CN113732284B - 一种靶材热等静压成型方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及等静压成型技术领域，提出了一种靶材热等静压成型设备，包括高压筒体；上端盖，设置在高压筒体的一端；下端盖，设置在高压筒体的另一端，上端盖、高压筒体及下端盖围成一个高压腔；载料板，设置在高压腔内；包套，与载料板连接，包套与载料板用于装载粉末；压紧连接件，设置在载料板与包套之间；陶瓷层，设置在包套的内壁上；加热系统，位于高压腔内，用于产生热量；及冷却系统，位于高压腔内，用于对进行冷却，通过上述技术方案，解决了现有技术中包套焊接后不方便拆卸的问题。

Description

一种靶材热等静压成型方法及设备

技术领域

本发明涉及等静压成型技术领域，尤其涉及一种靶材热等静压成型方法及设备。

背景技术

热等静压工艺是将制品放置到密闭的容器中，向制品施 加各向同等的压力，同时施以高温，在高温高压的作用下，制品得以烧结和致密化的一种成型工艺；热等静压是高性能材料生产和新材料开发不可或缺的手段；热等静压可以直接粉末成型，粉末装入包套中(类似模具作用)，包套可以采用金属或陶瓷制作(低碳钢、Ni、Mo、玻璃等)，然后使用氮气、氩气作加压介质，使粉末直接加热加压烧结成型的粉末冶金工艺；或者将成型后的铸件：包括铝合金、钛合金、高温合金等缩松缩孔的铸件进行热致密化处理，通过热等静压处理后，铸件可以达到100%致密化，提高铸件的整体力学性能；当粉末或粉末压坯装入焊接好的包套中经过高温、高压完成成形和烧结后，一般需要经过机械或酸浸的方法来除去包套，方可得到制品，但是现有技术中因包套焊接拆卸不便，通常采用酸洗进行包套去除；成型靶材等金属制品而包套为金属时，采用酸洗的情况下，如果控制不得当，在腐蚀去除包套和底板的同时会造成制品零件的腐蚀，因而热等静压成型的生产成本很高。

发明内容

本发明提出了一种靶材热等静压成型方法及设备，解决了现有技术中包套焊接后拆卸不便的问题。

本发明的技术方案如下：

一种靶材热等静压成型设备，包括

高压筒体；

上端盖，设置在所述高压筒体的一端；

下端盖，设置在所述高压筒体的另一端，所述上端盖、所述高压筒体及所述下端盖围成一个高压腔；

载料板，设置在所述高压腔内；

包套，与所述载料板连接，所述包套与所述载料板用于装载粉末；

压紧连接件，设置在所述载料板与所述包套之间；

陶瓷层，设置在所述包套的内壁上；

加热系统，位于所述高压腔内，用于产生热量；及

冷却系统，位于所述高压筒体的筒壁上，用于进行冷却。

进一步的，所述载料板为圆形结构，所述包套的截面为圆形结构，所述包套具有位于其下部外壁的套沿，所述压紧连接件包括

第一卡环，用于连接密封所述套沿及所述载料板；及

第二卡环，用于连接密封所述第一卡环及所述套沿。

进一步的，所述套沿的截面为楔形，所述套沿的外沿的高度大于内沿的高度，所述载料板上设置有

载料凸台，用于插进所述包套内，所述载料凸台与所述包套过盈安装，所述包套及所述载料凸台的接触面上设置有所述陶瓷层；及

限位凸沿，设置有若干个，位于所述套沿外侧，且用于与所述第一卡环的环底面压紧。

进一步的，所述第一卡环具有

第一密封部，具有两个斜面，所述第一密封部的一个斜面与所述套沿接触设置；及

第二密封部，为若干个环形凹槽，用于与所述限位凸沿卡接；

所述第二卡环具有

压紧面，与所述包套的外壁接触设置；及

导压面，与所述另一个斜面压紧接触设置。

进一步的，所述套沿与所述包套的外壁之间形成一个环锥形空间，所述第一卡环与所述第二卡环压紧设置在所述环锥形空间内，并形成一个真空环所述压紧面与所述包套外壁接触，所述第一密封部的两个斜面，一个与所述套沿的顶面接触压紧，另一个与所述导压面接触压紧；其中所述载料板上设置有泄压孔，所述泄压孔内设置有单向阀，且所述泄压孔与所述真空环连通。

