本發(fā)明涉及SPS燒結(jié)的石墨模具，具體涉及用于放電等離子體無(wú)壓燒結(jié)的石墨模具。

背景技術(shù)：

放電等離子燒結(jié)技術(shù)(Spark Plasma Sintering,SPS)是一種利用通-斷直流脈沖電流直接通電燒結(jié)的新型快速燒結(jié)法。通-斷式直流脈沖電流的主要作用是產(chǎn)生放電等離子體、放電沖擊壓力、焦耳熱和電場(chǎng)擴(kuò)散作用，來(lái)實(shí)現(xiàn)材料的燒結(jié)。并且SPS具有加熱均勻，升溫速度快，燒結(jié)溫度低，燒結(jié)時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品組織細(xì)小均勻等優(yōu)勢(shì)，其能保持原材料的自然狀態(tài)，可以得到高致密度的材料，可以燒結(jié)梯度材料以及復(fù)雜工件。

目前使用放電等離子技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)幾乎均為有壓燒結(jié)。而僅存的無(wú)壓燒結(jié)所使用的模具，包括空心圓柱形的套筒和兩個(gè)石墨沖頭。使用該傳統(tǒng)模具制備無(wú)壓燒結(jié)的材料時(shí)，物料在模具內(nèi)形成一個(gè)封閉空間。然而由于物料在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)有氣體產(chǎn)生，封閉的空間不易于氣體的逸出，冷卻后氣態(tài)物料容易粘結(jié)在模具上，使物料難于脫模，造成模具的損耗率增加、加工成品率降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種用于放電等離子體無(wú)壓燒結(jié)的石墨模具，以解決SPS無(wú)壓燒結(jié)、物料難于脫模等問(wèn)題。

為解決無(wú)壓燒結(jié)的問(wèn)題，本發(fā)明首先采取如下技術(shù)方案：

一種用于放電等離子體無(wú)壓燒結(jié)的石墨模具，其特征在于，包括上石墨沖頭、石墨套筒、下石墨沖頭和預(yù)壓壓頭，

所述石墨套筒為空心圓柱形，在石墨套筒的外壁上開(kāi)有徑向的測(cè)溫孔；

所述上石墨沖頭和下石墨沖頭結(jié)構(gòu)相同，所述上石墨沖頭和下石墨沖頭均為由圓柱形法蘭盤和設(shè)置于圓柱形法蘭盤上的圓柱形凸起桿組成，上石墨沖頭和下石墨沖頭相對(duì)設(shè)置并分別裝在石墨套筒的上下兩端，使圓柱形凸起桿位于石墨套筒內(nèi)部將物料層封裝在兩個(gè)圓柱形法蘭盤之間；

所述預(yù)壓壓頭包括上壓頭和下壓頭，上壓頭為圓柱形直桿直徑等于石墨套筒內(nèi)徑，高度等于石墨套筒的高；下壓頭為由圓柱形法蘭盤與凸起桿連接的一個(gè)整體，所述下壓頭的凸起桿的直徑等于石墨套筒的內(nèi)徑，高度與上石墨沖頭/下石墨沖頭的凸起桿高度相同，所述下壓頭的圓柱形法蘭盤的直徑等于石墨套筒的直徑。

優(yōu)選地，所述的測(cè)溫孔位于石墨套筒軸向的中點(diǎn)位置。

所述圓柱形凸起桿的中心線與法蘭盤的中心線重合，所述法蘭盤的直徑等于套筒的外徑，所述圓柱形凸起桿的直徑等于套筒的內(nèi)徑，在燒結(jié)時(shí)，物料層與兩個(gè)圓形凸起桿的高度之和小于等于石墨套筒的高度。

為在原有基礎(chǔ)上改善物料與模具粘結(jié)的情況，本發(fā)明進(jìn)一步提出了一種改進(jìn)的用于放電等離子體無(wú)壓燒結(jié)的石墨模具，包括上石墨沖頭、石墨套筒、下石墨沖頭和預(yù)壓壓頭，

