CN202571280U - 用于放电等离子烧结设备中的模具 - Google Patents
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Abstract
用于放电等离子烧结设备中的模具，属于超导材料制备技术领域。其包括有内外两套模具，其中外模具包括有圆筒形的外模具外层模套(2)，从外模具外层模套(2)两端插入起增加压力和密封作用的圆柱形外模具压杆(1)；内模具置于外外模具外层模套(1)内，其包括有一圆筒形的内模具外套部分(3)，从内模具外套部分(3)两端压入的内模具压头(4)。外模具外层模套(2)两侧的外模具压杆(1)分别压在内模具外套部分(3)两端的内模具压头(4)上，所述的内模具压头(4)与外模具压杆(1)的接触端截面大小相同，置于内模具外套部分(3)的截面大小小于上述接触端截面。这种装置能够增大作用在样品上的压强，提高材料的致密性，并能够有效减弱反应物质的挥发。
Description
技术领域
本实用新型提供一种应用在放电等离子烧结设备(SPS)中，能减少原材料挥发并在设备提供有限压力下提高作用在烧结样品的有效压强的装置，属于超导材料制备技术领域。
背景技术
材料科学等领域中，对材料的各种属性研究通常都是对样品基本性能进行的。其过程为：将原材料放入模具中，制成圆片状或方块状的小型试样，再通过加热等手段使其整体发生反应、变性或烧结成型，得到各种待测材料的小型试样，最后再对其进行各种测试和分析，以获得样品材料的各种属性参数。这种用于制备小型试样的先成型再热处理的过程成为科学研究中不可或缺的手段之一。
制备小型试样的传统方法：先通过机械方法将原材料压制或机械加工成圆片状或方块状小型试样，再放进烧舟在真空或者保护气氛下进行无压加热处理。这些方法制备出的小型试样，由于在其加热变性过程中没有受到外界的压力，使得制备出的小型试样内部致密度相对较低，一些性能参数较理论值也有所下降。因此，如果有一种能够在加热的同时进行加压的处理手段，将能够为小型试样的制备提供更丰富的处理条件，获得更好的属性参数。放电等离子烧结技术(SPS)虽然解决了这个问题，能够实现一边加压、一边加热的处理效果，获得内部结构致密的小型试样，但是其设备自身参数，如烧结压力，烧结温度范围等规格限制，对科学研究形成一定的障碍，不能更充分利用其设备价值，同时满负荷工作对设备也造成较大损伤。
在我们超导材料MgB2的研究制备中，压力作用对材料性能的影响很大，而用常规的模具用SPS制备样品，压力作用下作用在样品表面的有效压强只有几十兆帕，不能有效提高压力作用下材料的致密性，达不到材料研究和应用的目的，并且在我们烧结过程中金属Mg处于熔融态，导致一定的挥发。因此，在SPS设备规格参数下，设计制备样品的模具能够增大对样品的有效压强，同时减少材料挥发，为科研提供有效样品，成亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种应用在SPS设备上，在设备提供压力量程内增大作用于样品的有效压强并能减少原始成分挥发的小型烧结装置，该装置可在对小型样品进行加热处理的同时，为其中放置的小型样品提供超越设备直接作用样品所形成的压强，并且能减少成分物的挥发。
用于放电等离子烧结设备中的模具，其包括有内外两套模具，其中外模具包括有圆筒形的外模具外层模套2，从外模具外层模套2两端插入起增加压力和密封作用的圆柱形外模具压杆1，；内模具置于外外模具外层模套1内，其包括有一圆筒形的内模具外套部分3，从内模具外套部分3两端压入的内模具压头4。外模具外层模套2两侧的外模具压杆1分别压在内模具外套部分3两端的内模具压头4上，所述的内模具压头4与外模具压杆1的接触端截面大小相同，置于内模具外套部分3的截面大小小于上述接触端截面的大小。外模具外层模套2与外模具压杆1之间无缝隙接触，内模具外套部分3与内模具压头4之间无缝隙接触。