进一步的，所述加热系统包括

保温隔热件，设置所述高压腔内；及

进一步的，加热件，设置在所述包套与所述保温隔热件之间，用于产生热量。

所述冷却系统包括

冷却通道，设置在所述高压筒体内；

水泵，出水端与所述冷却通道的进水端连通；及

水箱，所述水泵的进水端连通与所述冷却通道的出水端均与所述水箱连接。

进一步的，所述包套上设置有抽气管，所述抽气管用于对包套内部进行抽真空处理。

成型靶材的方法，包括以下步骤：

S1、粉碎：将纯度≥99.8%的钴块体及纯度≥99.6%的铬块体进行破碎、球磨，形成粒径为3~120μm的粉末；

S2、混料：将钴粉末及铬粉末按照 3~5:1的质量比进行混合，制成复合粉末；

S3、装料：将复合粉末加入所述包套及所述载料板之间形成的腔体内；并通过所述抽气管进行抽真空处理；

S4、热等静压：在进行升温的同时进行升压，使所述高压腔内的气体的温度和压力同时到达峰值，此时温度为1230℃±100℃；压力为130~150MPa；然后进行保压，保压时间为65~75min；最后进行冷却及泄压；

S5、取件：打开所述上端盖及所述下端盖，将所述载料板、所述包套及所述压紧连接件的组件取出；

S6、拆卸：通过所述抽气管向所述包套内通入气体泄压；然后依次拆下所述第二卡环、所述第一卡环、所述载料板及所述包套，得到钴铬合金靶材制品。

所述包套及所述第一卡环为低碳钢材料，所述载料板及所述第二卡环为陶瓷材料。

本发明的工作原理及有益效果为：

1、本发明中压紧连接件使得载料板及包套之间形成机械密封连接，成为一个密闭的空间，将待成型的粉末物料置于包套及载料板形成的空间内，然后对包套进行抽真空处理，然后上端盖沿高压筒体下移，下端盖沿高压筒体下移，对高压腔进行加压，高压腔内的气体将压力传递至包套，同时加热系统工作，使得高压腔内的气体（惰性气体，如氩气）温度升高，并将热量通过包套，包套在高温高压的作用下发生收缩，进行热等静压处理，陶瓷层在进行热等静压时，避免金属粉末与包套粘结，完成后将载料板、包套及压紧连接件的组件取出，向包套内通气泄压，然后拆卸载料板及压紧连接件，在此过程中，载料板、包套及压紧连接件的机械密封连接，使得包套安装和拆卸方便，无需进行焊接处理，同时拆卸包套操作简单，避免了使用酸洗，避免制品受损，大大降低了企业的生产成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明结构主视图；

图2为图1中A部位的局部放大图；

图3为本发明包套与载料板安装示意图；

图中： 1、高压筒体，2、上端盖，3、下端盖，4、高压腔，5、载料板，6、包套，7、压紧连接件，8、加热系统，9、冷却系统，10、套沿，11、第一卡环，12、第二卡环，13、内沿，14、载料凸台，15、限位凸沿，16、第一密封部，17、第二密封部，18、压紧面，19、导压面，20、保温隔热件，21、加热件，22、冷却通道，23、抽气管，24、陶瓷层，25、真空环，26、泄压孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

实施例1

如图1~图3所示，本实施例提出了一种靶材热等静压成型设备，包括高压筒体1；上端盖2，设置在高压筒体1的一端；下端盖3，设置在高压筒体1的另一端，上端盖2、高压筒体1及下端盖3围成一个高压腔4；载料板5，设置在高压腔4内；包套6，与载料板5连接，包套6与载料板5用于装载粉末；压紧连接件7，设置在载料板5与包套6之间；陶瓷层24，设置在所述包套6的内壁上；加热系统8，位于高压腔4内，用于产生热量；及冷却系统9，位于所述高压筒体1的筒壁上，用于进行冷却。

