CN215698808U - 一种温差电单对sps扩散焊接模具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种温差电单对SPS扩散焊接模具，包括：石墨垫块，包括石墨上垫块和石墨下垫块；石墨承载体，设置在所述石墨上垫块和所述石墨下垫块之间，用于容纳金属电极、温差电材料以及阻挡层；石墨压头，容置在所述石墨承载体与所述石墨上垫块之间，配合所述石墨上垫块将所述温差电材料紧压至所述阻挡层表面。本实用新型的有益效果是可以一次将N、P型温差电材料、阻挡层材料以及金属电极扩散焊接为温差电单对，提供较低的焊接界面接触电阻率，同时提升科研生产效率和温差电单对可靠性。
Description
技术领域
本实用新型属于焊接模具技术领域，尤其是涉及一种温差电单对SPS扩散焊接模具。
背景技术
将N、P型温差电材料两端用金属电极焊接起来构成的温差电单对，是温差发电器中的基本组成单元。在温差电单对一端施加热量，N型温差电材料中的电子和P型温差电材料中的空穴会从热端向冷端定向移动在回路中形成电流。N、P型温差电材料与金属电极焊接质量的好坏，不仅会影响焊接界面的接触电阻从而影响温差电单对的放电性能，还会影响温差电单对的可靠性和失效率。
目前，钎焊是常用的温差电单对焊接方法，钎焊的过程是熔化的焊料依靠润湿、毛细作用填入温差电材料与金属电极间，与温差电材料和金属电极发生相互作用，这种方法有以下缺点：焊料易与温差电材料和金属电极发生强烈的原子扩散和界面反应，特别在持续高温应用环境下，温差电单对焊接接触电阻逐渐增大，放电功率衰降明显。
将需要连接的材料放入烧结炉的两电极间，通入脉冲直流电源同时施加压力，利用放电等离子活化效应，使连接界面发生原子扩散从而实现连接。与钎焊温差电单对相比，SPS扩散焊接的最大优势是无需焊料，容易得到干净、接触电阻小的连接界面。但是传统的SPS模具一次只能进行单段材料的扩散焊接，若想使用该模具焊接温差电单对，需要分两次分别完成N、P型温差电材料和阻挡层的扩散焊接，再使用其他焊接手段将两N、P型温差电材料的阻挡层与金属电极连接，传统模具有以下缺点：①科研生产效率较低；②只能实现温差电材料和阻挡层的扩散焊接，连接阻挡层和金属电极时，还需使用其他焊接手段进行二次焊接，二次升温不利于维持温差电单对可靠性。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题是提供一种温差电单对SPS扩散焊接模具，有效的解决传统SPS模具科研生产效率较低且只能实现温差电材料和阻挡层的扩散焊接，连接阻挡层和金属电极时，还需使用其他焊接手段进行二次焊接，二次升温不利于维持温差电单对可靠性的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种温差电单对SPS扩散焊接模具，其特征在于，包括：
石墨垫块，包括石墨上垫块和石墨下垫块；
石墨承载体，设置在所述石墨上垫块和所述石墨下垫块之间，用于容纳金属电极、温差电材料以及阻挡层；
石墨压头，容置在所述石墨承载体与所述石墨上垫块之间，配合所述石墨上垫块将所述温差电材料紧压至所述阻挡层表面。
优选地，所述石墨承载体的顶部向下开设有若干通孔，用于容纳所述温差电材料以及阻挡层。
优选地，相邻所述通孔的中心距与所述温差电材料的中心距一致。
优选地，所述石墨承载体的底部开设有第一凹槽，与所述通孔连通，用于容纳所述金属电极。
优选地，所述石墨承载体的侧壁上开设有一径向孔，放置测温热电偶，测量温度。
