CN1364746A - 碳化硅反射镜坯体成型工艺方法及胀缩模具 - Google Patents

Abstract

本发明属于陶瓷制品,涉及碳化硅反射镜坯体成型工艺方法及胀缩模具,由胀缩部件、钢杆、联接件、外套、内杆组成,采用本发明的装置可实现无应力脱模,可制备各种形状的轻量化结构SiC反射镜坯体。在坯体干燥过程中进行脱模保证最终产品无孔洞裂纹,超声波处理使结构致密,保证所得SiC反射镜的纯度克服添加剂的不良影响。采用内杆、外套的结构,使模具块缩小,脱模过程中脱模坯体未受到任何作用力,实现了无应力脱模,则使本发明可以制备各种形状的轻量化结构SiC反射镜坯体。

Description

碳化硅反射镜坯体成型工艺方法及胀缩模具

本发明属于陶瓷制品技术领域，涉及一种陶瓷制品的坯体制备方法及成型工艺。

SiC陶瓷由于其优良性能而被用于制作反射镜。该反射镜具有军用及民用价值，故SiC反射镜的制备工艺亦备受关注。

制备SiC反射镜的工艺有许多种，除了热压烧结、气相沉积外，最有应用价值的是反应烧结法。反应烧结法流程为：首先利用SiC粉制得所需形状的坯体。将该坯体在Si气氛下烧结后，再经抛光研磨后就可得到SiC反射镜。整个工艺中最关键是如何制备出理想的坯体。理想的坯体指：1.能被成功烧结；2.烧结体中没有气孔和裂纹；3.坯体具有轻量化结构。其中1取决于工艺的配方，2、3则取决于坯体的成型、脱模工艺。

国内在该SiC反射镜坯体制备工艺上是空白，涉及SiC陶瓷材料的制备工艺中大多采用掺入各种添加剂的方法进行烧结。这对于SiC反射镜是不可取的，因为这将影响SiC反射镜的抛光性能，力学性能及热学性能等。采用的成型方法大多为热压成型、手工捣打、或压力挤压等，这种成型工艺制成的坯体中的缺陷是不可避免的。(参见中国专利00114425，99107877，99119733，98114247，97116581等)。

国外(美国)相关专利检索(US Patent Database Search)涉及多项SiC陶瓷制品的工艺(参见US patent5683028、6110283、5071596、4856887)，在文献报道中所提及的成型方式主要为热压、气相沉积、气相反应，至于反应烧结法的坯体成型只提及采用凝胶注浆。

本发明解决已有技术热压成型、手工捣打、或压力挤压坯体，采用掺入各种添加剂的方法进行烧结影响抛光性能，力学性能及热学性能、添加剂所形成的污染、脱模坯体易变形且有裂纹等问题。本发明将提供一种新型的碳化硅反射镜坯体成型工艺方法及胀缩模具，以制备具有轻量化结构的复杂形状的理想坯体。

本发明内容如下：提出一种新的工艺配方；提出利用超声波的致密方法；提出新的无作用力脱模方法及装置。

本发明碳化硅反射镜坯体成型工艺方法：首先选择95～99％、粒度为1～5μm的碳化硅粉末与1～5％石墨粉混合，再将上述混合料加入适量的酚醛树脂乙醇溶液并充分混合均匀制成浆料；将上述浆料进行超声波处理，消除滞留在浆料中的气泡，制成注模浆料，将注模浆料注入模具形成注模坯体；再对注入模具中的注模坯体进行干燥处理，并操作胀缩模具进行脱模使模具脱出并形成脱模坯体；将脱模坯体放入烘箱中升温烘烤至250-350℃；最后将烘烤的脱模坯体在保护气氛下置于加热炉中处理至1000-1200℃，制成碳化硅反射镜成型坯体。

本发明中工艺致密化处理：将上述浆料进行超声波处理，消除滞留在浆料中的气泡，经过上述处理后，再将浆料注模。超声波能有效降低气泡的表面能将促使其逸出，同时使浆料的颗粒分散均匀便于注模。本发明在浆料干燥过程中利用可胀缩模具进行脱模，浆料变干过程中体积会收缩。

本发明中的胀缩模具是在胀缩部件1里嵌入刚性支架6。刚性支架6由钢杆2、联接件3、外套4、内杆5组成。若干个钢杆2与若干个联接件3连接且组成所需要的形状，外套4的周围分别与若干个钢杆2活动连接，内杆5的一端与若干钢杆2活动连接，内杆5及外套4的另一端置于胀缩部件1的外部用来控制模具块的胀缩。

本发明装置的工作过程：在可胀缩模具块外包覆薄塑料膜后，按坯体的形状排列，并注入浆料。当浆料经干燥处理而干缩时，只需将内杆外抽，外套下推，刚性支架就会内收整个模具块，因此在脱模过程中坯体未受到任何作用力，达到利用刚性支架的胀缩控制模具块的胀缩，从而使模具块缩小而实现无作用力脱模。

从上述采用本发明的工艺配方可见，除碳外没有添加任何助烧结添加剂，最大限度地保证了所得SiC反射镜的纯度，克服已有技术添加剂带来的不良影响。本发明采用酚醛树脂热解产生的碳实际上就起助烧结作用，由于碳在SiC气氛中可转化为SiC，故避免了其它添加剂所形成的污染。

