[发明专利]多腔体无压烧结石墨模具

说明书

本发明公开了一种多腔体无压烧结的石墨模具，包括石墨套筒、上下石墨冲头以及预压压头，所述石墨套筒为多腔体的空心圆柱体，在石墨套筒的外壁上开有一个径向的测温孔，所述上下石墨冲头为由圆柱体法兰盘与圆锥台形凸起杆连接成的一个整体，所述预压压头为由圆柱体法兰盘与圆柱体凸起杆连接成的一个整体。本发明可一次性烧结大批量样品，提高生产效率，节约能源，满足高通量材料制备的要求。本发明还可以实现一次获得的大批量样品实现完全差异化，一次性得到不同温度下的样品，方便进行各项表征和物理性能测试。

技术领域

本发明涉及无压烧结设备领域，具体涉及放电等离子体无压烧结的石墨模具。

背景技术

放电等离子烧结技术(Spark Plasma Sintering，SPS)是一种利用通-断直流脉冲电流直接通电烧结的新型快速烧结法，具有加热均匀、升温快、烧结时间短、温度低、生产效率高、产品组织细小均匀等优势，其能保持原材料的自然状态，可以得到高致密度的材料，可以烧结梯度材料以及复杂工件。

高通量合成是材料科学的最前沿课题，其核心为发展高通量高效率的材料合成方法、工艺技术及设备，探索高通量合成是材料科学领域的一大挑战和机遇。

目前使用放电等离子技术进行烧结多为有压烧结。而现有的无压烧结所使用的模具，包括空心圆柱形的套筒1和两个石墨冲头2(上石墨重头21和下石墨冲头22)，侧壁设置有测温孔4、8为待烧结物料。如图1所示。使用现有的烧结模具无法实现一次性大批量样品的合成与烧结，产率低，浪费能源，也无法一次性获得多种烧结样品，实现高通量无压烧结显得尤为重要。

发明内容

本发明提供了一种多腔体无压烧结的石墨模具，既能满足高通量材料制备的要求，还提出了一种烧结材料表征和性能测试的新思路。

为实现上述技术目的，本发明提供了一种多腔体无压烧结的石墨模具，，包括石墨套筒、上石墨冲头、下石墨冲头和预压压头，在石墨套筒的外壁上开有径向的测温孔；所述上石墨冲头和下石墨冲头结构相同，所述上石墨冲头和下石墨冲头相对设置并分别设置于所述石墨套筒的上下两端，使圆柱体凸起杆位于石墨套筒的腔体内部将物料层封装在腔体之间；所述预压压头为由圆柱体法兰盘与设置于圆柱体法兰盘上的圆柱体凸起杆连接成的一个整体，圆柱体凸起杆的高度与套筒高度相同，其中：

所述石墨套筒为多腔体的空心圆柱体；

所述上石墨冲头和下石墨冲头均为由圆柱形法兰盘和设置于圆柱形法兰盘上的若干圆锥台形凸起杆组成，每个圆锥台形凸起杆与法兰盘连接侧的截面直径小于远离法兰盘侧的直径；所述圆锥台形凸起杆在圆柱形法兰盘的表面呈中心对称设置或者无规律设置，在圆柱形法兰盘的表面开设有凹槽，所述凹槽沿圆柱形法兰盘的直径方向并在圆锥台形凸起杆处断开，对于圆锥台形凸起杆呈中心对称的圆柱形法兰盘表面开设两条以上的凹槽，对于凸起杆无规律设置的圆柱形法兰盘表面开设一条以上的凹槽；

所述上石墨冲头和下石墨冲头的圆锥台形凸起杆的数量和位置、预压压头的圆柱体凸起杆的数量和位置与石墨套筒内设置腔体的数量及位置相对应。

优选地，对于腔体呈中心对称的石墨套筒，所述测温孔位于石墨套筒外壁的轴向的中点位置，并与其中一腔体以及套筒中心位于同一直线；对于腔体呈无规律设置的石墨套筒，所述测温孔位于石墨套筒外壁的轴向的中点位置，与离套筒外围最近的腔体以及套筒中心位于同一直线。

石墨套筒内部的腔体可以任意设置，其中优选地，当所述石墨套筒内部设置的腔体为偶数个时，各个腔体关于石墨套筒的中心轴呈中心对称；当石墨套筒内部设置的腔体为奇数个时，其中一个腔体位于石墨套筒的中心，其余的腔体关于石墨套筒的中心轴呈中心对称。

优选地，所述上石墨冲头和下石墨冲头的圆锥台形凸起杆的最大直径小于等于石墨套筒的腔体内径。

所述上石墨冲头和下石墨冲头的圆柱形法兰盘的直径与套筒的外径相同。