一種粉體材料熱壓燒結(jié)裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及熱壓燒結(jié)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種粉體材料熱壓燒結(jié)裝置。該粉體材料熱壓燒結(jié)裝置，包括：具有上橫梁和下橫梁的液壓機、中空筒狀石墨模具；上橫梁底部固定有第一黃銅電極，下橫梁上固定有第二黃銅電極；第一黃銅電極與上橫梁之間固定設(shè)置有第一絕緣隔熱板，第二黃銅電極與下橫梁之間固定設(shè)置有第二絕緣隔熱板；第一黃銅電極遠離第一絕緣隔熱板的一側(cè)設(shè)置有第一黃銅塊；第二黃銅電極遠離第二絕緣隔熱板的一側(cè)設(shè)置有第二黃銅塊。本實用新型提供的這種裝置，可用于燒成小晶粒塊體材料(甚至是納米晶塊體材料)。
【專利說明】一種粉體材料熱壓燒結(jié)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及熱壓燒結(jié)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種粉體材料熱壓燒結(jié)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 將粉體材料燒結(jié)成塊體材料是一種常用的材料制備手段。在燒結(jié)過程中，粉末間 將發(fā)生固相反應(yīng)，使晶粒長大。而晶粒的長大程度對燒結(jié)成的塊狀材料的性質(zhì)（尤其是致 密度）影響很大；因此，在燒結(jié)的過程中，有效地控制晶粒長大是十分重要的。
[0003] 在相關(guān)技術(shù)中，傳統(tǒng)的熱壓燒結(jié)通常將模具和材料一起放在一個電加熱爐中進 行，由于電加熱爐升溫速度慢、熱壓燒結(jié)時間長，因此，晶粒長大嚴重，進而不能滿足小尺寸 晶粒塊體材料的燒結(jié)需求。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型的目的在于提供一種粉體材料熱壓燒結(jié)裝置，以解決上述的問題。
[0005] 在本實用新型的實施例中提供了粉體材料熱壓燒結(jié)裝置，包括：具有上橫梁和下 橫梁的液壓機、中空筒狀石墨模具；
[0006] 所述上橫梁底部固定有第一黃銅電極，所述下橫梁上固定有第二黃銅電極；所述 第一黃銅電極與所述上橫梁之間固定設(shè)置有第一絕緣隔熱板，所述第二黃銅電極與所述下 橫梁之間固定設(shè)置有第二絕緣隔熱板；
[0007] 所述第一黃銅電極遠離所述第一絕緣隔熱板的一側(cè)設(shè)置有第一黃銅塊；所述第二 黃銅電極遠離所述第二絕緣隔熱板的一側(cè)設(shè)置有第二黃銅塊；所述第一黃銅塊遠離所述第 一黃銅電極的一側(cè)設(shè)置有第一石墨壓桿，所述第二黃銅塊遠離所述第二黃銅電極的一側(cè)設(shè) 置有第二石墨壓桿；
[0008] 所述中空筒狀石墨模具設(shè)置在所述第一黃銅塊和所述第二黃銅塊之間，且所述第 一石墨壓桿遠離所述第一黃銅塊的一端、所述第二石墨壓桿遠離所述第二黃銅塊的一端分 別從所述中空筒狀石墨模具的兩端開口伸入至其內(nèi)部；在所述中空筒狀石墨模具中，處于 所述第一石墨壓桿和所述第二石墨壓桿之間的部分用于裝盛待熱壓燒結(jié)的粉體材料。
[0009] 本實用新型提供的這種粉體材料熱壓燒結(jié)裝置，包括具有上橫梁和下橫梁的液壓 機，且上橫梁底部依次設(shè)置有第一絕緣隔熱板、第一黃銅電極以及第一黃銅塊；同樣，下橫 梁上依次設(shè)置有第二絕緣隔熱板、第二黃銅電極以及第二黃銅塊；且中空筒狀石墨模具設(shè) 置在第一黃銅塊與第二黃銅塊之間，第一石墨壓桿和第二石墨壓桿的一端均伸入至中空筒 狀石墨模具內(nèi)。
