[发明专利]一种大尺寸超薄粉末冶金梯度材料的成形装置及应用

说明书

本发明属于粉末冶金成形设备领域，具体涉及一种大尺寸超薄粉末冶金梯度材料的成形装置及应用。所述大尺寸超薄粉末冶金梯度材料的成形装置包括预压成形系统和叠层铺粉成形系统，所述叠层铺粉成形系统由模具上压头、模套、模具下压头、螺旋控高仪升降台、螺旋控高仪平台、螺旋旋钮、升降螺杆和控高仪底座组成；本发明中的叠层铺粉成形系统将螺旋测高仪和模压成形有机结合，实现了下降高度在微米级的叠层铺粉，保证每层粉末的铺设均匀性，并且利用模具的随时更换可以实现不同尺寸样品成形坯体的制备。本发明实现了粉末冶金技术中多层粉末铺设和预制成形与最终成形的一体化，压制成形性好，各层厚度控制精准。

技术领域

本发明属于粉末冶金成形设备领域，具体涉及一种大尺寸超薄粉末冶金梯度材料的成形装置及应用。

背景技术

现代高科技的竞争在很大程度上依赖于材料科学的发展。对材料，特别是对高性能材料的认识水平、掌握和应用能力，直接体现国家的科学技术水平和经济实力，也是一个国家综合国力和文明进步速度的标志。因此，新材料的开发与研究是材料科学发展的先导。梯度材料是21世纪最有发展前景的新型材料之一，一出现就引起了世界各国的广泛兴趣和关注。根据不同的梯度性质变化，功能梯度材料可分为密度功能梯度材料、成分功能梯度材料、光学功能梯度材料和精细功能梯度材料等。根据不同的应用领域，梯度材料可分为耐热梯度材料、生物梯度材料、化学工程梯度材料和电子工程梯度材料等。

根据梯度材料压坯的成分分布，粉末成形工艺主要有模压成形、薄片层叠成形、湿法喷涂成形等多种技术。国内外相关研究者采用模压成形制备梯度材料的过程中，粉末堆积层数有限(实验室工艺最多可达10层，工业生产则不超过3层)、单层厚度较大(通常>1mm)、有限的加压严重限制材料的尺寸(截面积<100cm²)；粉末冶金薄片叠层成形可获得的压坯薄片的厚度最薄约为1mm，但是对粉末特性、粉末配制、粉末成形及相应配套设备要求较高。

综上所述，现有的成形技术和装置都有各种各样的局限性，目前还没有成熟稳定的一体化成形装置来实现大尺寸超薄样品的梯度坯体成形，而现代化工业技术的发展对梯度材料的梯度分布和尺寸提出了更高更严格的要求，因此，设计并开发一种新型大尺寸超薄粉末冶金梯度材料的成形装置对拓宽梯度材料的应用领域至关重要。

发明内容

为了攻克现有梯度材料成形过程中单层厚度过厚、梯度材料尺寸受限等技术壁垒，本发明提出了一种新型大尺寸超薄粉末冶金梯度材料的成形装置，改善现有梯度材料板材各层间的结合性能，利用粉末冶金实现全部冶金结合，突破梯度层数和梯度分布方式的限制。基于现有的相关技术提出铺粉成形一体化的设计思路实现了布粉均匀的目标，同时结合螺旋控高仪精密控制模具压头的升降高度，可以实现超薄梯度分布的新型材料的大尺寸材料粉末冶金坯体的成形。利用该装置可以实现层与层之间的有效冶金结合，梯度分布可控，制备得到的梯度材料满足特定领域的超薄大尺寸的性能要求，该装置操作简单，有效节约投资成本。

本发明一种大尺寸超薄粉末冶金梯度材料的成形装置；所述大尺寸超薄粉末冶金梯度材料的成形装置包括预压成形系统(1)和叠层铺粉成形系统(2)，所述叠层铺粉成形系统(2)由模具上压头(7)、模套(9)、模具下压头(10)、螺旋控高仪升降台(11)、螺旋控高仪平台(12)、螺旋旋钮(13)、升降螺杆(14)和控高仪底座(15)组成；

所述预压成形系统(1)提供向下的压力；

组装后，所述螺旋控高仪升降台(11)上表面与模具下压头(10)水平接触；螺旋控高仪升降台(11)下表面与升降螺杆(14)相连，螺旋控高仪升降台(11)的侧壁与螺旋控高仪平台(12)的内腔接触或留有小于100微米的间隙，且螺旋控高仪升降台(11)能在螺旋控高仪平台(12)的内腔上下移动；所述螺旋控高仪升降台(11)进入模套(9)后，螺旋控高仪升降台(11)的侧壁与模套(9)的内腔接触或留有小于100微米的间隙，且螺旋控高仪升降台(11)能在模套(9)的内腔内上下移动；