用于放电等离子体无压烧结的石墨模具制造技术

本发明专利技术公开了一种用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，包括上下石墨冲头、石墨套筒何预压压头，其中石墨套筒为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔，测温孔位于圆柱体轴向的中点位置；所述石墨冲头为由圆柱形法兰盘与凸起杆连接成的一个整，上下石墨冲头相对设置分别装在石墨套筒的上下两端，凸起杆位于石墨套筒内部将物料层封装在上下冲头之间。所述预压压头包括上下两个，其中上压头为圆柱形，下压头为由圆柱形法兰盘与凸起杆连接成的一个整体。本发明专利技术进一步提出了基于上述石墨模具的改进设计。本发明专利技术整个模具可保证整个烧结过程在无压中进行，且模具结构简单、制作成本低、重复利用率高、产品易脱模。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及SPS烧结的石墨模具，具体涉及用于放电等离子体无压烧结的石墨模具。
技术介绍
放电等离子烧结技术(SparkPlasmaSintering,SPS)是一种利用通-断直流脉冲电流直接通电烧结的新型快速烧结法。通-断式直流脉冲电流的主要作用是产生放电等离子体、放电冲击压力、焦耳热和电场扩散作用，来实现材料的烧结。并且SPS具有加热均匀，升温速度快，烧结温度低，烧结时间短，生产效率高，产品组织细小均匀等优势，其能保持原材料的自然状态，可以得到高致密度的材料，可以烧结梯度材料以及复杂工件。目前使用放电等离子技术进行烧结几乎均为有压烧结。而仅存的无压烧结所使用的模具，包括空心圆柱形的套筒和两个石墨冲头。使用该传统模具制备无压烧结的材料时，物料在模具内形成一个封闭空间。然而由于物料在烧结过程中会有气体产生，封闭的空间不易于气体的逸出，冷却后气态物料容易粘结在模具上，使物料难于脱模，造成模具的损耗率增加、加工成品率降低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，以解决SPS无压烧结、物料难于脱模等问题。为解决无压烧结的问题，本专利技术首先采取如下技术方案：一种用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，其特征在于，包括上石墨冲头、石墨套筒、下石墨冲头和预压压头，所述石墨套筒为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔；所述上石墨冲头和下石墨冲头结构相同，所述上石墨冲头和下石墨冲头均为由圆柱形法兰盘和设置于圆柱形法兰盘上的圆柱形凸起杆组成，上石墨冲头和下石墨冲头相对设置并分别装在石墨套筒的上下两端，使圆柱形凸起杆位于石墨套筒内部将物料层封装在两个圆柱形法兰盘之间；所述预压压头包括上压头和下压头，上压头为圆柱形直杆直径等于石墨套筒内径，高度等于石墨套筒的高；下压头为由圆柱形法兰盘与凸起杆连接的一个整体，所述下压头的凸起杆的直径等于石墨套筒的内径，高度与上石墨冲头/下石墨冲头的凸起杆高度相同，所述下压头的圆柱形法兰盘的直径等于石墨套筒的直径。优选地，所述的测温孔位于石墨套筒轴向的中点位置。所述圆柱形凸起杆的中心线与法兰盘的中心线重合，所述法兰盘的直径等于套筒的外径，所述圆柱形凸起杆的直径等于套筒的内径，在烧结时，物料层与两个圆形凸起杆的高度之和小于等于石墨套筒的高度。为在原有基础上改善物料与模具粘结的情况，本专利技术进一步提出了一种改进的用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，包括上石墨冲头、石墨套筒、下石墨冲头和预压压头，所述石墨套筒为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔，在石墨套筒的上下两端分别均匀设有两个圆柱形凹槽；所述上石墨冲头和下石墨冲头结构相同，所述上石墨冲头和下石墨冲头均为由圆柱形法兰盘和设置于圆柱形法兰盘上的圆柱形凸起杆组成，所述法兰盘在与凸起杆的连接侧的表面分别设置有一条凹槽和两个凸起，所述凹槽沿法兰盘的某一直径方向并在圆柱