用于渗入法制作反应烧结碳化硅陶瓷的成型模具制造技术

本实用新型专利技术属于材料学技术领域，具体涉及一种用于渗入法制作反应烧结碳化硅陶瓷的成型模具。该模具包括金属模具、非金属模具和上模具，所述非金属模具与支撑架安装于金属模具中，所述非金属模具与金属模具、上模具之间构成与待成型碳化硅陶瓷坯体形状匹配的成型腔；成型腔的内部设置有树脂扩散通道，成型模具外部设置有树脂料进料连接口。本实用新型专利技术用于渗入法制作反应烧结碳化硅陶瓷，不受碳化硅粉体颗粒大小的限制，能够满足许多碳化硅制品的使用品质要求。

Forming die for preparing reaction sintered silicon carbide ceramics by infiltration method

The utility model belongs to the technical field of materials science, in particular to a forming mould for preparing reaction sintered silicon carbide ceramics by infiltration method. The mould consists of a metal mold, a non metal mold and a mold. The nonmetal die and the support frame are installed in a metal mold. The non-metal mold and the metal die and the upper die constitute a molding cavity that matches the shape of the pending silicon carbide ceramic body. The outside is provided with a resin feeding connection. The utility model is used for the preparation of reactive sintering silicon carbide ceramics, which is not limited by the size of the silicon carbide powder particles, and can meet the quality requirements of the use of many silicon carbide products.

