功能梯度超薄VC散熱石墨模具
功能梯度超薄VC散熱石墨模具是一種組成和性能在超薄VC散熱石墨模具某一方向連續或準連續變化的非均質復合超薄VC散熱石墨模具。放電等離子燒結技術(Spark Plasma Sintering, SPS)是一種利用電流焦耳效應產生的溫度場來實現超薄VC散熱石墨模具燒結的新型快速燒結技術。目前使用放電等離子技術燒結制備功能梯度超薄VC散熱石墨模具時所使用的模具,包括中空圓柱形的凹模和兩個圓柱形的凸模。使用該傳統模具制備功能梯度超薄VC散熱石墨模具時,模具內溫度場軸向分布均勻。然而由于試樣軸向成分組成為梯度變化,均一的軸向溫度場并不適于試樣的燒結,不能使梯度超薄VC散熱石墨模具各層在最佳燒結溫度下燒結。
實用新型內容本實用新型提供一種用于梯度超薄VC散熱石墨模具燒結的石墨模具,使用該石墨模具可以在模具內部產生穩定的軸向溫度梯度,適用于梯度超薄VC散熱石墨模具的燒結制備。一種用于梯度超薄VC散熱石墨模具燒結的石墨模具,包括凹模、內襯、凸模上壓頭、凸模下壓頭、熱電偶和待燒結粉體,其中凹模的外形為三段式整體結構,由上至下依次為圓柱形、圓錐臺形和圓柱形,分別稱為上圓柱、圓錐臺和下圓柱,上圓柱的直徑小于圓錐臺的小端,圓錐臺的大端直徑與下圓柱相同,在圓錐臺的外壁上開有徑向的測溫孔,測溫孔位于圓錐臺軸向尺寸的中點位置,凹模的內部為錐形通孔,錐形通孔小端位于上圓柱,大端位于下圓柱;
內襯為與凹模錐形通孔相配合的錐形結構,內襯內放置待燒結粉體,凸模上壓頭和凸模下壓頭均為圓柱形,凸模上壓頭和凹模上圓柱的高度一致,采用該種設計可以保證待燒結粉體處于軸向的溫度梯度場內;凹模上圓柱的高度為20 30mm,壁厚為8 12mm,采用該種設計可以減小待燒結粉體內部的徑向溫度梯度,從而保證各層粉體在均一的溫度場下燒結; 凹模上圓柱和圓錐臺連接處為臺階面,臺階面的寬度為8 12mm,臺階面的結構保證試樣能在較高的軸向壓力下燒結而不損壞石墨模具;
圓錐臺母線與水平面夾角的范圍為30° 到60°,通過調節圓錐臺母線與水平面夾角的大小實現模具內軸向溫度梯度大小的調節; 內襯壁厚為2 3mm,外壁的錐度與凹模內的錐形通孔一致。工作過程及原理燒結前,先將凹模上下顛倒,將內襯裝入凹模的錐形通孔中,然后將凸模上壓頭裝入內襯的上端,在內襯腔體內依次裝入燒結梯度超薄VC散熱石墨模具所需的待燒結粉體;然后將下壓頭裝入內襯的下端,再顛倒模具,使上壓頭豎直在上;
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