本实施例中，为了解决现有技术中包套焊接后不方便拆卸的问题，现在包套6和载料板5之间设置压紧连接件7，压紧连接件7使得载料板5及包套6之间形成机械密封连接，成为一个密闭的空间，将待成型的粉末物料置于包套6及载料板5形成的空间内，然后对包套6进行抽真空处理，然后上端盖2沿高压筒体1下移，下端盖3沿高压筒体1下移，对高压腔4进行加压，高压腔4内的气体将压力传递至包套6，同时加热系统8工作，使得高压腔4内的气体（惰性气体，如氩气）温度升高，并将热量通过包套6，包套6在高温高压的作用下发生收缩，后进行保压，包套6将温度及压力传递至其内部的粉末，使内部的粉末致密成型；陶瓷层24位于包套6及带成型的粉末隔离开，在进行热等静压时，避免金属粉末与包套6粘结，完成后，冷却系统9工作，进行冷却降温，同时，上端盖2上移，下端盖3下移，进行降压，然后将载料板5、包套6及压紧连接件7的组件取出，向包套6内通气，然后拆卸载料板5及压紧连接件7，在此过程中，载料板5、包套6及压紧连接件7的机械密封连接，可以直接从密封连接处进行机械切除，使得包套6安装和拆卸方便，无需进行焊接处理，同时陶瓷层24使得成型后的金属粉末单独成型，未与包套6交融粘结，使得拆卸包套6操作简单，避免了使用酸洗，避免制品受损，大大降低了企业的生产成本。

如图1~图3所示，载料板5为圆形结构，包套6的截面为圆形结构，包套6具有位于其下部外壁的套沿10，压紧连接件7包括第一卡环11，用于连接密封套沿10及载料板5；及第二卡环12，用于连接密封第一卡环11及套沿10。

本实施例中，包套6的截面为圆形结构便于成型圆片状靶材，同时载料板5为圆形结构，无尖角，便于将载料板5与包套6进行密封；套沿10与载料板5面接触，增大了两者之间的接触面积，使得包套6与载料板5之间的密封面积增大，使其密封性增强；第一卡环11及第二卡环12分体设置，进行多级密封，保证包套6内部的粉末的成型条件。

如图1~图3所示，套沿10的截面为楔形，套沿10的外沿的高度大于内沿13（套沿10与包套6连接位置）的高度，载料板5上设置有载料凸台14，用于插进包套6内，载料凸台14与包套6过盈安装，所述包套6及所述载料凸台14的接触面上设置有所述陶瓷层24；及限位凸沿15，设置有若干个，位于所述套沿10外侧，且用于与所述第一卡环11的环底面压紧。

本实施例中，载料凸台14与包套6过盈安装进行密封，进一步增加了两者间的密封性，限位凸沿15及楔形的套沿10 用于与压紧连接件7进行密封连接，包套6及载料凸台14的接触面上设置有陶瓷层24，载料凸台14的表面设置有陶瓷层24，使得载料凸台14与包套6形成的密闭空间由陶瓷层24包覆，使得待成型的金属粉末与金属制品的包套6或载料凸台14完全隔离，避免了热等静压后制品发生粘连现象。

如图1~图2所示，第一卡环11具有第一密封部16，具有两个斜面，第一密封部16的一个斜面与套沿10接触设置；及第二密封部17，为若干个环形凹槽，用于与限位凸沿15卡接；第二卡环12具有压紧面18，与包套6的外壁接触设置；及导压面19，与另一个斜面压紧接触设置。

本实施例中，第二密封部17用于插接卡接限位凸沿15，楔形的套沿10、第一密封部16及第二卡环12形成了一个自锁密封结构；在高压腔4内气体的加压过程中，气体压向载料板5、包套6、压紧连接件7及套沿10，在此过程中，载料板5与套沿10的接触面压紧，第二密封部17与限位凸沿15压紧，密封性增强，同时包套6收缩，包套6的收缩率大于压紧连接件7的收缩率，使得套沿10与第一密封部16的斜面进一步锁死密封，同时包套6与第一密封部16之间的间隙增大，在压力的作用下，第二卡环12的压紧面18带动第二卡环12沿第一密封部16的另一个斜面移动，将包套6与第一密封部16之间的间隙进行填满压紧，使得第一卡环11、第二卡环12、载料板5及包套6在高温高压下形成自锁密封，保证包套6及载料板5形成的内部的真空作业环境。

如图1~图2所示，所述套沿10与所述包套6的外壁之间形成一个环锥形空间，所述第一卡环11与所述第二卡环12压紧设置在所述环锥形空间内，并形成一个真空环25所述压紧面18与所述包套6外壁接触，所述第一密封部16的两个斜面，一个与所述套沿10的顶面接触压紧，另一个与所述导压面19接触压紧；其中所述载料板5上设置有泄压孔26，所述泄压孔26内设置有单向阀，且所述泄压孔26与所述真空环25连通。