形凸起杆处断开；所述两个凸起以凸起杆为中心沿不同于所示凹槽的方向设置，所述两个凸起的位置和大小与所述石墨套筒上的两个圆柱形凹槽的位置和大小相适配，所述上石墨冲头和下石墨冲头相对设置并分别装在石墨套筒的上下两端，使圆柱形凸起杆位于石墨套筒内部将物料层封装在两个圆柱形法兰盘之间；所述预压压头包括上压头和下压头，上压头为圆柱形直杆直径等于石墨套筒内径，高度等于石墨套筒的高；下压头为由圆柱形法兰盘与凸起杆连接的一个整体，所述下压头的凸起杆的直径等于石墨套筒的内径，高度与上石墨冲头/下石墨冲头的凸起杆高度相同，所述下压头的圆柱形法兰盘的直径等于石墨套筒的直径。优选地，所述的测温孔位于石墨套筒轴向的中点位置。所述圆柱形凸起杆的中心线与法兰盘的中心线重合，所述法兰盘的直径等于套筒的外径，所述圆柱形凸起杆的直径小于套筒的内径，在烧结时，物料层与两个圆形凸起杆的高度之和小于等于石墨套筒的高度。另外，为了在原有基础上保证易脱模，本专利技术还提出了另外一种用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，包括上石墨冲头、石墨套筒、下石墨冲头和预压压头，所述石墨套筒为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔；所述上石墨冲头和下石墨冲头结构相同，所述上石墨冲头和下石墨冲头均为由圆柱形法兰盘和设置于圆柱形法兰盘上的圆锥台形凸起杆组成，所述圆锥台形凸起杆与法兰盘连接侧的截面直径小于远离法兰盘侧的直径，所述法兰盘在与圆锥台形凸起杆连接一侧开设有一条凹槽，所述凹槽沿法兰盘某一直径方向并在圆锥台形凸起杆处断开；上石墨冲头和下石墨冲头相对设置并分别装在石墨套筒的上下两端，使圆柱形凸起杆位于石墨套筒内部将物料层封装在两个圆柱形法兰盘之间；所述预压压头包括上压头和下压头，上压头为圆柱形直杆直径等于石墨套筒内径，高度等于石墨套筒的高；下压头为由圆柱形法兰盘与凸起杆连接的一个整体，所述下压头的凸起杆的直径等于石墨套筒的内径，高度与上石墨冲头/下石墨冲头的凸起杆高度相同，所述下压头的圆柱形法兰盘的直径等于石墨套筒的直径。优选地，所述的测温孔位于石墨套筒轴向的中点位置。所述圆锥台形的中心线与法兰盘的中心线重合，所述法兰盘的直径介于套筒的内径与外径之间，所述圆锥台形凸起杆的最大直径小于等于套筒的内径，在烧结时，物料层与两个圆锥台形凸起杆的高度之和小于等于石墨套筒的高度。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术使用了结构新颖的石墨冲头，在传统凸起杆的上侧连接了法兰盘成为一个整体，在减少了零件数量的同时，即保证了无压烧结，又增加了结构稳定性。本专利技术整个模具设计简单、制造成本低易于脱模、模具损耗率底、加工成品率高。附图说明图1为SPS无压烧结模具示意图，其中，左侧为主视图，右侧为剖视图；图2为防粘型SPS无压烧结模具示意图，其中，左侧为主视图，右侧为剖视图；图3为易脱模型SPS无压烧结模具示意图，其中，左侧为主视图，右侧为剖视图；图4为SPS无压烧结模具预压压头示意图，其中，左侧为主视图，右侧为剖视图；图5为易脱模型SPS无压烧结模具石墨冲头示意图，其中，左侧为主视图，右侧为剖视图；图6为SPS无压烧结模拟流程示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的内容并不限于所述范围。实施例1一种防粘型SPS无压烧结模。如图2所述，本实施例提供了一种防粘型SPS无压烧结模，包括上石墨冲头1-1、下石墨冲头1-2、石墨套筒1-3和预压压头。其中石墨套筒1-3为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔1-4，测温孔1-4位于圆柱体轴向的中点位置；石墨冲头为由圆柱形法兰盘1-5与凸起杆1-6连接成的一个整体，上下石墨冲头相同并相对设置在石墨套筒的上下两端，使圆柱形凸起杆位于石墨套筒内部将物料层1-7封装在两个圆柱形法兰盘之间。其中，凸起杆1-6与法兰盘1-5的中心线重合。法兰盘1-5的直径大小与套筒1-3的外径大小相同，所述圆柱形凸起杆1-6的直径等于套筒的内径。