[发明专利]一种用于制备纳米层状复合材料的模具及方法

说明书

本发明公开一种用于制备纳米层状复合材料的模具及方法，主体部分由隔热套、控温套、密封盖和内套组成，最外部是顶部开口的圆筒状的隔热套，内部紧密嵌有顶部开口的圆筒状的控温套，控温套的上表面高出隔热套，控温套内部紧密嵌有顶部开口的圆筒状的内套，内套的顶部开口处密封连接密封盖，控温套在嵌有内套的内壁处设有螺旋凹槽，控温套的进口处通过管道依次连接单向变量液压泵和液氮箱，控温套还连接供热装置，密封盖上的抽气孔连接冷凝桶的顶部，管道上装有压力表、电动阀和真空泵；将纳米材料溶液冷冻，然后在真空下直接干燥，溶剂在干燥过程中不经液态直接升华成气态，最终使层状材料分布均匀提升复合材料的韧性和强度。

技术领域

本发明属于模具技术领域，具体是用于制备纳米层状复合材料的模具，尤其是用于制备层厚低于100μm的纳米层状复合材料。

背景技术

层状复合材料因其较优异的力学性能而被广泛应用于医疗器械、电子行业和航空航天等领域。但随着这些行业的快速发展，对于层状复合材料的强度、结合力以及韧性等方面提出了更高的要求。目前，用于制备层状复合材料的模具，一般由底座、样品架、护套以及上压头组成，利用压头将材料自下而上层层堆叠在一起。该类型的模具存在效率低、操作难且材料分布均匀性差等缺点，尤其不适应要求层厚低于100μm时的情况。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种用于制备纳米层状复合材料的模具及方法，能使层厚低于100μm的层状材料分布均匀且提升复合材料的韧性。

为实现上述目的，本发明一种用于制备纳米层状复合材料的模具采用如下技术方案：其包括主体部分，主体部分由隔热套、控温套、密封盖和内套组成，最外部是顶部开口的圆筒状的隔热套，内部紧密嵌有顶部开口的圆筒状的控温套，控温套的上表面高出隔热套，控温套内部紧密嵌有顶部开口的圆筒状的内套，内套的顶部开口处密封连接密封盖，密封盖控温套经螺纹连接，控温套在嵌有内套的内壁处设有螺旋凹槽，控温套的上段侧壁上开有进口、下段侧壁上开有出口，进口与螺旋凹槽的上端相接，出口与与螺旋凹槽的下端相接；密封盖的底部设有与内套的内腔相通的进料孔和抽气孔，且嵌有温度传感器，进料孔处通过管道连接电动阀；控温套的进口处通过管道依次连接单向变量液压泵和液氮箱，液氮箱连接控温套的进口；控温套还连接供热装置；密封盖上的抽气孔连接冷凝桶的顶部，管道上装有压力表、电动阀和真空泵，冷凝桶的外壁上缠绕有铜管，铜管与制冷装置相接；所述的电动阀、温度传感器、单向变量液压泵、供热装置、电动阀和真空泵、制冷装置均连接PC机。

进一步地，所述的内套由左瓣套和右瓣套密封相接组成，相接的分界面与内套的中心轴的夹角为锐角。

进一步地，密封盖上的进料孔处通过管道连接用于手动消除主体部分的内外压力差的第二手动阀。

制备纳米层状复合材料的方法采用的技术方案是包括以下步骤：

步骤一：将纳米粉末溶液经电动阀、进料口流入内套中，关闭电动阀；

步骤二：PC机控制单向变量液压泵开启，液氮箱中的液氮经进口、螺旋槽流至出口，再流回液氮箱中；内套内的纳米粉末溶液冻结，得到第一层纳米溶液冻体；

步骤三：重复上述步骤一和步骤二，将多种纳米粉末溶液分次经电动阀、进料口流入内套中，得到层状堆叠的多层纳米溶液冻体；

步骤四：PC机控制电动阀和真空泵同时开启，对内套的内腔抽真空，待压力表检测到压力信号降至设定的真空压力后关闭电动阀和真空泵，PC机控制供热装置和单向变量液压泵协同工作，使内套中的多层纳米溶液冻体的温度上升至冰点温度，内套中多层纳米溶液冻体升华，升华的气体经抽气孔进入冷凝桶中，待溶液冻体完全升华后关闭控制供热装置和单向变量液压泵；

步骤五：PC机控制开启制冷装置开启，将涌入冷凝桶的已升华气体冷凝成液体；取出内套中的块状体，将块状体烧结即得。

相较于现有技术，本发明提供的技术方案具备以下有益效果：