优选地，所述石墨上垫块的底面设置有若干第二凹槽，滑动配合所述石墨压头紧压所述温差电材料。
优选地，所述石墨下垫块的顶部设置有一第三凹槽，用于容纳所述石墨承载体。
本实用新型的有益效果为：
1、能够一次将N、P型温差电材料、阻挡层材料以及金属电极扩散焊接为温差电单对，有利于提升科研生产效率。
2、在扩散焊接温差电单对时，无需焊料，无需二次升温，有利于提供较低的焊接界面接触电阻和较高的温差电单对可靠性
3、以上述技术方案设计理念为基础进行进一步改进，还可实现一次扩散焊接多对温差电单对，使本实用新型在工程应用中发挥价值。
附图说明
图1是本实用新型实施例一种温差电单对SPS扩散焊接模具结构示意图
图2是本实用新型实施例一种温差电单对SPS扩散焊接模具石墨承载体仰视图
图中：
1、石墨上垫块 2、石墨压头 3、石墨承载体
4、石墨下垫块 5、通孔 6、第一凹槽
7、第二凹槽 8、第三凹槽 9、径向孔
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明：
在本实用新型实施例的描述中，需要理解的是，术语“顶部”、“底部”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
如图1一种温差电单对SPS扩散焊接模具结构示意图和图2一种温差电单对SPS扩散焊接模具石墨承载体仰视图所示，一种温差电单对SPS扩散焊接模具，其特征在于，包括：
石墨垫块，包括石墨上垫块1和石墨下垫块4；石墨上垫块1位于石墨下垫块4的上部，石墨上垫块1和石墨下垫块4的形状可以为多种形状，优选地，设置为两段式整体结构，由上至下分别为圆台和圆柱体，结合形成石墨上垫块1和石墨下垫块4。
石墨承载体3，设置在石墨上垫块1和石墨下垫块4之间，用于容纳金属电极、温差电材料以及阻挡层；石墨承载体3的形状可以为多种形状，优选为圆柱形，其直径与温差电材料的横截面直径一致。
石墨压头2，容置在石墨承载体3与石墨上垫块1之间，配合石墨上垫块1将温差电材料紧压至阻挡层表面，石墨压头2的形状可以为多种形状，其中优选为圆柱形，横截面形状优选为与温差电材料横截面一致的形状。
具体的，石墨承载体3的顶部向下开设有若干通孔5，用于容纳温差电材料以及阻挡层；通孔5的个数与温差电材料的个数一致，通孔5的横截面大小略大于或等于温差电材料横截面的大小，确保温差电材料能够顺利插入，通孔5的深度长于温差电材料与阻挡层长度之和，各个通孔5的中心距与各个温差电材料的中心距一致，确保通孔5与温差电材料的位置一一对应，防止出现不能将温差电材料插入石墨承载体3内的情况出现。在石墨压头2下压时，能够将温差电材料下压的更加紧实，使得温差电材料的底部更加紧密的接触阻挡层。
石墨承载体3的底部开设有一第一凹槽6，与通孔5连通，形成为一个空腔；第一凹槽6略大于或等于金属电极的大小，第一凹槽6的深度与金属电极的高度一致，能够刚好的容纳金属电极；金属电极与第一凹槽6滑动配合，使得金属电极能够滑动进出第一凹槽6，其中金属电极的上表面与阻挡层的底面紧密接触。
石墨承载体3的侧壁上开设有一径向孔9，用于放置测温热电偶，测量温差电材料以及模腔的温度，径向孔9的大小与测温热电偶一致，径向孔9的底部开设至靠近通孔5的一侧，只是靠近，并未穿透至通孔5中，能够更好的测量装置的温度。
石墨上垫块1的底面设置有若干第二凹槽7，滑动配合石墨压头2紧压温差电材料至阻挡层的上表面；第二凹槽7的个数与通孔5的个数一致，并且位置也与通孔5的位置一一对应，第二凹槽7的大小与石墨压头2的一端横截面大小一致，深度只需小于石墨压头2的长度即可，在使用时，将石墨压头2的一端放置在第二凹槽7中，使用外力下压石墨上垫块1，石墨上垫块1下压石墨压头2，石墨压头2的另一端伸入通孔5内部，下压温差电材料，使得温差电材料的下表面与阻挡层紧密接触。
