一种凝胶注模成型制备大尺寸管状生坯用的模具的制作方法

本发明涉及精细陶瓷成型技术领域，尤其涉及一种凝胶注模成型制备大尺寸管状生坯用的模具。

背景技术：

二十世纪九十年代，美国橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory)的M. A. Jenny和Omatete教授发明了一种全新的陶瓷材料湿法成型技术——凝胶注模成型技术(Gelcasting)，它是传统的注浆工艺与有机化学高聚合理论的完美结合，通过引入一种新的定型机制，发展了传统的注浆成型工艺。其基本原理是在高固相含量(体积分数不小于50%)、低粘度(在1 Pa•s左右)的陶瓷浆料中，掺入低浓度的有机单体和交联剂，当加入引发剂和催化剂并浇铸后，浆料中的有机单体在一定的条件下发生原位聚合反应，形成坚固的三维网状结构，从而使悬浮体原位固化成型，得到均匀、高强度、近净尺寸的陶瓷坯体。然后进行脱模、干燥、去除有机物、烧结，即可制得所需的陶瓷零件。

凝胶注模成型的模具选择比较宽泛，理论上密封良好的结构都可以用于模具设计，使用的材料包括金属，聚丙烯，特氟龙等材质，一般来说，由于料浆呈弱酸或弱碱性，不建议使用金属模具，且重量较大，不易于连续生产；而高分子材质存在热导率小，传热不均匀的情况。

凝胶注模成型工艺的缺点在于凝胶后生坯强度较低，若制备复杂形状（例如管状）生坯则容易出现上下底水分蒸发的速率不同，造成上下底的强度梯度，最终导致生坯开裂的情况，特别是制备大尺寸（高度＞200mm）管状生坯时该现象更为明显。

中国发明专利申请公开号CN1824486A提高了一种水基凝胶注模成型用模具，该模具采用模腔模芯配合防粘涂层的设计，但该模具重量较大，操作不方便，不宜生产大尺寸生坯，且存在容易因防粘涂层涂抹过多造成料坯表面气孔缺陷、或涂抹过少使得模具带入杂质和寿命较短等问题。

制备大尺寸管状生坯的难点还在于模具芯的设计，在制备大尺寸管状生坯时，为了能够使得生坯的强度更高，可以选择将脱模的时间点尽量后延，以使得生坯中水分充分挥发。但是随着水分的挥发管状生坯对模芯的收缩挤压效应会愈加明显，从而造成脱模不方便，如不能很好的控制脱芯过程，则容易造成生坯的开裂。这点极大的区别于小尺寸陶瓷电子器件在生坯制造中的脱模处理。

综上所述，目前的凝胶注模成型用模具，存在以下问题：

1、模具成本较高，且寿命偏短；

2、生坯不方便抽芯；

3、生坯干燥不均匀，易开裂；

4、生坯脱模不方便，易变形；

5、金属模具制造复杂，重量较大，不便于操作。

技术实现要素：

本发明针对凝胶注模成型制备大尺寸管状生坯时脱模操作不方便、易出现生坯干燥不均匀、开裂严重等问题，提供了一种凝胶注模成型制备管状生坯用的模具，模具拆卸方便，脱模阻力小，且生坯干燥时不易出现变形开裂。

本发明所指大尺寸管状生坯是指该管状生坯高度在200mm以上。在使用凝胶注模工艺时，向模具中灌入的浆料的重量大于20Kg。

为解决上述技术问题，本发明提供一种凝胶注模成型制备大尺寸管状生坯用的模具，所述模具包括底盘、外模和内芯，所述外模可拆卸地安装于所述底盘上；所述外模具有圆柱形内腔，所述内芯位于所述外模的内腔中、且与所述外模同轴地安装于所述底盘上；所述外模的内壁、所述内芯的外壁以及与所述底盘之间形成的空间作为注入浆料的模腔。

进一步地，所述底盘中心与所述内芯相对位置处设有可将所述内芯顶出管状生坯的顶出机构。

进一步地，所述顶出机构包括位于所述底盘中心的导向孔，以及可穿过所述导向孔的顶出撞锤。

进一步地，所述顶出撞锤表面具有外螺纹；所述导向孔具有与所述顶出撞锤表面的外螺纹相配合的内螺纹。

进一步地，所述外模和所述内芯采用聚氨酯材质制成。

进一步地，所述内芯为中空结构。

进一步地，所述外模外侧设置有手柄。

进一步地，所述内芯上部设置有提手。

进一步地，所述外模与所述底盘通过紧固螺栓相连接，所述外模与所述底盘之间还包括密封圈。

进一步地，所述内芯与所述底盘通过紧固螺栓相连接，所述内芯与所述底盘之间还包括密封圈。

本发明提供的制备大尺寸管状生坯用模具，应用于水基凝胶注模成型工艺，具有如下主要特点： 1、外模、内芯与模具底盘可拆卸式密封连接，拆卸方便，脱模阻力小，可方便制备大尺寸管状生坯，且生坯干燥均匀，不易开裂；2、模具包含顶出机构，便于抽芯操作，避免出现生坯收缩挤裂；3、生坯初始干燥时强度较小，可在不向生坯施加外力的前提下将外模整体卸下，避免了可能出现的生坯变形；4、外模和内芯的材质为聚氨酯，便于加工且可保证加工精度，聚氨酯不与水基料浆反应，且润湿性较差，脱模方便，模具寿命长。