如图4所示，预压压头包括上压头1-8和下压头1-9，上压头为圆柱形直杆直径等于石墨套筒内径，高度等于石墨套筒的高；下压头为由圆柱形法兰盘与凸起杆连接的一个整体，下压头的凸起杆的直径等于石墨套筒的内径，高度与上石墨冲头/下石墨冲头的凸起杆高度相同，下压头的圆柱形法兰盘的直径等于石墨套筒的直径。在烧结前，先将下石墨冲头装入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，其特征在于，包括上石墨冲头、石墨套筒、下石墨冲头和预压压头，所述石墨套筒为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔；所述上石墨冲头和下石墨冲头结构相同，所述上石墨冲头和下石墨冲头均为由圆柱形法兰盘和设置于圆柱形法兰盘上的圆柱形凸起杆组成，上石墨冲头和下石墨冲头相对设置并分别装在石墨套筒的上下两端，使圆柱形凸起杆位于石墨套筒内部将物料层封装在两个圆柱形法兰盘之间；所述预压压头包括上压头和下压头，上压头为圆柱形直杆直径等于石墨套筒内径，高度等于石墨套筒的高；下压头为由圆柱形法兰盘与凸起杆连接的一个整体，所述下压头的凸起杆的直径等于石墨套筒的内径，高度与上石墨冲头/下石墨冲头的凸起杆高度相同，所述下压头的圆柱形法兰盘的直径等于石墨套筒的直径。

【技术特征摘要】
1.一种用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，其特征在于，包括上石墨冲头、石墨套筒、下石墨冲头和预压压头，所述石墨套筒为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔；所述上石墨冲头和下石墨冲头结构相同，所述上石墨冲头和下石墨冲头均为由圆柱形法兰盘和设置于圆柱形法兰盘上的圆柱形凸起杆组成，上石墨冲头和下石墨冲头相对设置并分别装在石墨套筒的上下两端，使圆柱形凸起杆位于石墨套筒内部将物料层封装在两个圆柱形法兰盘之间；所述预压压头包括上压头和下压头，上压头为圆柱形直杆直径等于石墨套筒内径，高度等于石墨套筒的高；下压头为由圆柱形法兰盘与凸起杆连接的一个整体，所述下压头的凸起杆的直径等于石墨套筒的内径，高度与上石墨冲头/下石墨冲头的凸起杆高度相同，所述下压头的圆柱形法兰盘的直径等于石墨套筒的直径。2.根据权利要求1所述的用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，其特征在于，所述的测温孔位于石墨套筒轴向的中点位置。3.根据权利要求1所述的用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，其特征在于，所述圆柱形凸起杆的中心线与法兰盘的中心线重合，所述法兰盘的直径等于套筒的外径，所述圆柱形凸起杆的直径等于套筒的内径，在烧结时，物料层与两个圆形凸起杆的高度之和小于等于石墨套筒的高度。4.一种用于放电等离子体无压烧结的石墨模具，其特征在于，包括上石墨冲头、石墨套筒、下石墨冲头和预压压头，所述石墨套筒为空心圆柱形，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔，在石墨套筒的上下两端分别均匀设有两个圆柱形凹槽；所述上石墨冲头和下石墨冲头结构相同，所述上石墨冲头和下石墨冲头均为由圆柱形法兰盘和设置于圆柱形法兰盘上的圆柱形凸起杆组成，所述法兰盘在与凸起杆的连接侧的表面分别设置有一条凹槽和两个凸起，所述凹槽沿法兰盘的某一直径方向并在圆柱形凸起杆处断开；所述两个凸起以凸起杆为中心沿不同于所述凹槽的方向设置，所述两个凸起的位置和大小与所述石墨套筒上的两个圆柱形凹槽的位置和大小相适配，所述上石墨冲头和下石墨冲头相对设置并分别装在石墨套筒的上下两端，使圆柱形凸起杆位于石墨套筒内部将物料层封装在两个圆柱形法兰盘之间；所述预压压头包括上压头和下压头，上压头为圆柱形直杆直径等于石墨套筒...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建峰，王晓帆，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32