合格的金属基陶瓷复合材料。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种金属基陶瓷复合材料浸渗工装，能够保证抽真空、金属锭熔化与金属液浸渗过程的受控，避免各操作步骤相互影响，避免引起严重的界面反应，提高金属基陶瓷复合材料的合格率。

根据本发明实施例的金属基陶瓷复合材料浸渗工装，包括密封桶、坩埚、笼屉和形成有通道的连接体。密封桶上开设有进气口；坩埚设于所述密封桶内，所述坩埚的内腔和所述进气口连通，所述坩埚用于放置金属锭；笼屉设于所述密封桶内，笼屉开设有入口，所述笼屉用于放置陶瓷；所述通道的进口设于所述坩埚的底部并可被由所述金属锭融化为的金属液所淹没，所述通道的出口和所述入口连通，所述通道的任意一段高于所述金属液的液面。

根据本发明实施例的金属基陶瓷复合材料浸渗工装，至少具有如下有益效果：由于所述通道的任意一段高于所述金属液的液面，通道起到了隔断坩埚和笼屉的作用，受压缩气体挤压的金属液从进口进入通道内，然后通过高度大于金属液液面的通道到达笼屉，并与笼屉内的陶瓷发生浸渗过程，浸渗工装抽真空、金属锭熔化、加压、金属液浸渗过程为独立的过程，不会相互干涉影响，浸渗工装可避免各操作步骤相互影响，浸渗开始的时间可控，避免部分陶瓷先行和金属液发生浸渗过程，从而避免引起严重的界面反应，提高金属基陶瓷复合材料的合格率。

根据本发明的一些实施例，所述连接体包括导液管和管帽，所述管帽设有开口腔，所述管帽套在所述导液管上，所述管帽开口的侧壁和所述导液管之间形成所述进口，所述导液管的一端和所述开口腔的顶部连通，所述导液管的另一端为所述出口。

根据本发明的一些实施例，所述导液管的所述一端侧面设有连通口，所述导液管的管腔通过所述连通口与所述开口腔的顶部连通。

根据本发明的一些实施例，所述开口腔的内壁顶部和所述导液管的所述一端通过螺纹连接。

根据本发明的一些实施例，所述开口腔的内壁顶部设有内螺纹，所述导液管的所述一端侧面设有与所述内螺纹相配合的外螺纹。

根据本发明的一些实施例，所述坩埚插设在所述入口处且所述坩埚的外壁和所述入口的侧壁密封连接。

根据本发明的一些实施例，所述导液管竖直设于所述坩埚的底部，所述坩埚内壁的底部与所述导液管交接的区域设有凹槽，所述管帽开口的侧壁和所述凹槽的内壁形成进液口，所述进液口和所述进口连通，所述管帽开口的侧壁下表面和所述坩埚底部的内壁高度相同。

根据本发明的一些实施例，所述坩埚和所述笼屉呈圆柱体或者方体。

根据本发明的一些实施例，所述笼屉内设有若多个分隔陶瓷的分隔板。

根据本发明的一些实施例，所述分隔板水平设置，所述分隔板上设有浇口。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的金属基陶瓷复合材料浸渗工装的剖视示意图；

图2为图1示出的A处的局部放大的示意图；

图3为图1示出的导液管的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1，一种金属基陶瓷复合材料浸渗工装，包括密封桶100、坩埚200、笼屉300和形成有通道400的连接体500。密封桶100上开设有进气口110；坩埚200设于密封桶100内，坩埚200的内腔和进气口110连通，坩埚200用于放置金属锭；笼屉300设于密封桶100内，笼屉300开设有入口310，笼屉300用于放置陶瓷；通道400的进口410设于坩埚200的底部并可被由金属锭融化为的金属液所淹没，通道400的出口420和入口310连通，通道400的任意一段高于金属液的液面。

