[发明专利]一种用于放电等离子烧结的校温模具

说明书

本发明公开了一种用于放电等离子烧结的校温模具，由外模、内模、下外压头、上外压头、下垫块、上垫块和上下内压头组成；其中外模为上下两端开口的中空腔体，内膜嵌入在外模内位于侧壁挡块上面。上内压头、上垫块和上外压头位于内膜的上面，且上垫块和上外压头中间有轴向通孔与上内压头上的中间凹槽相通；下内压头、下垫块和下外压头位于内膜的下面，且下垫块和下外压头中间有轴向通孔与下内压头上的中间凹槽相通，上下通孔用来作为红外测温的光路通道。外模壁上设有盲孔，用于安装热电偶实时监测温度。采用红外线测温来对热电偶的测温进行校准，保证烧结式样在烧结过程中处在同一烧结温度，提高实验精度，降低设备的运行风险。

技术领域

本发明涉及粉末冶金烧结设备技术领域，具体地说，涉及一种用于放电等离子烧结的校温模具。

背景技术

在材料科学研究领域中，纳米晶材料因其优异的性能在国内外引发了研究的热潮，然而由于制备技术有限，目前很难制备出大型纳米晶块体材料。相对的，通过高能球磨方法制备纳米晶粉末的技术已经比较成熟，因此采用粉末冶金方法将粉末制备成块状纳米晶材料已成为当前研究的热点。纳米晶材料对温度比较敏感，在一定的温度下会发生自发长大，从而变成超细晶甚至粗晶材料，丧失其优异的性能。因此，烧结过程中温度的精确控制对纳米晶材料而言显得极其重要。目前，主要通过热等静压(HIP)、超高压烧结(UPS)和放电等离子烧结(SPS)的方法来制备纳米晶块体材料。

放电等离子烧结方法是将金属粉末装入石墨材质制成的模具内，利用上模冲、下模冲及通电电极将脉冲电流和烧结压力施加于烧结粉末，经放电活化、热塑变形和冷却制取高性能材料的一种新型粉末冶金烧结技术。其主要特点为脉冲直流电直接通过石墨模具从而产生大量的焦耳热，并实现极快的升温速率，可达200K/min。其与常规烧结技术相比，能在相对较低的烧结温度下、较短的时间内实现接近理论值的密度；因此，这种烧结方法用来烧结纳米晶材料具有先天的优势。放电等离子烧结必须辅以专门配套的模具。传统的放电等离子设备一般同时具备红外线测温和热电偶测温两种方式。

发明专利CN203972863U中公开了一种放电等离子烧结模具，该模具包括压头、内模套、外模套、保温套；所述外模套与内模套为圆环体，且外模套无间隙套接在内模套的外壁。内模套由至少两个内模套组件无间隙连接而成，内模套组件相互独立,可以拆分和替换；内模套的内壁包围的空间形成内模腔；压头分为上压头和下压头，分别从内模套的两端压入所述内模腔；上压头和下压头与所述内膜腔之间所形成的空腔为烧结区；保温套包裹在所述外模套的外侧，所述保温套与外模套在同一位置开设有热电偶的测温孔。虽然该模具的保温套材料是由硅酸铝陶瓷纤维制成，具有一定的保温作用，但由于其壁厚大于相对于传统的烧结模具的厚度，热电偶测温时会存在一定误差，造成烧结过程中控温不准，严重影响材料的精密制备。

在专利CN202571280U中公开了一种放电等离子烧结模具，该模具包括内外依次套接的压头、模具套和外模套,模具套的内壁包围的空间形成模具腔。该模具既没有留有热电偶测温位置，也没有留有红线测温的孔，在具体实验的过程中，只能根据测定模具表面的温度来估计式样的温度；其式样距离模具表面的距离远远大于一般的放电等离子烧结模具。所以其测温存在相当大的误差，严重影响了式样的制备，并且当烧结低熔点的金属时，也会造成样品的熔化，进而损坏放电等离子烧结设备，造成不必要的损失，增加实验成本。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，克服烧结过程中温度控制不准的问题,本发明提出一种用于放电等离子烧结的校温模具；该模具由高纯石墨材料加工成形的零件和高强碳化钨合金加工成形的零件组合而成，模具设有红外测温的光路通道和热电偶测温的测温孔。采用红外线测温来校准热电偶测温，保证烧结式样在烧结过程中处在同一烧结温度，保证式样的顺利制备，提高实验精度，降低设备的运行风险。