所述石墨套筒為空心圓柱形，在石墨套筒的外壁上開(kāi)有徑向的測(cè)溫孔，在石墨套筒的上下兩端分別均勻設(shè)有兩個(gè)圓柱形凹槽；

所述上石墨沖頭和下石墨沖頭結(jié)構(gòu)相同，所述上石墨沖頭和下石墨沖頭均為由圓柱形法蘭盤和設(shè)置于圓柱形法蘭盤上的圓柱形凸起桿組成，所述法蘭盤在與凸起桿的連接側(cè)的表面分別設(shè)置有一條凹槽和兩個(gè)凸起，所述凹槽沿法蘭盤的某一直徑方向并在圓柱形凸起桿處斷開(kāi)；所述兩個(gè)凸起以凸起桿為中心沿不同于所示凹槽的方向設(shè)置，所述兩個(gè)凸起的位置和大小與所述石墨套筒上的兩個(gè)圓柱形凹槽的位置和大小相適配，所述上石墨沖頭和下石墨沖頭相對(duì)設(shè)置并分別裝在石墨套筒的上下兩端，使圓柱形凸起桿位于石墨套筒內(nèi)部將物料層封裝在兩個(gè)圓柱形法蘭盤之間；

所述預(yù)壓壓頭包括上壓頭和下壓頭，上壓頭為圓柱形直桿直徑等于石墨套筒內(nèi)徑，高度等于石墨套筒的高；下壓頭為由圓柱形法蘭盤與凸起桿連接的一個(gè)整體，所述下壓頭的凸起桿的直徑等于石墨套筒的內(nèi)徑，高度與上石墨沖頭/下石墨沖頭的凸起桿高度相同，所述下壓頭的圓柱形法蘭盤的直徑等于石墨套筒的直徑。

優(yōu)選地，所述的測(cè)溫孔位于石墨套筒軸向的中點(diǎn)位置。

所述圓柱形凸起桿的中心線與法蘭盤的中心線重合，所述法蘭盤的直徑等于套筒的外徑，所述圓柱形凸起桿的直徑小于套筒的內(nèi)徑，在燒結(jié)時(shí)，物料層與兩個(gè)圓形凸起桿的高度之和小于等于石墨套筒的高度。

另外，為了在原有基礎(chǔ)上保證易脫模，本發(fā)明還提出了另外一種用于放電等離子體無(wú)壓燒結(jié)的石墨模具，包括上石墨沖頭、石墨套筒、下石墨沖頭和預(yù)壓壓頭，

所述石墨套筒為空心圓柱形，在石墨套筒的外壁上開(kāi)有徑向的測(cè)溫孔；

所述上石墨沖頭和下石墨沖頭結(jié)構(gòu)相同，所述上石墨沖頭和下石墨沖頭均為由圓柱形法蘭盤和設(shè)置于圓柱形法蘭盤上的圓錐臺(tái)形凸起桿組成，所述圓錐臺(tái)形凸起桿與法蘭盤連接側(cè)的截面直徑小于遠(yuǎn)離法蘭盤側(cè)的直徑，所述法蘭盤在與圓錐臺(tái)形凸起桿連接一側(cè)開(kāi)設(shè)有一條凹槽，所述凹槽沿法蘭盤某一直徑方向并在圓錐臺(tái)形凸起桿處斷開(kāi)；上石墨沖頭和下石墨沖頭相對(duì)設(shè)置并分別裝在石墨套筒的上下兩端，使圓柱形凸起桿位于石墨套筒內(nèi)部將物料層封裝在兩個(gè)圓柱形法蘭盤之間；

所述預(yù)壓壓頭包括上壓頭和下壓頭，上壓頭為圓柱形直桿直徑等于石墨套筒內(nèi)徑，高度等于石墨套筒的高；下壓頭為由圓柱形法蘭盤與凸起桿連接的一個(gè)整體，所述下壓頭的凸起桿的直徑等于石墨套筒的內(nèi)徑，高度與上石墨沖頭/下石墨沖頭的凸起桿高度相同，所述下壓頭的圓柱形法蘭盤的直徑等于石墨套筒的直徑。

優(yōu)選地，所述的測(cè)溫孔位于石墨套筒軸向的中點(diǎn)位置。

所述圓錐臺(tái)形的中心線與法蘭盤的中心線重合，所述法蘭盤的直徑介于套筒的內(nèi)徑與外徑之間，所述圓錐臺(tái)形凸起桿的最大直徑小于等于套筒的內(nèi)徑，在燒結(jié)時(shí)，物料層與兩個(gè)圓錐臺(tái)形凸起桿的高度之和小于等于石墨套筒的高度。