附图说明

图1是本发明实施例一的凝胶注模成型制备大尺寸管状生坯用的模具的结构示意图。

图2是本发明实施例二的凝胶注模成型制备大尺寸管状生坯用的模具的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施方式做进一步阐述。

实施例一

如图1所示，本发明第一实施例的凝胶注模成型制备大尺寸管状生坯用的模具主要包括底盘3-1，外模2-1，内芯1-1三部分。

本实施例中，外模2-1放置在底盘3-1上，外模2-1底部外侧设有凸边，该凸边沿圆周设有多个安装孔，通过紧固螺栓3-2固定在底盘3-1上，且接触面上有外模密封圈3-4，保证不漏液。内芯1-1固定在底盘3-1中心，接触面上有内芯密封圈3-5，内芯1-1与底盘3-1通过紧固螺栓3-3固定，保证不漏液。

其中，外模2-1具有圆柱形内腔，内芯1-1位于外模2-1的内腔中、且与外模2-1同轴地安装于底盘3-1上。外模2-1的内壁、内芯1-1的外壁以及模具底盘3-1与其未重合部分所形成的空间作为模腔，将水基料浆注入模腔内，形成陶瓷管状生坯。

本实施例中，外模和内芯采用紧固螺栓固定在底盘上的设计，可方便制备大尺寸（高度＞200mm）管状生坯，且生坯干燥均匀，不易开裂。

需要说明的是，除上述的通过紧固螺栓的连接方式以外，外模2-1和内芯1-1也可以通过插接、套接等方式与底盘3-1进行连接。

此外，外模2-1和内芯1-1均采用聚氨酯材质，能够兼顾强度与导热性，且重量很轻，便于脱模操作。

此外，还可在外模2-1外侧设计手柄，便于模具搬运。

实施例二

如图2所示，本发明另一实施例的凝胶注模成型制备大尺寸管状生坯用的模具包括底盘3-1，外模2-1，内芯1-1，还包括底盘上的顶出机构。结合图2所示，该顶出机构包括底盘3-1中心的导向孔，以及顶出撞锤4-1，该导向孔位于底盘3-1上与内芯1-1相对应位置，顶出撞锤4-1可穿过导向孔，用于内芯1-1的顶出。

此外，顶出撞锤4-1表面还可设有外螺纹，可旋转安装于底盘3-1上，底盘3-1中心的导向孔设有与顶出撞锤表面的外螺纹相配合的内螺纹，当生坯干燥一定时间后，通过旋动顶出撞锤4-1，可以方便地将内芯1-1顶出管状生坯，完成脱芯操作。进一步地，还可以将内芯1-1的下端设置成内凹结构，以便更好地将内芯1-1顶出管状生坯。

与前述实施例基本相同，外模2-1具有圆柱形内腔，内芯1-1位于外模2-1的内腔中、且与外模2-1同轴地安装于底盘3-1上。外模2-1的内壁、内芯1-1的外壁以及模具底盘3-1与其未重合部分所形成的空间作为模腔，将水基料浆注入模腔内，形成陶瓷管状生坯。外模2-1和内芯1-1可以通过紧固螺栓3-2、紧固螺栓3-3固定在底盘3-1上，且接触面上分别有外模密封圈、内芯密封圈，保证不漏液。或者，也可以采用插接、套接等其他连接方式。

此外，内芯1-1可以设计为中空结构，进一步降低重量。且上端还可设有提手，便于抽芯等操作。

采用本发明提出的以上技术方案，具有如下有益效果：

1、模具外模、内芯与通过螺栓密封等方式与底盘可拆卸式连接，拆卸方便，脱模阻力小；

2、生坯初始干燥时强度较小，可在不向生坯施加外力的前提下将外模整体卸下，避免了可能出现的生坯变形；

3、模具材质为聚氨酯，便于加工且可保证加工精度，聚氨酯不与水基料浆反应，且润湿性较差，脱模方便，模具寿命长；

4、通过顶出机构的设计，便于生坯脱芯，避免造成生坯收缩挤裂；

5、在生坯干燥完毕后可方便地将生坯直接从底盘上取下，进入下一流程，模具重复利用率高；

6、通过内芯中空式设计，设置外模手柄、以及内芯提手等设计，在制备大尺寸生坯时，模具重量轻、便于操作的优点更为明显。

以上实施例仅用于对本发明进行具体说明，其并不对本发明的保护范围起到任何限定作用，本发明的保护范围由权利要求确定。根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。