本發(fā)明涉及精細陶瓷成型技術領域，尤其涉及一種凝膠注模成型制備大尺寸管狀生坯用的模具。

背景技術：

二十世紀九十年代，美國橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory)的M. A. Jenny和Omatete教授發(fā)明了一種全新的陶瓷材料濕法成型技術——凝膠注模成型技術(Gelcasting)，它是傳統(tǒng)的注漿工藝與有機化學高聚合理論的完美結合，通過引入一種新的定型機制，發(fā)展了傳統(tǒng)的注漿成型工藝。其基本原理是在高固相含量(體積分數(shù)不小于50%)、低粘度(在1 Pa?s左右)的陶瓷漿料中，摻入低濃度的有機單體和交聯(lián)劑，當加入引發(fā)劑和催化劑并澆鑄后，漿料中的有機單體在一定的條件下發(fā)生原位聚合反應，形成堅固的三維網(wǎng)狀結構，從而使懸浮體原位固化成型，得到均勻、高強度、近凈尺寸的陶瓷坯體。然后進行脫模、干燥、去除有機物、燒結，即可制得所需的陶瓷零件。

凝膠注模成型的模具選擇比較寬泛，理論上密封良好的結構都可以用于模具設計，使用的材料包括金屬，聚丙烯，特氟龍等材質，一般來說，由于料漿呈弱酸或弱堿性，不建議使用金屬模具，且重量較大，不易于連續(xù)生產；而高分子材質存在熱導率小，傳熱不均勻的情況。

凝膠注模成型工藝的缺點在于凝膠后生坯強度較低，若制備復雜形狀（例如管狀）生坯則容易出現(xiàn)上下底水分蒸發(fā)的速率不同，造成上下底的強度梯度，最終導致生坯開裂的情況，特別是制備大尺寸（高度＞200mm）管狀生坯時該現(xiàn)象更為明顯。

中國發(fā)明專利申請公開號CN1824486A提高了一種水基凝膠注模成型用模具，該模具采用模腔模芯配合防粘涂層的設計，但該模具重量較大，操作不方便，不宜生產大尺寸生坯，且存在容易因防粘涂層涂抹過多造成料坯表面氣孔缺陷、或涂抹過少使得模具帶入雜質和壽命較短等問題。

制備大尺寸管狀生坯的難點還在于模具芯的設計，在制備大尺寸管狀生坯時，為了能夠使得生坯的強度更高，可以選擇將脫模的時間點盡量后延，以使得生坯中水分充分揮發(fā)。但是隨著水分的揮發(fā)管狀生坯對模芯的收縮擠壓效應會愈加明顯，從而造成脫模不方便，如不能很好的控制脫芯過程，則容易造成生坯的開裂。這點極大的區(qū)別于小尺寸陶瓷電子器件在生坯制造中的脫模處理。

綜上所述，目前的凝膠注模成型用模具，存在以下問題：

1、模具成本較高，且壽命偏短；

2、生坯不方便抽芯；

3、生坯干燥不均勻，易開裂；

4、生坯脫模不方便，易變形；

5、金屬模具制造復雜，重量較大，不便于操作。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對凝膠注模成型制備大尺寸管狀生坯時脫模操作不方便、易出現(xiàn)生坯干燥不均勻、開裂嚴重等問題，提供了一種凝膠注模成型制備管狀生坯用的模具，模具拆卸方便，脫模阻力小，且生坯干燥時不易出現(xiàn)變形開裂。

本發(fā)明所指大尺寸管狀生坯是指該管狀生坯高度在200mm以上。在使用凝膠注模工藝時，向模具中灌入的漿料的重量大于20Kg。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種凝膠注模成型制備大尺寸管狀生坯用的模具，所述模具包括底盤、外模和內芯，所述外模可拆卸地安裝于所述底盤上；所述外模具有圓柱形內腔，所述內芯位于所述外模的內腔中、且與所述外模同軸地安裝于所述底盤上；所述外模的內壁、所述內芯的外壁以及與所述底盤之間形成的空間作為注入漿料的模腔。

進一步地，所述底盤中心與所述內芯相對位置處設有可將所述內芯頂出管狀生坯的頂出機構。

進一步地，所述頂出機構包括位于所述底盤中心的導向孔，以及可穿過所述導向孔的頂出撞錘。

進一步地，所述頂出撞錘表面具有外螺紋；所述導向孔具有與所述頂出撞錘表面的外螺紋相配合的內螺紋。

進一步地，所述外模和所述內芯采用聚氨酯材質制成。

進一步地，所述內芯為中空結構。

進一步地，所述外模外側設置有手柄。

進一步地，所述內芯上部設置有提手。

進一步地，所述外模與所述底盤通過緊固螺栓相連接，所述外模與所述底盤之間還包括密封圈。

進一步地，所述內芯與所述底盤通過緊固螺栓相連接，所述內芯與所述底盤之間還包括密封圈。

本發(fā)明提供的制備大尺寸管狀生坯用模具，應用于水基凝膠注模成型工藝，具有如下主要特點： 1、外模、內芯與模具底盤可拆卸式密封連接，拆卸方便，脫模阻力小，可方便制備大尺寸管狀生坯，且生坯干燥均勻，不易開裂；2、模具包含頂出機構，便于抽芯操作，避免出現(xiàn)生坯收縮擠裂；3、生坯初始干燥時強度較小，可在不向生坯施加外力的前提下將外模整體卸下，避免了可能出現(xiàn)的生坯變形；4、外模和內芯的材質為聚氨酯，便于加工且可保證加工精度，聚氨酯不與水基料漿反應，且潤濕性較差，脫模方便，模具壽命長。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例一的凝膠注模成型制備大尺寸管狀生坯用的模具的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例二的凝膠注模成型制備大尺寸管狀生坯用的模具的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明實施方式做進一步闡述。