本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使用了結(jié)構(gòu)新穎的石墨沖頭，在傳統(tǒng)凸起桿的上側(cè)連接了法蘭盤成為一個(gè)整體，在減少了零件數(shù)量的同時(shí)，即保證了無(wú)壓燒結(jié)，又增加了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本發(fā)明整個(gè)模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、制造成本低易于脫模、模具損耗率底、加工成品率高。

附圖說(shuō)明

圖1為SPS無(wú)壓燒結(jié)模具示意圖，其中，左側(cè)為主視圖，右側(cè)為剖視圖；

圖2為防粘型SPS無(wú)壓燒結(jié)模具示意圖，其中，左側(cè)為主視圖，右側(cè)為剖視圖；

圖3為易脫模型SPS無(wú)壓燒結(jié)模具示意圖，其中，左側(cè)為主視圖，右側(cè)為剖視圖；

圖4為SPS無(wú)壓燒結(jié)模具預(yù)壓壓頭示意圖，其中，左側(cè)為主視圖，右側(cè)為剖視圖；

圖5為易脫模型SPS無(wú)壓燒結(jié)模具石墨沖頭示意圖，其中，左側(cè)為主視圖，右側(cè)為剖視圖；

圖6為SPS無(wú)壓燒結(jié)模擬流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的內(nèi)容并不限于所述范圍。

實(shí)施例1一種防粘型SPS無(wú)壓燒結(jié)模。

如圖2所述，本實(shí)施例提供了一種防粘型SPS無(wú)壓燒結(jié)模，包括上石墨沖頭1-1、下石墨沖頭1-2、石墨套筒1-3和預(yù)壓壓頭。其中石墨套筒1-3為空心圓柱形，在石墨套筒的外壁上開(kāi)有徑向的測(cè)溫孔1-4，測(cè)溫孔1-4位于圓柱體軸向的中點(diǎn)位置；石墨沖頭為由圓柱形法蘭盤1-5與凸起桿1-6連接成的一個(gè)整體，上下石墨沖頭相同并相對(duì)設(shè)置在石墨套筒的上下兩端，使圓柱形凸起桿位于石墨套筒內(nèi)部將物料層1-7封裝在兩個(gè)圓柱形法蘭盤之間。其中，凸起桿1-6與法蘭盤1-5的中心線重合。法蘭盤1-5的直徑大小與套筒1-3的外徑大小相同，所述圓柱形凸起桿1-6的直徑等于套筒的內(nèi)徑。

如圖4所示，預(yù)壓壓頭包括上壓頭1-8和下壓頭1-9，上壓頭為圓柱形直桿直徑等于石墨套筒內(nèi)徑，高度等于石墨套筒的高；下壓頭為由圓柱形法蘭盤與凸起桿連接的一個(gè)整體，下壓頭的凸起桿的直徑等于石墨套筒的內(nèi)徑，高度與上石墨沖頭/下石墨沖頭的凸起桿高度相同，下壓頭的圓柱形法蘭盤的直徑等于石墨套筒的直徑。

在燒結(jié)前，先將下石墨沖頭裝入石墨套筒內(nèi)，再將物料裝入石墨套筒內(nèi)，再將上石墨沖頭裝入套筒上端。初次裝好時(shí)，上下石墨沖頭的凸起桿與物料層的高度之和應(yīng)高于套筒的高度。然后通過(guò)預(yù)壓壓頭對(duì)物料層進(jìn)行預(yù)壓，使預(yù)壓后的物料層與兩個(gè)凸起桿之和的高度等于石墨套筒的高度。之后，將裝好的模具放入SPS燒結(jié)爐中，在相應(yīng)參數(shù)下燒結(jié)。待燒結(jié)完成冷卻降溫后，進(jìn)行脫模。如圖6給出了SPS無(wú)壓燒結(jié)模擬流程示意圖。