本实施例中，热等静压完成后，将粘结的包套6及载料板5取出，将载料板5的外围切割，至包套6与载料板5之间的陶瓷层24漏出即可，然后通过单向阀向泄压孔26内进行通气，使得气体沿泄压孔26进入载料板5与陶瓷层24之间的真空压失效，将陶瓷层24与载料板5分开。

如图1~图2所示，加热系统8包括保温隔热件20，设置高压腔4内；及加热件21，设置在包套6与保温隔热件20之间，用于产生热量。

本实施例中，加热件21产生热量，将高压腔4内的气体进行加热，从而使得热量通过包套6传递至待成型粉末，保温隔热件20避免热量通过高压筒体1传递至外界空气，减少了热量损失和能源消耗。

如图1~图2所示，冷却系统9包括冷却通道22，设置在高压筒体1内；水泵，出水端与冷却通道22的进水端连通；及水箱，水泵的进水端连通与冷却通道22的出水端均与水箱连接。

本实施例中，水泵工作，带动水箱内的冷却水进行穿过水泵进入冷却通道22内，对高压筒体1进行冷却，使得高压筒体1与保温隔热件20之间的气体冷却，高压腔4内的气体进行循环，实现对包套6内成型的制品的冷却。

如图1~图2所示，包套6上设置有抽气管23，抽气管23用于对包套6内部进行抽真空处理。

本实施例中，抽气管23用于对包套6与载料板5之间进行抽真空处理。

如图1~图2所示，成型靶材的方法，包括以下步骤：S1、粉碎：将纯度≥99.8%的钴块体及纯度≥99.6%的铬块体进行破碎、球磨，形成粒径为3~120μm的粉末；S2、混料：将钴粉末及铬粉末按照 3~5:1的质量比进行混合，制成复合粉末；S3、装料：将复合粉末加入所述包套6及所述载料板5之间形成的腔体内；震动压实，并通过所述抽气管23进行抽真空处理；S4、热等静压：在进行升温的同时进行升压，升温速度为5~8℃/ min；升压速度为0.5 ~1MPa/ min使所述高压腔4内的气体的温度和压力同时到达峰值，此时温度为1230℃±100℃；压力为130~150MPa；然后进行保压，保压时间为65~75min；最后进行冷却及泄压；S5、取件：打开所述上端盖2及所述下端盖3，将所述载料板5、所述包套6及所述压紧连接件7的组件取出；S6、拆卸：通过所述抽气管23向所述包套6内通入气体泄压；然后依次拆下所述第二卡环12、所述第一卡环11、所述载料板5及所述包套6，得到钴铬合金靶材制品；得到的制品质地紧密，其中还可以制作钨铬合金靶材、铬钼合金靶材及其他合金靶材。

所述包套6及所述第一卡环11为低碳钢材料，所述载料板5及所述第二卡环12为陶瓷材料，低碳钢材料的收缩率大于陶瓷材料的收缩率。

实施例2

基于与上述实施例1相同的构思，本实施例还提出了一种靶材转移机构，包括循环输送链；支撑架，一端设置在所述循环输送链上；及卡板，设置在所述支撑架的另一端；所述卡板的截面为“L”型结构，所述卡板设置有若干个；所述卡板的一端设置有凸起，所述凸起与所述卡板间设置有伸缩杆，所述伸缩杆外套装有弹簧；若干个所述卡板成圆周排列设置。

还包括集料箱及推压组件，所述推压组件设置在机架上，且位于所述循环输送链的上方，所述集料箱位于所述推压组件的下方，当所述循环输送链带动所述支撑架及卡环移动到所述推压组件下方时，推压组件工作，对卡环上的靶材制品施加压力，靶材制品受力压向凸起，使得伸缩杆收缩，弹簧压紧，弹簧起到缓冲作用，然后靶材制品落进集料箱内，便于收集进行转运。

所述推压组件包括线性驱动件及推板；线性驱动件为伸缩气缸或液压缸等。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种靶材热等静压成型设备，其特征在于，包括