石墨下垫块4的顶部设置有一第三凹槽8，用于容纳石墨承载体3；第三凹槽8的形状与石墨承载体3的底部形状一致，大小略大于或等于石墨承载体3的底部大小，能够固定石墨承载体3，与石墨承载体3为滑动配合。在使用外力下压温差电材料的时候保证石墨承载体3不会来回移动，保持固定，才能更好的紧密压实温差电材料、阻挡层以及金属电极，为扩散焊接做准备。
本实用新型实施例的使用方法：
装模：首先将金属电极嵌入石墨承载体3底面的第一凹槽6中，之后将阻挡层材料(粉末与箔片皆可)分别从石墨承载体3顶部的圆形通孔5中放入，使其与金属电极接触平整，接着将圆柱形的N型温差电材料和P型温差电材料从石墨承载体3顶部的圆形通孔5中放入，确保N型温差电材料和P型温差电材料/阻挡层材料/金属电极三者接触平整。最后将石墨压头2的一端从石墨承载体3顶部的圆形通孔5中放入，另一端伸入石墨上垫块1中的第二凹槽7内，分别紧压N型温差电材料和和P型温差电材料，石墨压头2与材料接触面可放置圆片石墨纸。
装机：打开放电等离子烧结炉，先将石墨下垫块4放置在下电极上，再将石墨承载体3嵌入石墨下垫块4顶部的的第三凹槽8中，使两者滑动紧密配合。之后将石墨上垫块1底面的第一凹槽6对准石墨承载体3中的石墨压头2，使两者滑动紧密配合，调节上下电极间距，使上电极紧压石墨上垫块1的顶部，从而使整套扩散焊接模具固定。最后将测温热电偶放入石墨承载体3外壁径向孔9中，对炉膛抽真空，设定好扩散焊接温度和压力，开始扩散焊接，形成温差电单对。
脱模：对温差电单对扩散焊接完成后，从石墨承载体3顶部的通孔5中对N型温差电材料和P型温差电材料同时并且均匀的加力，使温差电单对从石墨承载体3底面的第一凹槽6脱离石墨承载体3，得到扩散焊接完成的温差电单对。
以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种温差电单对SPS扩散焊接模具，其特征在于，包括：
石墨垫块，包括石墨上垫块和石墨下垫块；
石墨承载体，设置在所述石墨上垫块和所述石墨下垫块之间，用于容纳金属电极、温差电材料以及阻挡层；
石墨压头，容置在所述石墨承载体与所述石墨上垫块之间，配合所述石墨上垫块将所述温差电材料紧压至所述阻挡层表面。
2.根据权利要求1所述的一种温差电单对SPS扩散焊接模具，其特征在于：所述石墨承载体的顶部向下开设有若干通孔，用于容纳所述温差电材料以及阻挡层。
3.根据权利要求2所述的一种温差电单对SPS扩散焊接模具，其特征在于：相邻所述通孔的中心距与所述温差电材料的中心距一致。
4.根据权利要求2或3所述的一种温差电单对SPS扩散焊接模具，其特征在于：所述石墨承载体的底部开设有第一凹槽，与所述通孔连通，用于容纳所述金属电极。
5.根据权利要求1所述的一种温差电单对SPS扩散焊接模具，其特征在于：所述石墨承载体的侧壁上开设有一径向孔，放置测温热电偶，测量温度。
6.根据权利要求1-3、5任一所述的一种温差电单对SPS扩散焊接模具，其特征在于：所述石墨上垫块的底面设置有若干第二凹槽，滑动配合所述石墨压头紧压所述温差电材料。
7.根据权利要求1-3、5任一所述的一种温差电单对SPS扩散焊接模具，其特征在于：所述石墨下垫块的顶部设置有一第三凹槽，用于容纳所述石墨承载体。
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