CN204159877U - 热压烧结组合模具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种热压烧结组合模具，包括上压头、与之相对的下压头以及设置于上压头和下压头之间的外模套，在上压头、下压头外侧与外模套之间设有衬套，外模套的内壁呈倒锥形，衬套的外壁呈正锥形，使外模套与衬套锥面配合。本实用新型用石墨上垫片、下垫片及衬套将热压产品与高温合金模具隔离开，突破了本领域石墨材料难以用作为ZnS、ZnSe及MgF2等热压烧结的习惯思维。本实用新型的外模套和衬套通过锥面配合，热压时很容易装配紧密，脱模时容易松动，热压产品不会和模具发生粘结或者化学反应；脱模容易，不会破坏产品；使用过程中只要更换石墨上垫片、下垫片及衬套，而高温合金制成的外模套、上压头和下压头可以长期使用，降低了生产成本。
Description
技术领域
本实用新型属于热压烧结模具技术领域。
背景技术
红外探测技术在现代国防技术中占有十分重要的地位，各种导弹的制导，红外预警，观察瞄准(高能束拦截武器等)都离不开红外探测技术。红外窗口是探测系统中重要的部件，起着保护内部元器件的作用，同时又能够有效传输红外信号。目前，用于红外窗口的材料主要有ZnS、ZnSe及MgF2等，这些材料可以采用高温热压烧结的方法获得，相对于气相合成或者熔融生长的方法具有工艺简单、成本低、周期短等优点。但是，由于这些材料本身的特性，需要在较高的压力下进行烧结。例如ZnS通常在100-400MPa及800-950℃的条件下烧成。由于常用的石墨模具工作压力一般小于50MPa，无法承受上述高压力要求，因此现有技术中【如GB934421A；热压多晶硫化锌,无机材料学报1973-3-25】通常使用高温合金材料作为热压烧结的模具，例如金属钼、GH4037、GH4049、K403、pyromet 625等。
高温合金材料用作为ZnS等红外窗口的热压模具一个显著的缺点就是工件在高温高压下与模具发生粘结以及化学反应，造成脱模困难以及模具腐蚀等问题。虽然采用胶体石墨涂料等隔离涂层能够在一定程度上解决脱模的问题，但是在工作若干次以后，仍然需要对受到破坏的模具进行修复或者更换。同时，产品与模具材料之间的反应还会导致产品出现瑕疵。高温合金模具的另一个缺点是热膨胀系数比ZnS、ZnSe及MgF2等所要压制的产品大，在冷却过程中高温合金模具的收缩会抱紧产品，使得产品无法从模具中取出。
中国专利CN203062932U公开了一种真空热压组合式模具，目的是解决在热压烧结金属产品时金属件和模具发生粘接的问题。该说明书强调为了保证本实用新型的抗压能力强和耐高温，所述外模和内衬均由石墨制成。并且说明书中描述“在热压完成之后，直接将内衬取出”。由此可以判断该专利的组合模具只能适用于压力在石墨模具承受地较小范围以下，不能用于作ZnS、ZnSe及MgF2等材料制造需要更高压力的模具。即使该实用新型的模具替换为强度足够热压烧结ZnS、ZnSe及MgF2等的高温合金模具，本领域的技术人员可以预见这种组合式模具在脱模时也会发生内衬很难取出的问题，导致脱模时热压材料破坏。
实用新型内容
为了克服现有技术在热压烧结ZnS、ZnSe及MgF2等产品时高温合金模具腐蚀严重，使用寿命短及产品合格率不高的技术问题，本实用新型提供一种热压烧结组合模具，该组合模具突破了本领域石墨材料不能用于ZnS、ZnSe及MgF2等压力高于100MPa的产品热压烧结的习惯思维，将石墨部件与在现有技术的高温合金模具组合使用，能有效隔离高温合金模具部件和研制的产品，防止两者发生粘结和反应，提高成品率和模具的使用寿命。同时，该组合模具还能够方便地将产品取出，提高了成品率。
本实用新型通过以下技术方案实现：
一种热压烧结组合模具，包括上压头、与之相对的下压头以及设置于上压头和下压头之间的外模套，所述的上压头、下压头以及外模套均由高温合金制成，其特点是：在所述的上压头的下表面设有石墨上垫片，在所述的下压头的上表面设有石墨下垫片，在所述的上压头、下压头外侧与外模套之间设有石墨衬套，所述的外模套的内壁呈倒锥形，所述的衬套的外壁呈正锥形，使外模套与衬套锥面配合。
所述的衬套由二瓣环或者三瓣环组合而成。
在热压材料四周有一断面为直角三角形的石墨圆环，该圆环外壁与衬套内壁相配合。
所述圆环的厚度与热压材料的高度相适配。
所述的上垫片或者下垫片为中间厚四周薄的结构。
所述的上垫片或者下垫片是柔性石墨纸。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)采用石墨上垫片、下垫片及衬套将热压产品与高温合金模具隔离开，突破了本领域石墨材料难以用作为ZnS、ZnSe及MgF2等热压烧结的习惯思维，脱模容易，不会破坏产品。
(2)外模套和衬套通过锥面配合，热压时很容易装配紧密，脱模时容易松动。
