[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

说明书

本发明涉及一种超高强度复合材料结构件的制备装置与工艺，属于超高强度复合材料在电场辅助下的扩散连接装置及工艺技术领域，包括轴和分别固定材料I和材料Ⅱ、且能开合的上模和下模，上模通过上垫板与上座固定连接，下模通过下垫板与底座固定连接；上、下垫板设有与脉冲电源相连的铜电极；所述轴的一端与下垫板连接、另一端与动力装置连接；上垫板、上模、下垫板和下模外套设有冷却水套。本发明根据扩散连接的原理和电塑性的特征，改善了其扩散连接工艺；该装置结构简单、绝缘性好，成形稳定精确，同时利用冷却水套使得温度平衡，降低温度波动对材料的影响，得到优等的超高强度复合材料，提高了产品的表面质量、力学性能以及使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种超高强度复合材料结构件的制备装置与工艺，属于超高强度复合材料在电场辅助下的扩散连接装置及工艺技术领域。

背景技术

一般的扩散连接是在一定的温度和压力下使待扩散表面相互接触，通过微观的塑性变形或通过两个面的紧密接触达到相互原子间的引力范围，形成金属件，达到扩散连接的作用。扩散连接一般分为三个阶段：物理接触阶段，接触表面的激活阶段，形成可靠接头的阶段。上述三个阶段是扩散连接过程的主要特征，其过程是相互交叉进行，最终在连接界面由于扩散、再结晶等形成固溶体及共晶体，从而形成可靠的连接。但是此过程应同时考虑界面生成物的性质，例如两种性能差别较大的金属，在加热的情况下长时间扩散时，界面极易生成脆性金属间化合物，从而影响连接件的质量。

扩散连接一般是在加热的情况下通过原子的相互扩散达到连接的目的，但加热时温度过高与温度不均匀等会造成连接件的质量较差的现象。因此如何保证相对较低温度的情况下，达到金属件的扩散连接的目的是如今研究的重点。

本发明提供了一种超高强度复合材料结构件的制备装置与工艺，根据扩散连接的原理以及电塑性的特征，改善了其扩散连接工艺；本发明装置结构简单、绝缘性好，成形稳定精确，同时利用冷却水套使得温度平衡，降低温度波动对材料的影响，得到优等的超高强度复合材料，从而提高产品的表面质量、力学性能以及使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高强度复合材料结构件的制备装置与工艺，以提高两种材料在不同情况下扩散连接的可能性，制备出超高强度的结构件，进而达到减少工程上螺栓的使用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超高强度复合材料结构件的制备装置，包括轴和分别固定材料I和材料Ⅱ、且能够开合的上模和下模，所述上模通过上垫板与上座固定连接，所述下模通过下垫板与底座固定连接；所述上垫板的下端中心设有放置铜电极的孔，所述铜电极与脉冲电源的正极相连；所述底座中部设有通孔且通孔的下部设有推力球轴承、上部设有下垫板，所述下垫板设置为T型且其垂直端部分设置于底座的通孔中，所述下垫板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负极相连的铜电极；所述轴的一端穿过推力球轴承通过键与下垫板的轴孔连接，且其另一端与动力装置连接；所述上垫板、上模、下垫板和下模外套设有冷却水套。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述下垫板上方设有下模并通过塑料螺钉固定连接，且二者之间设有绝缘纸，所述下模上端中心设有放置试验材料的型腔且其内部装有材料Ⅱ，所述材料Ⅱ的上表面与材料I的下表面紧密贴合，所述材料I设置于上模的型腔中。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述上模的一侧内部设有放置热电偶的通孔，所述热电偶连接有监测扩散连接工作时温度的温度传感器；所述上模的上方设有上垫板并通过塑料螺钉固定连接，且二者之间设有绝缘纸，所述上垫板的上方设有上座且通过螺钉固定连接。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述下垫板内的铜电极外围套有高强度陶瓷套筒且高强度陶瓷套筒与下垫板之间设有用于铜电极与下垫板绝缘的绝缘纸，所述高强度陶瓷套筒与材料Ⅱ之间设有能够通电和防止铜电极与材料Ⅱ扩散的石墨纸；所述下垫板内设有容纳电极导线的通道。