高压筒体（1）；

上端盖（2），设置在所述高压筒体（1）的一端；

下端盖（3），设置在所述高压筒体（1）的另一端，所述上端盖（2）、所述高压筒体（1）及所述下端盖（3）围成一个高压腔（4）；

载料板（5），设置在所述高压腔（4）内；

包套（6），与所述载料板（5）连接，所述包套（6）与所述载料板（5）用于装载粉末；

压紧连接件（7），设置在所述载料板（5）与所述包套（6）之间；

陶瓷层（24），设置在所述包套（6）的内壁上；

加热系统（8），位于所述高压腔（4）内，用于产生热量；及

冷却系统（9），位于所述高压筒体（1）的筒壁上，用于进行冷却；

所述载料板（5）为圆形结构，所述包套（6）的截面为圆形结构，所述包套（6）具有位于其下部外壁的套沿（10），所述压紧连接件（7）包括

第一卡环（11），用于压设所述套沿（10）及所述载料板（5）；及

第二卡环（12），用于压设所述第一卡环（11）及所述套沿（10）；

所述套沿（10）的截面为楔形，所述套沿（10）从靠近其圆心到远离其圆心厚度逐渐增加，所述载料板（5）上设置有

载料凸台（14），用于插进所述包套（6）内，所述载料凸台（14）与所述包套（6）过盈安装，所述包套（6）及所述载料凸台（14）的接触面上设置有所述陶瓷层（24）；及

限位凸沿（15），设置有若干个，位于所述套沿（10）外侧，且用于与所述第一卡环（11）的环底面压紧；

所述第一卡环（11）具有

第一密封部（16），具有两个斜面，所述第一密封部（16）的一个斜面与所述套沿（10）接触设置；及

第二密封部（17），为若干个环形凹槽，用于与所述限位凸沿（15）卡接；

所述第二卡环（12）具有

压紧面（18），与所述包套（6）的外壁接触设置；及

导压面（19），与另一个斜面压紧接触设置；

所述套沿（10）与所述包套（6）的外壁之间形成一个环锥形空间，所述第一卡环（11）与所述第二卡环（12）压紧设置在所述环锥形空间内，并形成一个真空环（25）所述压紧面（18）与所述包套（6）外壁接触，所述第一密封部（16）的两个斜面，一个与所述套沿（10）的顶面接触压紧，另一个与所述导压面（19）接触压紧；其中所述载料板（5）上设置有泄压孔（26），所述泄压孔（26）内设置有单向阀，且所述泄压孔（26）与所述真空环（25）连通。

2.根据权利要求1所述的一种靶材热等静压成型设备，其特征在于，所述加热系统（8）包括

保温隔热件（20），设置所述高压腔（4）内；及

加热件（21），设置在所述包套（6）与所述保温隔热件（20）之间，用于产生热量。

3.根据权利要求2所述的一种靶材热等静压成型设备，其特征在于，所述冷却系统（9）包括

冷却通道（22），设置在所述高压筒体（1）内；

水泵，出水端与所述冷却通道（22）的进水端连通；及

水箱，所述水泵的进水端连通与所述冷却通道（22）的出水端均与所述水箱连接。

4.根据权利要求1所述的一种靶材热等静压成型设备，其特征在于，所述包套（6）上设置有抽气管（23），所述抽气管（23）用于对包套（6）内部进行抽真空处理。

5.根据权利要求4中所述的一种靶材热等静压成型设备成型靶材的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、粉碎：将纯度≥99.8%的钴块体及纯度≥99.6%的铬块体进行破碎、球磨，形成粒径为3~120μm的粉末；

S2、混料：将钴粉末及铬粉末按照 3~5:1的质量比进行混合，制成复合粉末；

S3、装料：将复合粉末加入所述包套（6）及所述载料板（5）之间形成的腔体内；并通过所述抽气管（23）进行抽真空处理；

S4、热等静压：在进行升温的同时进行升压，使所述高压腔（4）内的气体的温度和压力同时到达峰值，此时温度为1230℃±100℃；压力为130~150MPa；然后进行保压，保压时间为65~75min；最后进行冷却及泄压；

S5、取件：打开所述上端盖（2）及所述下端盖（3），将所述载料板（5）、所述包套（6）及所述压紧连接件（7）的组件取出；

S6、拆卸：通过所述抽气管（23）向所述包套（6）内通入气体泄压；然后依次拆下所述第二卡环（12）、所述第一卡环（11）、所述载料板（5）及所述包套（6），得到钴铬合金靶材制品。

6.根据权利要求5所述的成型靶材的方法，其特征在于，所述包套（6）及所述第一卡环（11）为低碳钢材料，所述载料板（5）及所述第二卡环（12）为陶瓷材料。

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