[0010] 在熱壓燒結(jié)的過程中，待燒結(jié)的粉體材料被裝盛在中空筒狀石墨模具內(nèi)，且處于 第一石墨壓桿和第二石墨壓桿之間。具體的，在工作時，當?shù)谝稽S銅電極和第二黃銅電極接 通電源之后，第一黃銅塊、第二黃銅塊、第一石墨壓桿以及第二石墨壓桿均會有電流流過， 進而使得模具內(nèi)的粉體材料也帶有電流；通過控制電源的電流大?。ǔ２捎么箅娏?，如接 近3000A)，使得電流流過石墨壓桿和粉體材料，依靠大電流流過石墨壓桿和粉體材料時產(chǎn) 生的焦耳熱，使粉體材料快速升溫（可達10-1000K/分鐘）。另外，由于液壓機在工作的過 程中，上橫梁和下橫梁之間會發(fā)生相向運動，進而使得兩個石墨壓桿對中空筒狀石墨模具 內(nèi)的粉體材料施加壓力；進而實現(xiàn)粉體材料的快速熱壓燒結(jié)。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型實施例提供的這種裝置，其使電流通過粉體材料使 產(chǎn)生大量的焦耳熱，進而實現(xiàn)對粉體材料的快速升溫；同時，通過兩個石墨壓桿的壓力，可 實現(xiàn)粉體材料的快速燒結(jié)；由于燒結(jié)速度快（使大電流流過兩個電極，其同時施加壓力）。 所以，粉體材料的晶粒長大得到控制；因此，可用于燒成小晶粒塊體材料（甚至是納米晶塊 體材料）。
[0012] 可選的，所述第一黃銅塊和所述第二黃銅塊的內(nèi)部均設(shè)置有輸水通道，其側(cè)部均 設(shè)置有與所述輸水通道相通的入水口和出水口。
[0013] 可選的，所述第一石墨壓桿和所述第二石墨壓桿均為柱形桿；且所述第一石墨壓 桿和所述第二石墨壓桿處于所述中空筒狀石墨模具內(nèi)的外側(cè)壁與所述中空筒狀石墨模具 的內(nèi)壁相貼。
[0014] 可選的，所述第一黃銅塊和所述第二黃銅塊平行設(shè)置，且所述中空筒狀石墨模具 與所述第一黃銅塊以及所述第二黃銅塊垂直。
[0015] 可選的，所述中空筒狀石墨模具的外側(cè)壁上沿垂直于其軸線的方向設(shè)置有一個凹 槽；所述凹槽的底部距所述中空筒狀石墨模具的內(nèi)壁1-3毫米，且所述凹槽內(nèi)設(shè)置有用于 測量被燒結(jié)的粉體材料溫度的測溫元件。
[0016] 可選的，還包括直流電源；所述直流電源與所述第一黃銅電極以及所述第二黃銅 電極連通。
[0017] 可選的，所述直流電源的電壓為0-36V，電流為0-5000A。
[0018] 可選的，所述液壓機為帶有自動控制壓力模塊的四柱式液壓機。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本實用新型【具體實施方式】或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對

【具體實施方式】或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述 中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性 勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0020] 圖1為本實用新型實施例一和二提供的粉體材料熱壓燒結(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為本實用新型實施例二提供粉體材料熱壓燒結(jié)裝置中的中空筒狀石墨模具 與兩個石墨壓桿之間的設(shè)置圖。

【具體實施方式】
[0022] 為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本實用新型的技術(shù) 方案進行清楚、完整的描述，基于本實用新型中的【具體實施方式】，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在 沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬于本實用新型所保護的范 圍。
[0023] 實施例一