金属锭在坩埚200内融化为金属液，由于通道400的任意一段高于金属液的液面，通道400起到了隔断坩埚200和笼屉300的作用，当通过进气口110往密封桶100内输送压缩气体的时候，受压缩气体挤压的金属液从进口410进入通道 400内，然后通过高度大于金属液液面的通道400到达笼屉300，并与笼屉300 内的陶瓷发生浸渗过程，金属锭熔化与金属液浸渗过程为独立的过程，不会相互干涉影响，避免各操作步骤相互影响，浸渗开始的时间可控，避免部分陶瓷先行和金属液发生浸渗过程，从而避免引起严重的界面反应，提高金属基陶瓷复合材料的合格率。

可以理解的是，通道400用于输送金属液，当金属锭完全融化的时候，其中一段通道400的高度大于金属液的液面高度。其中一段通道400的高度可根据实际需求而设置，当其中一段通道400的高度大于坩埚200的高度，只要金属液不溢出坩埚200，通道400仍保持隔断坩埚200和笼屉300的作用。在一些是实例中，其中一段通道400的高度高于坩埚200的高度20mm以上，保证坩埚内的金属锭熔化后形成的金属液面低于其中一段通道400下壁20mm以上。浸渗工装需装入浸渗炉后，并给浸渗炉抽真空，整套浸渗工装处于真空环境，也即是同时给浸渗工装抽真空。随后由浸渗炉对浸渗工装进行加热并保温，使得坩埚200 内的金属锭熔化。可以直接往进气口110输送压缩气体或者往浸渗炉输送压缩气体，两种方法均可以将金属液挤进笼屉300中。

本发明的一些实施例中，进一步参见图2，连接体500包括导液管510 和管帽520，管帽520设有开口腔521，开口腔521的直径比导液管510外径大，管帽520套在导液管510上，也即是管帽520扣在导液管510上，导液管510 的一端伸进开口腔521内，开口腔521和导液管510的管腔为通道400的一部分。管帽520开口的侧壁和导液管510之间形成进口410，导液管510的一端和开口腔521的顶部连通，导液管510的另一端为出口420。最终使得通道400呈现一个曲折的形态，开口腔521腔底和导液管510的一端交接区域即为通道400转折的区域，该转折区域的高度可大于金属液的液面高度，从而使得通道400起隔断坩埚200和笼屉300的作用。

本发明的一些实施例中，导液管510的一端侧面设有连通口511，导液管510的管腔通过连通口511与开口腔521的顶部连通，使得整个通道400顺畅连通。

本发明的一些实施例中，开口腔521的内壁顶部和导液管510的一端通过螺纹连接，通过螺纹可方便地安装或拆除管帽520。

本发明的一些具体实施例中，开口腔521的内壁顶部设有内螺纹，进一步参见图3，导液管510的一端侧面设有与内螺纹相配合的外螺纹。进一步的，开口腔521的顶部内壁上设有螺纹孔，导液管510的一端通过外螺纹段和螺纹孔连接。

本发明的一些实施例中，坩埚200插设在入口310处且坩埚200的外壁和入口310的侧壁密封连接。使得笼屉300内腔、入口310、通道400、坩埚200 内腔、密封桶100内腔和进气口110连成一条气腔，可以将气腔抽真空或者加压。

本发明的一些实施例中，导液管510竖直设于坩埚200的底部，坩埚 200内壁的底部与导液管510交接的区域设有凹槽210，管帽520开口的侧壁和凹槽210的内壁形成进液口，进液口和进口410连通，管帽520开口的端面高度低于坩埚200底部的内壁，但管帽520开口的端面不与凹槽210的内壁抵接。凹槽210为坩埚200内腔最低处，所有金属液流进凹槽210内再进入进口410，可以有利于尽可能将坩埚200内的金属液输送进笼屉300内，避免坩埚200内残留过多的金属液，从而减少金属液的浪费。可以理解的是，导液管510和坩埚200可以才用一体成型的方式制作；另一实施例中，导液管510和坩埚200均为独立结构，坩埚200底部设有螺纹通孔，导液管510的另一端和螺纹通孔连接。再一是实例中，坩埚200底部设有台阶状的突起，在突起上设置竖直的通孔，导液管 510即为形成有通孔的突起。

