[发明专利]一种烧结模具

说明书

技术领域

本发明是一种烧结模具，属于烧结模具的改造技术。

背景技术

在特种陶瓷领域和热电块体材料领域，常常需要超高温快速烧结纳米结构样品。这些高温烧结样品的模具常常采用熔点高、膨胀系数小的石墨模具（石墨的熔点达3500℃以上）。其典型结构如图1所示，主体为圆柱形，内部圆形腔放置粉末样品，压样品时粉末样品两端放置有石墨棒以施加压力，高温烧结后取出石墨棒，或者用压力机顶出石墨棒，同时顶出样品。这样的石墨模具的使用存在如下问题：（1）需要额外加一些真空腔以免其在高温时被氧化，这样增加了设备成本和使用成本；（2）石墨模具的耐压性相对差，进口模具石墨最高耐压通常低于80MPa,样品烧结完成后从模具中退出时，石墨模具容易裂开；（3）现行的石墨模具都是圆柱形。尽管石墨的热膨胀系数比金属至少小10⁶数量级，但是有些样品本身热缩冷胀，从高温冷却下来后紧紧地挤压在模具内，若强行退出，样品常常被挤碎了。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种使样品的取出很容易，同时使石墨的使用寿命大大增加的烧结模具。本发明的模具在高温使用时不需要另外加真空腔，而且能抵挡至少200MPa以上的压力，退模无需强行进行，样品完整性100%。

本发明的技术方案是：本发明的烧结模具，包括有外套筒、底盖、顶盖、上模、下模、下石墨棒、上石墨棒，其中底盖及顶盖分别装设在外套筒底部及顶部，下模置于外套筒所设的中空腔体内，且置于底盖，上模下部套装在下模的外侧，下石墨棒插装在下模所设的空腔内，上石墨棒插装在上模上部所设的空腔内，且置于下石墨棒的顶部。

上述下模是一上小下大的锥型圆台。

上述下模由四块相同的块体拼成锥形圆台。

用于压粉末时用的下石墨棒、上石墨棒上设有用于插入热电偶的小孔，插入热电偶的小孔轴线与石墨轴线应该相交且垂直，孔径为2-3mm。

上述上模的外径D是样品直径的2-10倍，且最大不能超过220mm，且样品直径越大，倍数越小。

上述下石墨棒、上石墨棒的直径与样品直径d相同；上述下石墨棒的长度f在5-8mm之间；底盖的顶面与顶盖的底面之间的高度为模具高度h,上述上石墨棒的长度L为：模具高度h+外套厚度b+石墨棒超出长度n - g, 其中石墨棒超出保护套长度n为4-8mm。

上述底盖顶盖、上模、下模的内径都相同,取5-100mm范围。

上述下模的下底外径为D/4—D/2；上述下模的高度g为：f+样品高度-b，下模的侧面与竖直方向的夹角为5-15°。

上述外套筒、底盖顶盖的厚度相同，都为b，b在2-4mm之间；上述外套筒的内径与顶盖的外径相同，且与上模的外径D相同；上述底盖的侧壁内径为D+2b，外径为D+4b；上述底盖的顶面与顶盖的底面之间的高度h为g的4-10倍，且样品高度越高，倍数越小。

上述外套筒高度H为：模具高度h+外套厚度b。

本发明的外套筒、底盖、顶盖三构件采用分离设计，使得样品的装入及石墨模具的更换变得很容易。且外套筒的圆柱形保护套具有防石墨模具高温氧化的功能，也增加了石墨模具的耐压强度，使其耐压能力提高至少1.5倍。下模的锥形圆台设计让样品的取出变得很容易。本发明的模具在高温使用时不需要另外加真空腔，而且能抵挡至少200MPa以上的压力，退模无需强行进行，样品完整性100%。同时石墨的使用寿命大大增加。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的烧结模具。

附图说明

图1为现有技术的结构示意图；

图2为本发明的结构分解图；

图3为本发明的剖视图；

图4为本发明的立体图。

具体实施方式

实施例：

本发明的结构示意图如图2所示，本发明的烧结模具，包括有外套筒1、底盖2、顶盖3、上模4、下模5、下石墨棒6、上石墨棒7，其中底盖2及顶盖3分别装设在外套筒1的底部及顶部，下模5置于外套筒1所设的中空腔体内，且置于底盖2上，上模4的下部套装在下模5的外侧，下石墨棒6插装在下模5所设的空腔内，上石墨棒7插装在上模4上部所设的空腔内，且置于下石墨棒6的顶部。

上述下模5是一上小下大的锥型圆台。

上述下模5由四块相同的块体拼成锥形圆台。

用于压粉末时用的下石墨棒6、上石墨棒7上设有用于插入热电偶的小孔，插入热电偶的小孔轴线与石墨轴线应该相交且垂直，孔径为2-3mm。