[0024] 請參考圖1-圖2,本實用新型提供的這種粉體材料熱壓燒結(jié)裝置，包括：具有上橫 梁101和下橫梁102的液壓機103、中空筒狀石墨模具112 ;所述上橫梁101底部固定有第 一黃銅電極104,所述下橫梁102上固定有第二黃銅電極105 ;所述第一黃銅電極104與所 述上橫梁101之間固定設(shè)置有第一絕緣隔熱板106,所述第二黃銅電極105與所述下橫梁 102之間固定設(shè)置有第二絕緣隔熱板107 ;所述第一黃銅電極104遠離所述第一絕緣隔熱 板106的一側(cè)設(shè)置有第一黃銅塊108 ;所述第二黃銅電極105遠離所述第二絕緣隔熱板107 的一側(cè)設(shè)置有第二黃銅塊109 ;所述第一黃銅塊108遠離所述第一黃銅電極104的一側(cè)設(shè) 置有第一石墨壓桿110,所述第二黃銅塊109遠離所述第二黃銅電極105的一側(cè)設(shè)置有第 二石墨壓桿111 ;所述中空筒狀石墨模具112設(shè)置在所述第一黃銅塊108和所述第二黃銅 塊109之間，且所述第一石墨壓桿110遠離所述第一黃銅塊108的一端、所述第二石墨壓桿 111遠離所述第二黃銅塊109的一端分別從所述中空筒狀石墨模具112的兩端開口伸入至 其內(nèi)部；在所述中空筒狀石墨模具112中，處于所述第一石墨壓桿110和所述第二石墨壓桿 111之間的部分用于裝盛待熱壓燒結(jié)的粉體材料。
[0025] 本實用新型實施例提供的這種粉體材料熱壓燒結(jié)裝置，包括具有上橫梁101和下 橫梁102的液壓機103,且上橫梁101底部依次設(shè)置有第一絕緣隔熱板106、第一黃銅電極 104以及第一黃銅塊108 ;同樣，下橫梁102上依次設(shè)置有第二絕緣隔熱板107、第二黃銅電 極105以及第二黃銅塊109 ;且中空筒狀石墨模具112設(shè)置在第一黃銅塊108與第二黃銅 塊109之間，第一石墨壓桿110和第二石墨壓桿111的一端均伸入至中空筒狀石墨模具112 內(nèi)。
[0026] 在熱壓燒結(jié)的過程中，待燒結(jié)的粉體材料被裝盛在中空筒狀石墨模具112內(nèi)，且 處于第一石墨壓桿110和第二石墨壓桿111之間。具體的，當?shù)谝稽S銅電極104和第二黃 銅電極105接通電源之后，第一黃銅塊108、第二黃銅塊109、第一石墨壓桿110以及第二石 墨壓桿111均會有電流流過，進而使得模具內(nèi)的粉體材料也帶有電流；通過控制電源的電 流大?。ǔ２捎么箅娏鳎缃咏?000A)，使得電流流過石墨壓桿和粉體材料，依靠大電流流 過石墨壓桿和粉體材料時產(chǎn)生的焦耳熱，使粉體材料快速升溫（可達10-1000K/分鐘）。另 夕卜，由于液壓機103在工作的過程中，上橫梁101和下橫梁102之間會發(fā)生相向運動（具體 通過液壓機103上設(shè)置的驅(qū)動裝置實現(xiàn)），進而使得兩個石墨壓桿對中空筒狀石墨模具112 內(nèi)的粉體材料施加壓力；進而實現(xiàn)粉體材料的快速熱壓燒結(jié)。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型實施例提供的這種裝置，其使電流通過粉體材料使 產(chǎn)生大量的焦耳熱，進而實現(xiàn)對粉體材料的快速升溫；同時，通過兩個石墨壓桿的壓力，可 實現(xiàn)粉體材料的快速燒結(jié)；由于燒結(jié)速度快（使大電流流過兩個電極，其同時施加壓力）。 所以，粉體材料的晶粒長大得到控制；因此，可用于燒成小晶粒塊體材料（甚至是納米晶塊 體材料）。
[0028] 為了使得本實用新型實施例一的粉體材料熱壓燒結(jié)裝置得到更好的應(yīng)用，更加有 效應(yīng)用到各種熱壓燒結(jié)的操作中，本實用新型還在上述實施例一的基礎(chǔ)之上提供了實施例 二，實施例二對實施例一的粉體材料熱壓燒結(jié)裝置的進一步的增加和限定，現(xiàn)做詳細的闡 述和解釋，請參考圖1-圖2 :
[0029] 實施例二
[0030] 具體的，在熱壓燒結(jié)的過程中，當通過兩個電極的電流較大時，兩個電極以及兩個 黃銅塊會具有較高的溫度，然而在上下橫梁102相對運動的時候，如果兩個黃銅塊以及兩 個電極的溫度過高，其性能則會受到影響，為了解決這個問題，在本實施例中，優(yōu)選的，所述 第一黃銅塊108和所述第二黃銅塊109的內(nèi)部均設(shè)置有輸水通道，其側(cè)部均設(shè)置有與所述 輸水通道相通的入水口和出水口；具有上述結(jié)構(gòu)的兩個黃銅塊，其類似于一個循環(huán)水冷卻 裝置，冷水通過入水口進入其內(nèi)部，通過出水口排出，以實現(xiàn)冷卻效果。