所述的外模具压杆1、外模具外层模套2、内模具外套部分3、内模具压头4均由石墨制成。
本设备的工作过程如下：先将原材料粉末通过机械加工等方式混合，紧密充填于内模具内，模具内用碳纸与粉末隔开，并用上下两个压头固定，压头与粉末之间也有碳纸隔开；再整体放入外模具内，再将外模具的上下部分压杆合拢。工作时可将整个装置放入加热区，使其内外均匀受热，伴随SPS设备的压力作用在外模具压杆上，推动外模具中的滑块向内模具方向移动，将压力通过内模块压头传递到小型试样上，使得小型试样在受压条件下进行加热变性反应。由于SPS作用在外压杆上的是有量程的压力。样品实际受力面的减小，作用在样品上的实际压强很大。
本设备与现有技术相比，具有如下优点：
1.内套模具的存在，使作用在样品上的有效接触面较小，可在加热时为小型试样提供比设备量程大的压强环境，假设设备所能提供的最大压力为20KN，如图3所示，如果没有内部小模具，那么作用在样品上的压强为：P＝F/S。并且此时SPS处于满负荷施压。如果把样品放在内模具样品室(5)处烧结，由于作用样品的实际面积减小一半，则作用在样品上的压强提高一倍。制备的样品远远大于直接放入外模中制备的样品的密度。双层的结构增强了模具耐压能力；大大拓展了SPS设备的应用空间。
2.在我们所做MgB2样品时，烧结的温度为850℃，而Mg的熔点约为650℃，双层装置相对来说密封性高，由于双层的模具结构，使密封性提高，另外内模具的压头突出部分也能够起到阻挡和附着挥发出的物质。这种装置能够有效地减少Mg的挥发。同时提高样品质量并能够保护烧结炉减少污染。
附图说明
图1是用于放电等离子烧结设备中的模具的立体示意图；
图2是用于放电等离子烧结设备中的模具的剖视图；
图中：1、外模具压杆，2、外模具外层模套，3、内模具外套部分，4、内模具压头。
具体实施方式
图1～2所示的实施例中装置的结构如说明书内容所述，下面以制备MgB2为例介绍制备过程。
在制备MgB2超导样品时，先将原材料粉末通过机械加工等方式混合均匀，紧密充填于内模具的样品室内，模具与反应物粉末用碳纸隔开，并用上下两个压头固定，压头与粉末之间也有碳纸隔开；再整体放入外模具内，并将外模具的上下压杆合拢。之后放入SPS设备烧结室内，烧结时电流和压力从外模压杆传下。工作时将整个装置放入加热区，内模具的上压杆压头和下压杆压头分别和外模具上下两部分压杆接触。达到压力作用下快速烧结，减少氧化增强样品密度。模具组装如图3所示。
因此在用SPS设备烧结增大压强的小型试样和减少挥发，均可以使用该装置进行制备。
Claims (2)
1.用于放电等离子烧结设备中的模具，其特征在于：其包括有内外两套模具，其中外模具包括有圆筒形的外模具外层模套(2)，从外模具外层模套(2)两端插入起增加压力和密封作用的圆柱形外模具压杆(1)；内模具置于外外模具外层模套(1)内，其包括有一圆筒形的内模具外套部分(3)，从内模具外套部分(3)两端压入的内模具压头(4)；外模具外层模套(2)两侧的外模具压杆(1)分别压在内模具外套部分(3)两端的内模具压头(4)上，所述的内模具压头(4)与外模具压杆(1)的接触端截面大小相同，置于内模具外套部分(3)的截面大小小于上述接触端截面的大小；外模具外层模套(2)与外模具压杆(1)之间无缝隙接触，内模具外套部分(3)与内模具压头(4)之间无缝隙接触。
2.根据权利要求1所述的用于放电等离子烧结设备中的模具，其特征在于：所述的外模具压杆(1)、外模具外层模套(2)、内模具外套部分(3)、内模具压头(4)均由石墨制成。
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