[发明专利]基于多物理场活化烧结制备微型超声电机定子的方法

说明书

本发明属于微型零件制造领域，具体公开了一种基于多物理场活化烧结制备微型超声电机定子的方法，旨在解决现有的多物理场活化烧结技术所制备出来的微型超声电机定子的致密度不高且生产效率较低的问题。该方法通过选取粒度为0.5～10μm的钛合金粉末作为第一配料，选取粒度50～70μm的钛合金粉末作为第二配料，并将第一配料和第二配料按5～6:1～2的比例混合均匀作为混合配料，一方面能够使得较粗的第二配料混合入较细的第一配料中后降低混合配料整体的电阻，另一方面可以保证混合配料填充均匀性，并保证粉末间排列足够紧密，达到加速传质过程的效果，可以提高生产效率，并使得最终制得的定子致密度更高。

技术领域

本发明属于微型零件制造领域，具体涉及一种微型超声电机定子的制备方法。

背景技术

超声电机是一种利用压电材料的逆压电效应将电能转换为机械能的新型驱动器，超声电机的定子和转子是其两个重要的零部件，只有保证在高转速运转下仍保持合理的性能，才能满足超声电机的使用要求；因此，超声电机的定子和转子对于制造技术的要求较高。日本人Tomoaki Mashimo在2014年发表的论文中提出了一种微型超声电机结构，该微型超声电机的定子和转子的体积小，形状不规则，对加工质量和产品性能要求更高。

目前，制备微型零件主要有微精密铸造工艺、微注射成型技术、塑性微成形技术以及传统的真空烧结技术等，但是这些加工技术现阶段都主要用于单件小批量的生产，多数情况下生产成本不但高且无法满足微型零件大批量、高效率、无污染的制造要求。注：微型零件是指指至少有2维方向以上的尺寸小于1mm的零件。

为了满足大批量、高效率、无污染的制造要求，并保证微型超声电机定子的生产质量，目前通常采用多物理场活化烧结技术来实现微型超声电机定子的制造。但是，现有的多物理场活化烧结技术往往采用的是单种粒度的钛合金粉末来烧结微型超声电机定子，所制备出来的定子的致密度及尺寸精度还有待提高。又根据传统的烧结理论，即随着粉末粒度的减小，其烧结性会提高，更易烧结成形；现有的多物理场活化烧结技术一般采用的粒度较小的粉末进行烧结，然而使用超细的粉末烧结时，由于体系中相互接触的颗粒数量巨大，往往导致接触电阻极大，使粉末在烧结过程中导电性能较差，生产难度提高，效率降低。

发明内容

本发明提供了一种基于多物理场活化烧结制备微型超声电机定子的方法，旨在解决现有的多物理场活化烧结技术所制备出来的微型超声电机定子的致密度不高且生产效率较低的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于多物理场活化烧结制备微型超声电机定子的方法，包括下列步骤：

配料混粉步骤，先选取粒度不同的两种钛合金粉末分别作为第一配料和第二配料，所述第一配料的粒度为0.5～10μm，所述第二配料的粒度为50～70μm；然后，将第一配料和第二配料按5～6:1～2的比例混合均匀作为混合配料；

计算并称粉步骤，根据待制造的定子的体积、钛合金的密度及预计粉末损耗量计算出烧结单个定子所需混合配料的质量，并称取备用；

粉末装模步骤，将称取的混合配料装填在用于成型定子的模具中；所述模具包括上部凸模、中部凹模、下部凸模和棒芯；所述中部凹模上设有将其贯穿的中模孔，所述中模孔从上往下依次为上模配合孔、中间腔和下模配合孔，所述上部凸模和下部凸模内分别设有与中模孔相对应的上棒芯过孔和下棒芯过孔；所述上部凸模的凸起部能够与上模配合孔装配在一起，所述下部凸模的凸起部能够与下模配合孔装配在一起；所述棒芯能够穿入至上棒芯过孔、中模孔和下棒芯过孔中，并与中间腔围成定子成型腔；

烧结步骤，在真空度小于0.01Pa，同时在模具两端施以75～100MPa的作用力的条件下，对装有混合配料的模具通交流电以20～50℃/S的升温速度将模具从室温加热至950～1100℃，保温4～10min使混合配料在模具中成型，保温后以50～60℃/S的降温速度使模具降至室温；

取样步骤，将成型的定子从模具中取出。