本发明在注模浆料干缩时同步进行脱模，解决了已有脱模方法在浆料自身的强度很低时，使模具与注模浆料同步收缩很困难，模具不随注模浆料同步收缩则会导致脱模坯体中有裂纹出现，将会破坏脱模坯体形状的问题，采用本发明在脱模坯体干燥过程中进行脱模的工艺可保证最终产品无孔洞裂纹。

本发明采用超声波处理使脱模坯体结构致密，解决已有技术抛光性能，力学性能及热学性能差的问题。

本发明的可胀缩模具采用内杆、外套的结构，使模具块缩小，脱模过程中脱模坯体未受到任何作用力，实现了无应力脱模，则使本发明可以制备各种形状的轻量化结构SiC反射镜坯体。解决已有技术中不可收缩模具不能制备各种形状的轻量化结构SiC反射镜坯体的问题。

附图说明：

图1是本发明刚性支架结构示意图。

图2是本发明收缩的刚性支架示意图。

图3是本发明刚性支架的俯视图。

图4、图5是本发明可胀缩模具的使用示意图。

图6是本发明胀缩模具的剖视图。

图7是本发明的活动联接方式示意图。

本发明如附图所示的实施例：图1中刚性支架结构的具体尺寸和形状可根据实际需要确定；当内杆和套管相对运动时，就会变为图2所示的状态；图3是以六方体刚性支架的俯视图；图4、图5是胀缩模具实际使用过程中的示意图；图6为胀缩模具的剖面图。图7胀缩模具中钢杆与钢杆、钢杆与内杆、钢杆与外套间的活动联接方式，这些件可根据实际需要构成多种形状，如六方体、长方体、三方体等，可采用金属材料制成。胀缩部件1可用海绵或其它类似材料。

本发明中酚醛树脂采用热固型酚醛树脂。热固型酚醛树脂可以将粉料粘结成具有一定强度的坯体，同时热固型酚醛树脂热解后成为包覆SiC颗粒的碳，在SiC气氛中碳可转化为SiC。而溶液中的乙醇本身有消泡作用。

实施例1：制备具有轻量化结构的复杂形状坯体

(1)、将99％、粒径为1～3μ的SiC粉末与1％石墨粉末混合再加入适量的酚醛树脂液充分球磨混合，成均匀注模浆料。

(2)、将注模浆料进行超声波处理5～10分钟，除尽气泡后倒入模具中形成注模坯体。

(3)、模具中注模坯体经干燥处理，注模坯体开始干缩；

(4)、操作模具块脱模形成脱模坯体，脱模后待脱模坯体继续干燥；

(5)、将脱模坯体放入烘箱中，升温烘烤至350℃；

(6)、在保护气氛下在加热炉中处理至1200℃，制成碳化硅反射镜成型坯体。

(7)、本例中所用模具块为六方结构，故可得到具有蜂窝状轻量化结构的坯体。

实施例2：

(1)将一定量粒径为1～3μ的SiC粉末与5％石墨粉末混合再加入适量的酚醛树脂液充分球磨混合，成均匀注模浆料；

(2)将注模浆料进行超声波处理5～10分钟，除尽气泡后倒入模具中形成注模坯体；

(3)实施例1中相同；

(4)实施例1中相同；

(5)将脱模坯体放入烘箱中，升温烘烤至250℃；

(6)在保护气氛下在加热炉中处理至1000℃，制成碳化硅反射镜成型坯体。

(7)本例中所用模具块为长方体，故可得到具有网格状轻量化结构的坯体。

实施例3：

(1)将一定量粒径为1～3μ的SiC粉末与3％石墨粉末混合再加入适量的酚醛树脂液充分球磨混合，成均匀浆料；

(2)实施例1中相同；

(3)实施例1中相同；

(4)实施例1中相同；

(5)将脱模坯体放入烘箱中，升温烘烤至300℃；

(6)在保护气氛下在加热炉中处理至1100℃，制成碳化硅反射镜成型坯体。

Claims (3)

1、一种碳化硅反射镜坯体成型工艺方法及胀缩模具，其特征在于：首先选择95～99％、粒度为1～5μm的碳化硅粉末与1～5％石墨粉混合，再将上述混合料加入适量的酚醛树脂乙醇溶液并充分混合均匀制成浆料；将上述浆料进行超声波处理，消除滞留在浆料中的气泡，制成注模浆料，将注模浆料注入模具形成注模坯体；再对注入模具中的注模坯体进行干燥处理时，操作胀缩模具进行脱模使模具脱出并形成脱模坯体；将脱模坯体放入烘箱中升温烘烤至250-350℃；最后将烘烤的脱模坯体在保护气氛下置于加热炉中处理至1000-1200℃，制成碳化硅反射镜成型坯体。

2、根据权利要求1所述的碳化硅反射镜坯体成型的胀缩模具，其特征在于：包括可胀缩部件1和刚性支架6，在可胀缩部件1里嵌入刚性支架6。

3、根据权利要求2所述的碳化硅反射镜坯体成型的胀缩模具，其特征在于：刚性支架6由钢杆2、联接件3、外套4、内杆5组成，若干个钢杆2与若干个联接件3连接且组成所需要的形状，外套4的周围分别与若干个钢杆2活动连接，内杆5的一端与钢杆2活动连接，内杆5的另一端置于胀缩部件1的外部用来控制模具块的胀缩。

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