[发明专利]一种螺线形管式陶瓷坯体制备模具及方法

说明书

本发明涉及一种螺线形管式陶瓷坯体制备模具及方法，主要应用于一种车载在线微波等离子体制氢装置。所述模具，包括外模Ⅰ和外模Ⅱ、内模、模芯组件和注射头组件，所述内模为一体式结构，其外表面旋入模芯组件，所述注射头组件与模芯组件连接，所述内外模共同形成陶瓷坯体的外表面螺线形形状。所述方法包活：调浆，组装模芯组件，模具定位，预热，施加合模力，料浆注射，保压，静压成型，卸载，降温，开模，去除陶瓷坯体中注射口处形成的外伸陶坯管体部分，移除模芯组件，制坯完成后，后续处理和机械加工等。本发明制成的螺线形管式陶瓷坯体壁厚均匀且壁厚和总长可调，在制坯时通过加压控制陶瓷坯体的致密度。

技术领域

本发明涉及一种螺线形管式陶瓷坯体制备模具及方法，主要应用于一种车载在线微波等离子体制氢装置。

背景技术

节能减排问题是目前世界范围内重点在研究的课题，在汽车能源动力方面也亟待解决，其中利用车载在线制氢技术已经成为了新型内燃机的重点发展方向，而目前用于车载微波制氢装置的主要材料是石英玻璃，由于一般石英材料耐高温性较差，经过反复温度变化后容易产生烧损，导致反应管气密性降低容易发生气体泄漏。

使用耐高温的陶瓷材料则可以解决这个问题，并且陶瓷材料已经应用于汽轮机转子、发动机气门导管、喷嘴等高温性能要求较高的领域，其中，氮化硅(Si₃N₄)不仅拥有极强的耐高温性，而且还具有良好的透波性能，十分适合车载微波等离子设备中的反应管材料。但由于陶瓷是共价键键能很强的无机材料，强度、硬度、脆性极高，难以制备形状复杂的零部件；所以通常需要在制坯阶段就采取不同方法得到预期的形态，例如以下：

凝胶注模方法利用有机物的化学交联过程形成固相产物，工艺操作简单、可形成复杂形状、效率高，但是由于反应中经常需要气体催化或产生气体副产物，制件的致密性和强度无法有效保证。

等静压成形通常用橡胶或塑料作包套模具材料，以液体为压力介质，主要用于粉体材料成型，为进一步烧结、煅造或热等静压工序提供坯体，等静压流体介质传递压力，在各方向上相等，包套与粉料受压缩大体一致，粉料与包套无相对运动，它们之间的摩擦阻力很少，压力只有轻微地下降，这种密度下降梯度一般只有1％以下，因此，可认为坯体密度是均匀的。

粉末注射成型利用高压将混合料注射入型腔，保证注浆充分，能够成形复杂形状的工件并保持较高的尺寸精度，生产效率高易于大批量生产。

挤压成型属于可塑成型法，可在低温低压条件下得到等截面线材、管材或片材，广泛用于石英等材料的直管状结构生产中，通常挤管机的挤压力在2～10MPa，成形圧力较小，对于螺线型的管材，该方法无法精确控制曲率和挤出部分材料在三维空间的尺寸稳定。

上述提及的制氢装置需要螺旋结构的管状零件集中微波能量，属于形状较复杂的薄壁零件，不仅需要螺线的形状，还要保证有一定的强度，上述方法在通常的使用中并不能够满足要求。

发明内容

办发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺点和不足，提供一种一种螺线形管式陶瓷坯体制备模具及方法，可实现坯体壁厚沿螺旋中心线方向分布均匀，陶瓷坯体的壁厚和总长可调，并可在制坯时通过加压控制陶瓷坯体的致密度，通过采用气压可控，可根据不同材质、致密度要求调节气压。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现。

一种螺线形管式陶瓷坯体制备模具，包括外模Ⅰ4和外模Ⅱ8、内模13、模芯组件9和注射头组件11，所述内模13为一体式结构，其外表面旋入模芯组件9，所述注射头组件11与模芯组件9连接，所述外模Ⅰ4和外模Ⅱ8的分模面采用密封圈密封，并通过定位销20和定位孔23限位，所述内模13与外模Ⅰ4和外模Ⅱ8通过吊孔5和内模定位销6定位，所述外模Ⅰ4、外模Ⅱ8和内模13共同形成陶瓷坯体12的外表面螺线形形状；所述外模Ⅰ4和外模Ⅱ8分别内置预埋加热管，采用电加热方式或管内流动导热介质对外模加热。