[发明专利]用于制备梯度多孔复合材料的组合式放电等离子烧结模具

说明书

本发明公开复合材料制备领域中的用于制备梯度多孔复合材料的组合式放电等离子烧结模具，石墨圆筒结构的上、下模具外套固定套在模具内芯外部，模具内内壁上贴有氧化铝内套，氧化铝内套内壁上贴有石墨纸套，石墨纸套的上、下端开口处各密封连接石墨薄片，上石墨薄片的上表面、下石墨薄片的下表面叠压有氧化铝薄片，石墨薄片和石墨纸套围成的圆柱形空腔中盛满粉末原料，氧化铝内套轴向上下方各贴合有石墨环，上氧化铝薄片的上表面、下氧化铝薄片的下表面的轴向上叠压石墨材质的上、下压头，上、下压头之间连接放电等离子烧结系统，采用氧化铝薄片和内套将粉末原料与模具内芯及压头隔离，使电流不通过粉末原料，在模具外套上下产生温度梯度。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体是用于制备梯度多孔复合材料的放电等离子烧结模具。

背景技术

梯度功能材料是两种或多种材料复合而成，并能按照功能要求使组分和结构呈连续梯度变化的一种新型复合材料。通过控制构成材料的成分，可以实现一侧向另一侧呈连续梯度变化的非均匀分布，具有组分结构及物性参数连续变化性、同一种材料两侧不同性能和功能完美结合性、苛刻条件下性能匹配性等特性，从而使其在核能、电子、化学、光学、电磁学、生物医学以及日常生活等领域都具有潜在的应用前景。

梯度多孔材料是梯度功能材料的重要组成部分，它是具有孔径尺寸或孔隙率呈梯度变化特征的一种新型功能材料。其结构特征决定了其可以大大提高材料的强度与生物相容性，其在生物、医疗、能源、催化和过滤等行业都有广泛的应用。

目前，制备梯度多孔材料的方法主要为粉末烧结、放电等离子烧结方法，其中的放电等离子烧结技术由于其可以实现快速的加热和冷却，并且能在很短的保温时间内使材料致密化的特点，成为了一种新型先进的快速烧结技术，其大量用于金属和陶瓷复合材料、热电材料、磁性材料、功能梯度材料和纳米功能材料等的制备过程中。但由于放电等离子烧结技术所使用的是传统的石墨模具，传统的石墨模具的阴极为一中间通孔的圆柱体，在烧结过程中，模具壁厚上下一致，所通过的电流密度相同，发热相同，致使最终制得的材料孔隙率无法呈现梯度变化。

中国专利公开号为CN109332710A的文献中提供了一种医用连续梯度多孔纯钛的制备方法，该方法将Ti粉与造孔剂NH₄HCO₃按不同配比进行称量，然后在氩气保护下用行星式球磨机混合均匀，将不同配比的混合粉放入内外层分层设计的模具中，再利用放电等离子烧结系统进行真空烧结，得到一种医用多孔纯钛。此类方法在每次烧结时都需要添加造孔剂，并需要分批添加粉末原料，操作繁琐，严重影响了效率，难以实现工业化生产。因此目前急需一种高效快捷的梯度多孔材料制备技术，满足本领域对梯度多孔材料数量和质量的需求。

发明内容

本发明的目的是为解决目前传统梯度多孔复合材料制备过程复杂、效率低的问题，提出一种螺纹连接型的组合式放电等离子烧结模具，通过调整不同烧结区的模具厚度，调控不同烧结区的烧结温度，从而获得梯度多孔材料，无需添加造孔剂，更无需分批添加粉末原料，大大提升了烧结效率。