【技术实现步骤摘要】
用于渗入法制作反应烧结碳化硅陶瓷的成型模具
本技术属于材料学
，具体涉及一种用于渗入法制作反应烧结碳化硅陶瓷的成型模具。
技术介绍
碳化硅陶瓷材料具有高温强度大、高温抗氧化性强、耐磨损性能好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热导率大、硬度高和耐化学腐蚀等优异性能，在机械化工、环境保护、空间技术、信息电子、能源等领域有着日益广泛的应用。目前，碳化硅陶瓷坯体成型工艺及烧结工艺技术较多，其中大部分工艺技术制作的碳化硅陶瓷虽然性能优异，但是由于制品的制作工艺复杂、对材料的要求苛刻、烧结的工艺困难等不同的原因，造成了制品的成本过高，因此，这些性能优异的碳化硅陶瓷只被用于一些特定的工作环境。反应烧结制作碳化硅陶瓷制品的工艺简单、对材料的要求低、烧结的温度相对低，从而制作的制品造价低，因此反应烧结制作的碳化硅陶瓷制品被大量用于满足日常工业生产的需求。但是反应烧结制作碳化硅陶瓷制品的成型工艺主要建立在传统陶瓷成型方法的基础上，具体包括挤出成型、注浆成型、浇注成型等。挤出成型是指将碳化硅陶瓷混合料通过挤出机料筒和螺杆间的作用，边受挤压，边被螺杆向前推送，连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。具体过程为：混合料自料斗进入料筒，在螺杆旋转作用下，通过料筒内壁和螺杆表面摩擦剪切作用向前输送到加料段，在此松散混合料向前输送的同时被压实；在压缩段，螺槽深度变浅，进一步压实；在均化段使混合料均匀，定压挤出混合料，到机头后成型，经定型得到制品。挤出成型的优点在于：成型制品的产量比较高；成型制品的长度可按需要无限延长；生产操作简单，产品质量容易保证，制造成本较低等。但是挤出成型通常只能用于制作形状结构均一的等截面线材、管材或片材，而不能用于异性碳化硅陶瓷制品的生产。注浆成型是基于塑料注塑成型技术的思路发展而成。其工艺过程是先将碳化硅粉体与合适的有机载体在一定温度下混练，以提供碳化硅陶瓷注浆成型所必须的流动性和生坯强度。混练后的混合物料在一定温度和压力下高速注入模具内，达到完好的冲模和脱模。然后通过加热和其它物理化学方法将成型体内的有机物排除。注浆成型的最大优点是在产品形状设计和制造方面具有很大的自由度和经济优势。因此，采用注浆成型技术，可以开发低成本、高精度、形状复杂的碳化硅陶瓷异形件，自动化程度高，适于大规模生产。然而，碳化硅浆体在模具中的注入与固化是在同一过程中进行的，前者要求碳化硅浆体具有一定流动性，后者要求碳化硅浆体凝固。二者同时进行容易使碳化硅坯体产生缺陷，此外有机物的排除过程也容易造成进一步缺陷。特别是要指出的是：由于注浆时要求碳化硅浆体有较好的流动性，因此在碳化硅浆体里的碳化硅粉体颗粒两两之间要有足够的液体用来满足碳化硅粉体颗粒两两之间的相互移动，从而降低了碳化硅粉体在坯体中的堆积密度比例，由此制得的碳化硅陶瓷制品的品质大幅下降。采用此工艺制作的碳化硅陶瓷制品密度都在3.05以下，抗弯强度小于420MPa。浇注成型首先是通过加入少量的水溶性有机物与碳化硅粉体构成分散性好的水基悬浮液，随后将水基悬浮液注入石膏模具，通过石膏吸除部分水分，使悬浮液固结而获得具有一定强度的坯体。这种方法适用于制造大型、形状复杂、薄壁的产品，所需设备简单、成本低、易于操作。但是，由于模具毛细管吸力随着成型坯体的厚度的加厚而降低，因此当成型坯体的截面较大时，坯体会产生明显的密度梯度，从而导致成形体尺寸控制精度低，在烧结中密度不同的部位由于烧结速率不同会使得制品内部产生应力而开裂或形成缺陷。而且生产周期长、效率低、不利于机械化与自动化，产品质量难以保证。特别是要指出的是：在水基悬浮液中碳化硅粉体颗粒的大小不同时，颗粒的沉降速率也不同，极易产生密度差。为了防止这种现象的产生，操作中只能选用大小相近的颗粒制作制品，从而不能使用差别大的颗粒级差搭配制作坯体，造成碳化硅粉体在坯体中的堆积密度比例下降。尤其是碳化硅陶瓷坯体的密度是依靠粉体颗粒的自由沉降堆积的，这种堆积密度远小于振实密度，因此产品的品质是很差的。采用此工艺制作的碳化硅陶瓷制品密度都在3.02以下，抗弯强度小于300MPa。另外，浇注成型因气泡的原因还容易在坯体里产生气孔，降低了成品率和质量。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本技术提供一种用于渗入法制作反应烧结碳化硅陶瓷的成型模具。本技术的技术解决方案是：本技术提供了一种用于渗入法制作反应烧结碳化硅陶瓷的成型模具，其特殊之处在于：包括金属模具、非金属模具和上模具，所述非金属模具与支撑架安装于金属模具中，所述非金属模具与金属模具、上模具之间构成与待成型碳化硅陶瓷坯体形状匹配的成型腔；成型腔的内部设置有树脂扩散通道，成型模具外部设置有树脂料进料连接口。进一步地，上述树脂扩散通道是铺设在成型腔腔壁上的纤维编织物或者橡胶薄膜。进一步地，上述成型模具上还设置有真空系统连接口，真空系统通过真空系统连接口与成型腔连通。真空系统连接口以及树脂料进料连接口也可以根据需要设置在模具的其他部位。进一步地，上述支撑架的背面设置有微波加热腔体，微波加热腔体内安装有微波发生器。进一步地，上述非金属模具是能够使微波透过并且不能被微波破坏的非金属模具，所述支撑架是带有孔的金属支撑架或能够使微波透过的非金属支撑架。进一步地，上述非金属模具与支撑架分开加工成型后安装在一起或者将非金属模具与支撑架一起加工成型。进一步地，上述成型模具还包括加压振实装置，所述加压振实装置用于在装填原料的过程中对原料进行加压并使成型模具进行持续振动。基于本技术成型模具的成型方法，包括以下步骤：1)将均匀混合构成的混合料装入带有树脂扩散通道的模具内，混合料装填过程中对模具进行持续振动；所述混合料的成分中包含碳化硅粉体和碳素材料；2)混合料装满模具并压振密实后封闭模具，压振密实的方式是振实或者加压振实；3)将作为粘结剂的树脂注入模具内，使树脂渗入混合料内部的空隙中；4)加热使模具内的树脂固化后得到碳化硅陶瓷坯体；5)将碳化硅陶瓷坯体放入烧结炉内进行反应烧结得到碳化硅陶瓷制品。进一步地，上述混合料的成分中还包含减摩石墨，减摩石墨的质量分数小于20％。进一步地，上述减摩石墨的颗粒粒径范围是0.5-250微米；较为优选地，减摩石墨颗粒的最小粒径大于1微米，最大粒径小于10微米。进一步地，步骤3)中向模具内注入树脂的方式是将树脂与助剂混合形成的浆料在大于3个大气压的压力作用下注入模具内，使树脂经过树脂扩散通道流散到设定位置，然后逐步渗入进混合料颗粒之间的空隙内；步骤3)中向模具内注入树脂以前，先用真空设备将模具内抽成真空，使模具内压力达到0至-0.09MPa之间。进一步地，步骤4)中加热使模具内的树脂固化采用的是电阻加热、电磁加热或微波加热；首选的是微波加热；进一步地，步骤5)具体包括以下步骤：5.1)将碳化硅陶瓷坯体放置入烧结炉里，并用金属硅颗粒料将碳化硅陶瓷坯体围堆掩埋，然后关闭炉门；5.2)向烧结炉内充入保护气体，加热升温使树脂被热解、碳化成残炭；5.3)继续升温至1500-1800℃，使金属硅颗粒料熔化并渗入至碳化硅陶瓷坯体内，与碳化硅陶瓷坯体内的碳素材料反应生成新的碳化硅；新的碳化硅又与碳化硅陶瓷坯体内的原有碳化硅一同被烧结成碳化硅陶瓷材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于渗入法制作反应烧结碳化硅陶瓷的成型模具，其特征在于：包括金属模具、非金属模具和上模具，所述非金属模具与支撑架安装于金属模具中，所述非金属模具与金属模具、上模具之间构成与待成型碳化硅陶瓷坯体形状匹配的成型腔；成型腔的内部设置有树脂扩散通道，成型模具外部设置有树脂料进料连接口。

【技术特征摘要】
1.一种用于渗入法制作反应烧结碳化硅陶瓷的成型模具，其特征在于：包括金属模具、非金属模具和上模具，所述非金属模具与支撑架安装于金属模具中，所述非金属模具与金属模具、上模具之间构成与待成型碳化硅陶瓷坯体形状匹配的成型腔；成型腔的内部设置有树脂扩散通道，成型模具外部设置有树脂料进料连接口。2.根据权利要求1所述的用于渗入法制作反应烧结碳化硅陶瓷的成型模具，其特征在于：所述树脂扩散通道是铺设在成型腔腔壁上的纤维编织物或者橡胶薄膜。3.根据权利要求2所述的用于渗入法制作反应烧结碳化硅陶瓷的成型模具，其特征在于：所述成型模具上还设置有真空系统连接口，真空系统通过真空...

【专利技术属性】
技术研发人员：关小芬，朱胜利，朱宏，吴中民，强军锋，郭庆功，刘振宇，王晓辉，
申请(专利权)人：朱胜利，
类型：新型
国别省市：陕西,61