本发明的一些实施例中，连接体500可以为倒置的U型管，U型管的一端设于坩埚200内腔底部，另一端和笼屉300连通，中间段的高度大于金属液的液面。

本发明的一些实施例中，坩埚200和笼屉300呈圆柱体或者方体，圆柱体和方体均为常用的工装结构。

本发明的一些实施例中，笼屉300内设有若多个分隔陶瓷的分隔板310，笼屉300内可以放置多个陶瓷，提高生产效率，分隔板310可避免陶瓷与陶瓷之间紧密贴合，从而造成陶瓷与金属液浸渗不均匀。分隔板310水平设置，分隔板 310上设有浇口311，空气和金属液可以从浇口311中穿过。

本发明的一些实施例中，密封桶100可以采用A3钢或不锈钢材料制作；坩埚200、笼屉300、管帽520和分隔板310可采用石墨材料制作；陶瓷6可采用碳化硅或氧化铝或碳化硼的纤维制作；金属锭可采用镁合金或铝合金。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术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 (10)

1.一种金属基陶瓷复合材料浸渗工装，其特征在于，包括：

密封桶，开设有进气口；

坩埚，设于所述密封桶内，所述坩埚的内腔和所述进气口连通，所述坩埚用于放置金属锭；

笼屉，设于所述密封桶内，开设有入口，所述笼屉用于放置陶瓷；

形成有通道的连接体，所述通道的进口设于所述坩埚的底部并可被由所述金属锭融化为的金属液所淹没，所述通道的出口和所述入口连通，所述通道的任意一段高于所述金属液的液面。

2.根据权利要求1所述的金属基陶瓷复合材料浸渗工装，其特征在于：所述连接体包括导液管和管帽，所述管帽设有开口腔，所述管帽套在所述导液管上，所述管帽开口的侧壁和所述导液管之间形成所述进口，所述导液管的一端和所述开口腔的顶部连通，所述导液管的另一端为所述出口。

3.根据权利要求2所述的金属基陶瓷复合材料浸渗工装，其特征在于：所述导液管的所述一端侧面设有连通口，所述导液管的管腔通过所述连通口与所述开口腔的顶部连通。

4.根据权利要求2或3所述的金属基陶瓷复合材料浸渗工装，其特征在于：所述开口腔的内壁顶部和所述导液管的所述一端通过螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的金属基陶瓷复合材料浸渗工装，其特征在于：所述开口腔的内壁顶部设有内螺纹，所述导液管的所述一端侧面设有与所述内螺纹相配合的外螺纹。

6.根据权利要求1所述的金属基陶瓷复合材料浸渗工装，其特征在于：所述坩埚插设在所述入口处且所述坩埚的外壁和所述入口的侧壁密封连接。

7.根据权利要求2所述的金属基陶瓷复合材料浸渗工装，其特征在于：所述导液管竖直设于所述坩埚的底部，所述坩埚内壁的底部与所述导液管交接的区域设有凹槽，所述管帽开口的侧壁和所述凹槽的内壁形成进液口，所述进液口和所述进口连通，所述管帽开口的端面高度低于所述坩埚底部的内壁，但所述管帽开口的端面不与所述凹槽的内壁抵接。

8.根据权利要求1所述的金属基陶瓷复合材料浸渗工装，其特征在于：所述坩埚和所述笼屉呈圆柱体或者方体。

9.根据权利要求1所述的金属基陶瓷复合材料浸渗工装，其特征在于：所述笼屉内设有若多个分隔陶瓷的分隔板。

10.根据权利要求9所述的金属基陶瓷复合材料浸渗工装，其特征在于：所述分隔板水平设置，所述分隔板上设有浇口。

Images