專利名稱：用于熱壓燒結環(huán)狀產(chǎn)品的熱壓模具的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及熱壓燒結特種陶瓷、陶瓷基復合材料、粉末冶金產(chǎn)品等先進材料的生產(chǎn)工藝。
背景技術：
熱壓燒結是特種陶瓷等材料燒結工藝中十分重要的一種。熱壓燒結產(chǎn)品是各種燒結方式中制品性能最好的一種工藝措施，有些特殊用途的材料及器件只能采用熱壓燒結工藝制造。
熱壓燒結工藝中，被燒結的粉末預先成型或不經(jīng)預先成型直接放入石墨等材料制成的模具中，然后將整個系統(tǒng)放入熱壓燒結爐內部。在升溫燒結的同時，由熱壓燒結爐外的液壓活塞推動加壓頭移動，對被燒結產(chǎn)品產(chǎn)生很大的機械壓力，在此壓力和高溫的共同作用下，被燒結粉末收縮燒結成與模具容腔形狀一致的致密塊體材料產(chǎn)品。由于有很大的機械壓力作用，該工藝能使原來很難甚至不能燒結的材料燒結成致密塊體，使燒結體具有最高的性能。
現(xiàn)有的熱壓模具一般由石墨材料制成。因為熱壓過程要經(jīng)歷很高的溫度，因此要求模具材料在高溫下依然要保持較高的強度，尤其是在1000℃以上的高溫區(qū)。石墨材料是比較理想的熱壓模具材料。但是石墨的熱膨脹系數(shù)往往比被燒結產(chǎn)品的熱膨脹系數(shù)小，這樣在熱壓燒結環(huán)狀產(chǎn)品時就存在很大的問題。燒結后，整個系統(tǒng)溫度隨爐溫逐級降低，由于燒結產(chǎn)品的熱膨脹系數(shù)大于石墨內芯的熱膨脹系數(shù)，造成兩者間產(chǎn)生熱應力，石墨模具受徑向壓應力，環(huán)狀產(chǎn)品在周向上產(chǎn)生張應力，隨溫度的逐漸降低，由熱膨脹系數(shù)不同造成的熱應力越來越大，當產(chǎn)品的張應力達到其強度極限后，熱應力的進一步加大將導致環(huán)狀產(chǎn)品開裂。尤其對于熱膨脹系數(shù)差別較大、燒結尺寸較大的環(huán)狀產(chǎn)品，如直接利用圖1所示的模具燒結，根本不能成功燒結出不開裂的環(huán)狀產(chǎn)品。
實用新型內容本實用新型就是為了克服上述現(xiàn)有技術所存在的問題，提供一種具有微量自我調節(jié)芯模直徑尺寸能力的模具結構。
本實用新型的技術方案如下它包括由石墨制成的陰模、內筒和環(huán)狀上下壓頭，其特征在于由石墨制成的內筒和外筒組合構成組合芯模，外筒壁薄、且筒壁上沒有缺口，內筒壁較厚，沿軸向開有缺口。
本實用新型的優(yōu)點由兩個圓筒組合形成的芯模在熱壓燒結后的冷卻階段，可以在一定的由于燒結產(chǎn)品和石墨熱失配造成的熱應力的作用下產(chǎn)生徑向收縮，從而緩解了熱應力，避免了燒結產(chǎn)品被脹裂。


圖1為普通熱壓環(huán)狀產(chǎn)品模具結構示意圖。
圖2為本實用新型模具結構示意圖。
標號說明1陰模、2熱壓產(chǎn)品、3上壓頭、4模具內芯 5下壓頭 6組合芯模內筒 7組合芯模外筒、8缺口。
具體實施方式
如圖2所示，本實用新型包括由石墨制成的陰模1以及由組合芯模內筒6和組合芯模外筒7組合形成的組合芯模，組合芯模外筒7的壁薄、且筒壁上沒有缺口，組合芯模內筒6的壁較厚，沿軸向開有缺口8。
組合芯模外筒7的作用是在熱壓燒結過程中在內筒的支撐下保持芯模是一個完整的圓柱體；在隨后的冷卻過程中，隨熱應力的增加，組合芯模內筒6受到的壓應力使其缺口逐級減小，從而使其直徑減小，失去組合芯模內筒6支撐的組合芯模外筒7很快破裂向內縮變，使整個芯模直徑有所減小，從而緩解了環(huán)狀產(chǎn)品受到的周向張力，避免產(chǎn)品被脹裂。
組合芯模內筒6的壁厚度隨所用石墨等材料的強度和彈性模量及尺寸的變化而不同。如組合芯模內筒6外徑為r，壁厚為h，石墨彈性模量為E，在徑向壓應力為σ時組合芯模內筒6外徑縮小Δr，則各量之間近似有如下關系σ=ΔrrEh]]>為了便于脫模，組合芯模由有一定錐度配合的內外雙圓筒組成。
熱壓壓力一般為20～30Mpa，燒結材料的斷裂強度一般為300～100Mpa，h的選擇要使在熱壓壓力下Δr可以忽略不計，而在熱應力達到燒結材料斷裂應力前有較大的變化以充分緩解熱應力。厚度太小會使其缺口在熱壓的前半程就閉合，到后期冷卻階段就起不到緩解熱應力的作用；厚度太大，會使缺口閉合需要太大的壓應力，而這可能使在缺口產(chǎn)生足夠的閉合程度以前，產(chǎn)品受到的張應力就已經(jīng)達到脹裂產(chǎn)品的程度，同用起不到緩解熱應力的作用。
權利要求1.一種用于熱壓燒結環(huán)狀產(chǎn)品的熱壓模具，其特征在于它包括由石墨制成的陰模、內筒和外筒，由內筒和外筒構成組合芯模，外筒壁薄、且筒壁上沒有缺口，內筒壁較厚，沿軸向開有缺口。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于熱壓燒結環(huán)狀產(chǎn)品的熱壓模具，其特征在于組合芯模由有錐度配合的內外雙圓筒組成。
專利摘要本實用新型公開了一種用于熱壓燒結環(huán)狀產(chǎn)品的熱壓模具。本實用新型就是為了克服現(xiàn)有技術容易導致熱壓產(chǎn)品開裂的問題，提供一種具有微量自我調節(jié)芯模內徑尺寸能力的模具結構。本實用新型它包括由石墨制成的陰模和由內筒和外筒組合構成的組合芯模，外筒壁薄、且筒壁上沒有缺口，內筒壁較厚，沿軸向開有缺口。本實用新型的優(yōu)點由兩個圓筒組合形成的芯模在熱壓燒結后的冷卻階段，可以在一定的由于燒結產(chǎn)品和石墨熱失配造成的熱應力的作用下產(chǎn)生徑向收縮，從而緩解了熱應力，避免了燒結產(chǎn)品被脹裂。
文檔編號C04B35/645GK2743348SQ20042005761
公開日2005年11月30日 申請日期2004年12月7日 優(yōu)先權日2004年12月7日
發(fā)明者黃向東 申請人:福州大學