[发明专利]一种超高强度复合材料结构件的制备装置与工艺

权利要求书

1.一种超高强度复合材料结构件的制备装置，其特征在于：包括轴（18）和分别固定材料I（15）和材料Ⅱ（16）、且能够开合的上模（6）和下模（5），所述上模（6）通过上垫板（7）与上座（8）固定连接，所述下模（5）通过下垫板（3）与底座（1）固定连接；所述上垫板（7）的下端中心设有放置铜电极（13）的孔，所述铜电极（13）与脉冲电源（23）的正极相连；所述底座（1）中部设有通孔且通孔的下部设有推力球轴承（19）、上部设有下垫板（3），所述下垫板（3）设置为T型且其垂直端部分设置于底座（1）的通孔中，所述下垫板（3）的垂直端中部设有轴孔、水平端中心设有铜电极孔，且铜电极孔内设有与脉冲电源（23）负极相连的铜电极（13）；所述轴（18）的一端穿过推力球轴承（19）通过键（17）与下垫板（3）的轴孔连接，且其另一端与动力装置连接；所述上垫板（7）、上模（6）、下垫板（3）和下模（5）外套设有冷却水套（2）；所述下垫板（3）上方设有下模（5）并通过塑料螺钉（4）固定连接，且二者之间设有绝缘纸（10），所述下模（5）上端中心设有放置试验材料的型腔且其内部装有材料Ⅱ（16），所述材料Ⅱ（16）的上表面与材料I（15）的下表面紧密贴合，所述材料I（15）设置于上模（6）的型腔中；所述上模（6）的一侧内部设有放置热电偶（14）的通孔，所述热电偶（14）连接有监测扩散连接工作时温度的温度传感器（22）；所述上模（6）的上方设有上垫板（7）并通过塑料螺钉（4）固定连接，且二者之间设有绝缘纸（10），所述上垫板（7）的上方设有上座（8）且通过螺钉固定连接；所述下垫板（3）内的铜电极（13）外围套有高强度陶瓷套筒（11）且高强度陶瓷套筒（11）与下垫板（3）之间设有用于铜电极（13）与下垫板（3）绝缘的绝缘纸（10），所述高强度陶瓷套筒（11）与材料Ⅱ（16）之间设有能够通电和防止铜电极（13）与材料Ⅱ（16）扩散的石墨纸（12）；所述下垫板（3）内设有容纳电极导线的通道。

2.根据权利要求1所述的一种超高强度复合材料结构件的制备装置，其特征在于：所述上垫板（7）内的铜电极（13）外围套有高强度陶瓷套筒（11）且高强度陶瓷套筒（11）与上垫板（7）之间设有绝缘纸（10），所述绝缘纸（10）上设置有连接压力传感器（21）的应变片（9），所述高强度陶瓷套筒（11）与材料I（15）之间设有石墨纸（12），所述上垫板（7）内设有容纳电极导线的通道。

3.根据权利要求1所述的一种超高强度复合材料结构件的制备装置，其特征在于：所述上模（6）和下模（5）的型腔根据实际生产的需要进行设置。

4.根据权利要求1所述的一种超高强度复合材料结构件的制备装置，其特征在于：所述动力装置包括锥齿轮（20），所述锥齿轮（20）通过减速器（24）与电机（25）连接。

5.一种超高强度复合材料结构件的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：

A、将扩散连接的材料I（15）、材料Ⅱ（16）表面进行精密加工；

B、超高强度复合材料结构件的制备装置起始处于开模状态，将上座（8）、上垫板（7）和上模（6）装在压力机活动横梁的上模面上，同时将下模（5）、下垫板（3）和底座（1）装在压力机的工作台面上；

C、将材料I（15）、材料Ⅱ（16）与上模（6）、下模（5）接触的部分填涂绝缘染料，并将材料I（15）、材料Ⅱ（16）分别放置在上模（6）、下模（5）中；套上冷却水套（2），然后将水管分别与冷却水套（2）的进水管和出水管相连；待温度稳定为20℃，启动压力机进行合模，同时监测压力值，待加压至指定压力时，打开电机，控制下垫板（3）先顺时针旋转90°后再逆时针转回原位，打开脉冲电源，电流由材料I（15）流至材料Ⅱ（16），进行二者材料的扩散连接，制备出超高强度复合材料结构件；所述扩散连接压力为1-100Gpa，峰值电流密度为20-25A/mm²，频率700-800Hz。

6.根据权利要求5所述的一种超高强度复合材料结构件的制备工艺，其特征在于：所述材料I（15）和材料Ⅱ（16）加工后其表面轮廓的算数平均偏差为（0.8~1.6）×10^-4cm。