[0031] 另外，在本實施例中，為了使得第一石墨壓桿110和第二石墨壓桿111在對粉體材 料施加壓力的過程中，施力均勻。優(yōu)選的，所述第一石墨壓桿110和所述第二石墨壓桿111 均為柱形桿；且所述第一石墨壓桿110和所述第二石墨壓桿111處于所述中空筒狀石墨模 具112內(nèi)的外側(cè)壁與所述中空筒狀石墨模具112的內(nèi)壁相貼。石墨壓桿具有優(yōu)良的導電性 能，且具有上述結(jié)構(gòu)的熱壓燒結(jié)裝置，中空筒狀石墨模具112與兩個石墨壓桿的設(shè)置結(jié)構(gòu) 緊湊有序，利于整個熱壓燒結(jié)的順利進行。
[0032] 此外，在本實施例中，優(yōu)選的，所述第一黃銅塊108和所述第二黃銅塊109平行設(shè) 置，且所述中空筒狀石墨模具112與所述第一黃銅塊108以及所述第二黃銅塊109垂直，這 樣，在上下橫梁102發(fā)生相對運動的時候，更便于兩個石墨壓桿對粉體中空筒狀石墨模具 112內(nèi)的粉體材料施加壓力。
[0033] 另外，為了及時測量粉體材料的溫度，在本實施例中，優(yōu)選的，所述中空筒狀石墨 模具112的外側(cè)壁上沿垂直于其軸線的方向設(shè)置有一個凹槽202 ;所述凹槽202的底部距 所述中空筒狀石墨模具112的內(nèi)壁1-3毫米，且所述凹槽202內(nèi)設(shè)置有用于測量被燒結(jié)的 粉體材料溫度的測溫元件。
[0034] 此外，在本實施例中，優(yōu)選的，電源為直流電源201，所述直流電源201與所述第一 黃銅電極104以及所述第二黃銅電極105連通，并且，在工作的過程中，為了實現(xiàn)粉體材料 的快速升溫，優(yōu)選的，所述直流電源201的電壓為0-36V，電流為0-5000A。而且，液壓機103 為帶有自動控制壓力模塊的四柱式液壓機，其可以將壓力調(diào)整至制定壓力并保壓，因此，使 用非常方便。
[0035] 另外，需要指出的是，在具體工作的過程中，優(yōu)選將整個裝置方式在真空室（通過 抽真空泵實現(xiàn)真空環(huán)境）中操作。
[0036] 針對上述實施例的粉體材料熱壓燒結(jié)裝置，具體提供以下兩種實驗例：
[0037] 實驗例1 :在內(nèi)徑為12. 7mm的中空筒狀磨具中加入2. 5g高能球磨得到的 Α1α(ι3Ζ%970粉末，將整個裝置放入真空室，開通冷卻循環(huán)水，調(diào)整液壓機壓力大小為75Mpa， 自動補壓，打開開關(guān)電源，將開關(guān)電源調(diào)至恒壓檔，電流按100A/0.5min均勻調(diào)節(jié)，溫度可 在5min后到達800攝氏度，然后調(diào)節(jié)電流大小在800攝氏度保溫2分鐘，待溫度冷至室溫 后卸去液壓機壓力，取出磨具，脫模取出燒結(jié)好的塊材，用密度天平測得致密度達到95%左 右，SEM顯示經(jīng)歷達到200nm。
[0038] 實施例2 :在內(nèi)徑為20mm的中空筒狀磨具中加入3g高能球磨得到的 粉末，將整個裝置放入真空室，開通冷卻循環(huán)水，調(diào)整液壓機壓力大小為75Mpa，自動補壓， 打開真空泵將真空室抽真空，打開開關(guān)電源，將開關(guān)電源調(diào)至恒壓檔，電流按100A/0. 5min 均勻調(diào)節(jié)，溫度可在3min后到達500攝氏度，然后調(diào)節(jié)電流大小在500攝氏度保溫2分鐘， 待溫度冷至室溫后卸去液壓機壓力，取出磨具，脫模取出燒結(jié)好的塊材，用密度天平測得致 密度達到95%左右，SEM顯示晶粒在 200nm左右。
[0039] 綜上，本實用新型實施例提供的這種粉體材料熱壓燒結(jié)裝置，采用大電流直流電 (可達3000A)，讓電流流過兩個石墨壓桿和粉體材料，依靠大電流流過壓桿和材料時產(chǎn)生 的焦耳熱，使粉體材料快速升溫（可達10-1000K/分鐘）；同時施加壓力，可實現(xiàn)粉體材料 的快速熱壓燒結(jié)。由于燒結(jié)速度快，材料晶粒長大得到控制，有助于獲得小晶粒甚至納米晶 塊體材料。石墨模具位于真空室中，通過抽真空或通惰性氣體可實現(xiàn)熱壓過程中材料的無 氧或低氧燒結(jié)功能。通過調(diào)節(jié)電流大小和壓力，可對燒結(jié)溫度、保溫時間、壓力等參數(shù)進行 控制，滿足不同材料熱壓燒結(jié)的需要。