(3)采用高度与烧结后的热压材料相同的、截面为直角三角形的圆环，在热压烧结完成后的冷却过程中，热压材料与圆环发生微小的位移，缓解外模套收缩对热压材料产生的压应力。
(4)热压产品不会和高温合金模具发生粘结或者化学反应；
(5)使用过程中只要更换石墨上垫片、下垫片及衬套；
(6)高温合金制成的外模套、上压头和下压头可以长期使用，降低了生产成本。
附图说明
图1为热压烧结组合模具第一个实施例的热压烧结状态的纵向剖面图
图2为第一个实施例的脱模状态的纵向剖面图
图3为衬套采用3瓣组合方式的俯视图
图4为下垫片的剖面图
图5为热压烧结组合模具第二个实施例的纵向剖面图
图中：10－上压头，11－上垫片，20－下压头，21－下垫片，30－外模套，34－间隙，40－衬套，50－热压材料，60－圆环。
具体实施方式
下面结合实施例和附图说明进一步详细阐述本实用新型：
实施例一：
请先参阅图1，图1为热压烧结组合模具第一个实施例的热压烧结状态的纵向剖面图，其中上压头10、下压头20以及外模套30由高温合金制成，上垫片11、下垫片21以及衬套40由石墨制成。如图所示，热压材料50处于上垫片11、下垫片21以及衬套40所包围的空间中，压力机(图中未标出)向上压头10和下压头20施加压力，压力通过上垫片11和下垫片21传递至热压材料50上。外模套30套在衬套40外，在自身重力的作用下外模套30的内壁紧紧套住衬套40的外壁，形成配合的锥面。从而能够防止热压材料50受压时向外挤出破坏衬套40。图1中的模具处于真空高温炉中(未标出)，根据热压烧结需要调节高温炉的温度。
图2为第一个实施例的脱模状态的纵向剖面图，热压烧结结束后，向外模套30施加向上的作用力，使得外模套30与衬套40发生相对位移而松动，形成间隙34。之后可以很方便地移出下压头20，再将热压材料50从模具中取出，而保证热压材料50不被破坏。
图3是衬套40的俯视图，衬套平均分成3瓣相同的部分，使用时通过外模套30将它们箍紧形成衬套40。衬套40也可以采用2瓣对合的方式(图中未画出)。
图4中可以看出下垫片为中间后边缘薄的结构，有利于提高热压材料50中间部分的烧结品质。
实施例二：
图5为热压烧结组合模具第二个实施例的纵向剖面图，如图所示，有一个高度与烧结后的热压材料50相同的、截面为直角三角形的圆环60，圆环的外侧面直径与上压头10及下压头20的外侧面直径相同。圆环60由石墨材料制成。热压材料50的厚度通过原料加入量计算得出。热压烧结完成后的冷却过程中，热压材料50与圆环60发生微小的位移，能够缓解外模套30收缩对热压材料50产生的压应力。上垫片11和下垫片21可以采用柔性石墨纸代替。
实施例三：
组合模具结构与实施例一图1相同，高温合金为GH4037，石墨采用等静压石墨，衬套40采用2瓣对合的方式，热压产品为ZnS。产品热压烧结的条件为：烧结温度850℃，压力300MPa。脱模后ZnS产品完整。
实施例四：
组合模具结构与实施例三相似，高温合金为K403，石墨采用等静压石墨，下垫片采用如图4的结构。热压产品为ZnS，热压烧结条件同实施例三。脱模后ZnS产品完整。
实施例五：
组合模具结构与实施例二相同，高温合金为GH4049，石墨采用等静压石墨，衬套40采用图3的方式，热压产品为MgF2。产品热压烧结的条件为：烧结温度650℃，压力350MPa。脱模后MgF2产品完整。
实施例三、四及五的产品经过加工，抛光后测试3mm厚度的透过率，结果如下表：
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种热压烧结组合模具，包括上压头(10)、与之相对的下压头(20)以及设置于上压头(10)和下压头(20)之间的外模套(30)，所述的上压头(10)、下压头(20)以及外模套(30)均由高温合金制成，其特征是：在所述的上压头(10)的下表面设有石墨上垫片(11)，在所述的下压头(20)的上表面设有石墨下垫片(21)，在所述的上压头(10)、下压头(20)外侧与外模套(30)之间设有石墨衬套(40)，所述的外模套(30)的内壁呈倒锥形，所述的衬套(40)的外壁呈正锥形，使外模套(30)与衬套(40)锥面配合。
2.根据权利要求1所述的热压烧结组合模具，其特征是：所述的衬套(40)由二瓣环或者三瓣环组合而成。
3.根据权利要求1或者2所述的热压烧结组合模具，其特征是：在热压材料(50)四周有一断面为直角三角形的石墨圆环(60)，该圆环(60)外壁与衬套(40)内壁相配合。
4.根据权利要求3所述的热压烧结组合模具，其特征是：所述圆环(60)的厚度与热压材料(50)的高度相适配。
5.根据权利要求1或者2所述的热压烧结组合模具，其特征是：所述的上垫片(11)或者下垫片(21)为中间厚四周薄的形状。
6.根据权利要求1或者2所述的热压烧结组合模具，其特征是：所述的上垫片(11)或者下垫片(21)是柔性石墨纸。
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