實施例一

如圖1所示，本發(fā)明第一實施例的凝膠注模成型制備大尺寸管狀生坯用的模具主要包括底盤3-1，外模2-1，內芯1-1三部分。

本實施例中，外模2-1放置在底盤3-1上，外模2-1底部外側設有凸邊，該凸邊沿圓周設有多個安裝孔，通過緊固螺栓3-2固定在底盤3-1上，且接觸面上有外模密封圈3-4，保證不漏液。內芯1-1固定在底盤3-1中心，接觸面上有內芯密封圈3-5，內芯1-1與底盤3-1通過緊固螺栓3-3固定，保證不漏液。

其中，外模2-1具有圓柱形內腔，內芯1-1位于外模2-1的內腔中、且與外模2-1同軸地安裝于底盤3-1上。外模2-1的內壁、內芯1-1的外壁以及模具底盤3-1與其未重合部分所形成的空間作為模腔，將水基料漿注入模腔內，形成陶瓷管狀生坯。

本實施例中，外模和內芯采用緊固螺栓固定在底盤上的設計，可方便制備大尺寸（高度＞200mm）管狀生坯，且生坯干燥均勻，不易開裂。

需要說明的是，除上述的通過緊固螺栓的連接方式以外，外模2-1和內芯1-1也可以通過插接、套接等方式與底盤3-1進行連接。

此外，外模2-1和內芯1-1均采用聚氨酯材質，能夠兼顧強度與導熱性，且重量很輕，便于脫模操作。

此外，還可在外模2-1外側設計手柄，便于模具搬運。

實施例二

如圖2所示，本發(fā)明另一實施例的凝膠注模成型制備大尺寸管狀生坯用的模具包括底盤3-1，外模2-1，內芯1-1，還包括底盤上的頂出機構。結合圖2所示，該頂出機構包括底盤3-1中心的導向孔，以及頂出撞錘4-1，該導向孔位于底盤3-1上與內芯1-1相對應位置，頂出撞錘4-1可穿過導向孔，用于內芯1-1的頂出。

此外，頂出撞錘4-1表面還可設有外螺紋，可旋轉安裝于底盤3-1上，底盤3-1中心的導向孔設有與頂出撞錘表面的外螺紋相配合的內螺紋，當生坯干燥一定時間后，通過旋動頂出撞錘4-1，可以方便地將內芯1-1頂出管狀生坯，完成脫芯操作。進一步地，還可以將內芯1-1的下端設置成內凹結構，以便更好地將內芯1-1頂出管狀生坯。

與前述實施例基本相同，外模2-1具有圓柱形內腔，內芯1-1位于外模2-1的內腔中、且與外模2-1同軸地安裝于底盤3-1上。外模2-1的內壁、內芯1-1的外壁以及模具底盤3-1與其未重合部分所形成的空間作為模腔，將水基料漿注入模腔內，形成陶瓷管狀生坯。外模2-1和內芯1-1可以通過緊固螺栓3-2、緊固螺栓3-3固定在底盤3-1上，且接觸面上分別有外模密封圈、內芯密封圈，保證不漏液?；蛘?，也可以采用插接、套接等其他連接方式。

此外，內芯1-1可以設計為中空結構，進一步降低重量。且上端還可設有提手，便于抽芯等操作。

采用本發(fā)明提出的以上技術方案，具有如下有益效果：

1、模具外模、內芯與通過螺栓密封等方式與底盤可拆卸式連接，拆卸方便，脫模阻力??；

2、生坯初始干燥時強度較小，可在不向生坯施加外力的前提下將外模整體卸下，避免了可能出現(xiàn)的生坯變形；

3、模具材質為聚氨酯，便于加工且可保證加工精度，聚氨酯不與水基料漿反應，且潤濕性較差，脫模方便，模具壽命長；

4、通過頂出機構的設計，便于生坯脫芯，避免造成生坯收縮擠裂；

5、在生坯干燥完畢后可方便地將生坯直接從底盤上取下，進入下一流程，模具重復利用率高；

6、通過內芯中空式設計，設置外模手柄、以及內芯提手等設計，在制備大尺寸生坯時，模具重量輕、便于操作的優(yōu)點更為明顯。

以上實施例僅用于對本發(fā)明進行具體說明，其并不對本發(fā)明的保護范圍起到任何限定作用，本發(fā)明的保護范圍由權利要求確定。根據(jù)本領域的公知技術和本發(fā)明所公開的技術方案，可以推導或聯(lián)想出許多變型方案，所有這些變型方案，也應認為是本發(fā)明的保護范圍。