實(shí)施例2一種SPS無(wú)壓燒結(jié)模具。

如圖2所述，本實(shí)施例提供了一種防粘型SPS無(wú)壓燒結(jié)模，包括上石墨沖頭2-1、下石墨沖頭2-2、石墨套筒2-3和預(yù)壓壓頭。其中石墨套筒2-3為空心圓柱形，在石墨套筒的外壁上開(kāi)有徑向的測(cè)溫孔2-4，測(cè)溫孔2-4位于圓柱體軸向的中點(diǎn)位置，在石墨套筒的上下兩端分別均勻設(shè)有兩個(gè)圓柱形凹槽2-7；石墨沖頭為由圓柱形法蘭盤2-5與凸起桿2-6連接成的一個(gè)整體，所述法蘭盤在與凸起桿的連接側(cè)的表面分別設(shè)置有一條凹槽2-8和兩個(gè)凸起2-9，所述凹槽沿法蘭盤的某一直徑方向并在圓柱形凸起桿處斷開(kāi)；所述兩個(gè)凸起以凸起桿為中心沿不同于所述凹槽的方向設(shè)置，所述兩個(gè)凸起的位置和大小與所述石墨套筒上的兩個(gè)圓柱形凹槽的位置和大小相適配。上下石墨沖頭相同并相對(duì)設(shè)置在石墨套筒的上下兩端，使圓柱形凸起桿位于石墨套筒內(nèi)部將物料層2-10封裝在兩個(gè)圓柱形法蘭盤之間。其中，凸起桿2-6與法蘭盤2-5的中心線重合。法蘭盤2-5的直徑大小與套筒2-3的外徑大小相同，圓柱形凸起桿的直徑小于套筒的內(nèi)徑，在燒結(jié)時(shí)，物料層與兩個(gè)圓形凸起桿的高度之和小于等于石墨套筒的高度。

本實(shí)施例預(yù)壓裝置同實(shí)施例1。

實(shí)施例3一種易脫模型SPS無(wú)壓燒結(jié)模具。

如圖3所述，本實(shí)施例提供了一種防粘型SPS無(wú)壓燒結(jié)模，包括上石墨沖頭3-1、下石墨沖頭3-2、石墨套筒3-3和預(yù)壓壓頭。其中石墨套筒3-3為空心圓柱形，在石墨套筒的外壁上開(kāi)有徑向的測(cè)溫孔3-4，測(cè)溫孔3-4位于圓柱體軸向的中點(diǎn)位置。上石墨沖頭和下石墨沖頭結(jié)構(gòu)相同，上石墨沖頭和下石墨沖頭均為由圓柱形法蘭盤3-5和設(shè)置于圓柱形法蘭盤上的圓錐臺(tái)形凸起桿3-6組成，其中圓錐臺(tái)形凸起桿3-6與法蘭盤連接側(cè)的截面直徑小于遠(yuǎn)離法蘭盤側(cè)的直徑，法蘭盤在與圓錐臺(tái)形凸起桿連接一側(cè)開(kāi)設(shè)有一條凹槽3-7，凹槽沿法蘭盤某一直徑方向并在圓錐臺(tái)形凸起桿處斷開(kāi)(如圖5所示)；上石墨沖頭和下石墨沖頭相對(duì)設(shè)置并分別裝在石墨套筒的上下兩端，使圓錐臺(tái)形凸起桿位于石墨套筒內(nèi)部將物料層3-8封裝在兩個(gè)圓柱形法蘭盤之間。圓錐臺(tái)形凸起桿的中心線與法蘭盤的中心線重合，所述法蘭盤的直徑介于套筒的內(nèi)徑與外徑之間，圓錐臺(tái)形凸起桿的最大直徑小于等于套筒的內(nèi)徑，在燒結(jié)時(shí)，物料層與兩個(gè)圓錐臺(tái)形凸起桿的高度之和小于等于石墨套筒的高度。

本實(shí)施例預(yù)壓裝置同實(shí)施例1。

本發(fā)明使用了結(jié)構(gòu)新穎的石墨沖頭，在傳統(tǒng)凸起桿的上側(cè)連接了法蘭盤成為一個(gè)整體，在減少了零件數(shù)量的同時(shí)，即保證了無(wú)壓燒結(jié)，又增加了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本發(fā)明整個(gè)模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、制造成本低易于脫模、模具損耗率底、加工成品率高。