[0040] 此外，本實用新型提供的這種裝置，其相對于傳統(tǒng)熱壓和放電等離子燒結(jié)結(jié)構(gòu)，如 放電等離子體熱壓燒結(jié)、感應(yīng)熱壓燒結(jié)或微波加熱燒結(jié)技術(shù)；其簡單，成本較低；且石墨模 具可根據(jù)塊材大小自行調(diào)整，性能可靠；燒結(jié)溫度可以通過電流大小調(diào)節(jié)，壓力和保溫時間 可實現(xiàn)自動控制。
[0041] 以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本 領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則 之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種粉體材料熱壓燒結(jié)裝置，其特征在于，包括：具有上橫梁和下橫梁的液壓機、中 空筒狀石墨模具； 所述上橫梁底部固定有第一黃銅電極，所述下橫梁上固定有第二黃銅電極；所述第一 黃銅電極與所述上橫梁之間固定設(shè)置有第一絕緣隔熱板，所述第二黃銅電極與所述下橫梁 之間固定設(shè)置有第二絕緣隔熱板； 所述第一黃銅電極遠離所述第一絕緣隔熱板的一側(cè)設(shè)置有第一黃銅塊；所述第二黃銅 電極遠離所述第二絕緣隔熱板的一側(cè)設(shè)置有第二黃銅塊；所述第一黃銅塊遠離所述第一黃 銅電極的一側(cè)設(shè)置有第一石墨壓桿，所述第二黃銅塊遠離所述第二黃銅電極的一側(cè)設(shè)置有 第二石墨壓桿； 所述中空筒狀石墨模具設(shè)置在所述第一黃銅塊和所述第二黃銅塊之間，且所述第一石 墨壓桿遠離所述第一黃銅塊的一端、所述第二石墨壓桿遠離所述第二黃銅塊的一端分別從 所述中空筒狀石墨模具的兩端開口伸入至其內(nèi)部；在所述中空筒狀石墨模具中，處于所述 第一石墨壓桿和所述第二石墨壓桿之間的部分用于裝盛待熱壓燒結(jié)的粉體材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉體材料熱壓燒結(jié)裝置，其特征在于， 所述第一黃銅塊和所述第二黃銅塊的內(nèi)部均設(shè)置有輸水通道，其側(cè)部均設(shè)置有與所述 輸水通道相通的入水口和出水口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的粉體材料熱壓燒結(jié)裝置，其特征在于，所述第一石墨壓桿和 所述第二石墨壓桿均為柱形桿； 且所述第一石墨壓桿和所述第二石墨壓桿處于所述中空筒狀石墨模具內(nèi)的外側(cè)壁與 所述中空筒狀石墨模具的內(nèi)壁相貼。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的粉體材料熱壓燒結(jié)裝置，其特征在于， 所述第一黃銅塊和所述第二黃銅塊平行設(shè)置，且所述中空筒狀石墨模具與所述第一黃 銅塊以及所述第二黃銅塊垂直。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的粉體材料熱壓燒結(jié)裝置，其特征在于， 所述中空筒狀石墨模具的外側(cè)壁上沿垂直于其軸線的方向設(shè)置有一個凹槽； 所述凹槽的底部距所述中空筒狀石墨模具的內(nèi)壁1-3毫米，且所述凹槽內(nèi)設(shè)置有用于 測量被燒結(jié)的粉體材料溫度的測溫元件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的粉體材料熱壓燒結(jié)裝置，其特征在于，還包括直流電源； 所述直流電源與所述第一黃銅電極以及所述第二黃銅電極連通。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的粉體材料熱壓燒結(jié)裝置，其特征在于，所述直流電源的電壓 為 0-36V，電流為 0-5000A。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的粉體材料熱壓燒結(jié)裝置，其特征在于， 所述液壓機為帶有自動控制壓力模塊的四柱式液壓機。
【文檔編號】C04B35/453GK203904224SQ201420290798
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】張勤勇, 楊建寧, 雷曉波, 閔中華 申請人:西華大學