真空热压-内氧化烧结法制作TiC/Cu-Al2O3复合材料的装置和方法与流程

本发明属于金属陶瓷领域技术领域，具体涉及真空热压-内氧化烧结法制作tic/cu-al2o3复合材料的装置和方法。

背景技术：

粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，均属于粉末烧结技术，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备，由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用，然而在实际生产过程中存在制造困难、制造装置结构单一，制造方法无法保证复合材料硬度和导电率协调的问题，如在《tic含量对tic/cu-al2o3复合材料热变形行为的影响》一文研究了tic含量对复合材料的影响，该研究制备的复合材料能满足复合材料硬度，但无法解决复合材料的导电率显著降低的问题。

技术实现要素：

本发明提供的真空热压-内氧化烧结法制作tic/cu-al2o3复合材料的装置和方法，解决了实际生产过程中存在的制造困难、制造装置结构单一，制备方法无法保证复合材料硬度和导电率协调的问题，满足了复合材料硬度的同时，复合材料的导电率也不会显著降低，提高了复合材料的产品质量。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

真空热压-内氧化烧结法制作tic/cu-al2o3复合材料的装置，所述装置包括承载箱、抽真空机构、模具升降机构、分离式烧结炉、承载架和烧结炉升降机构，所述承载箱位于该装置下部，承载箱外部设置有抽真空机构承载箱内设置有模具升降机构，模具升降机构包括模具液压缸和模具升降柱，模具液压缸固定于承载箱内部，模具升降柱一端连接模具液压缸、另一端穿过承载箱顶面连接模具固定件，模具固定件内部设置有冷却流道，模具固定件位于分离式烧结炉内部，所述分离式烧结炉由固定壳体、活动壳体和密封圈组成，固定壳体固定于承载箱上部、为上端开口的中空圆柱筒体，其底面设置有模具升降柱通孔，固定壳体内部设置有中频线圈，活动壳体位于固定壳体上部，活动壳体由活动壳体主体和连接杆组成，活动壳体主体是纵剖面呈“n”字型的筒体，其顶面设置有上压头升降柱通孔，活动壳体主体内部设置有中频线圈，密封圈设置于固定壳体和活动壳体的连接处，活动壳体主体侧面上设置有连接杆，连接杆由连接杆杆体和活动环组成，连接杆杆体一端固定连接活动壳体主体，另一端连接活动环，活动环套设于承载架上，所述承载架固定于承载箱上部，承载架上部固定有烧结炉升降机构，所述烧结炉升降机构包括烧结炉液压缸、上压头液压缸和上压头升降柱，烧结炉液压缸固定于承载板上，烧结炉液压缸四周均匀设置有烧结炉升降柱，烧结炉升降柱下端连接活动壳体上部，上压头液压缸位于烧结炉液压缸下侧，上压头升降柱上部连接上压头液压缸，下部穿过上压头升降柱通孔连接上压头，上压头位于活动壳体内部。进一步地，所述承载箱为中空长方体，其底面固定于地面上、顶面设置有与模具升降柱通孔对应的圆形通孔，侧面设置有抽气管道孔。

进一步地，所述抽真空机构位于承载箱右侧，包括抽气管道、抽真空机和排气管道，抽气管道位于承载箱内部、一端连接固定壳体内部、另一端通过承载箱右侧抽气管道孔连接抽真空机，抽真空机位于承载箱外部，排气管道连接抽真空机。

进一步地，所述活动壳体上设置有温度显示表。

进一步地，所述连接杆在同一水平面沿圆周均匀设置有四个。

进一步地，所述承载架由支撑柱和承载板组成，支撑柱是与连接杆对应设置的竖直圆柱体，支撑柱顶部固定有承载板，承载板是中部设置有固定通孔的长方形板体，固定通孔是方形通孔，固定通孔两侧设置有烧结炉升降柱通孔。

进一步地，所述上压头升降柱通孔和模具升降柱通孔处设置耐高温密封套环，耐高温密封套环是石墨盘根材料制成的。

进一步地，所述的真空热压-内氧化烧结法制作tic/cu-al2o3复合材料的方法，包括以下步骤：

1、定量：

将预先准备好的tic粉末、cu-0.28al粉末、cu2o粉末，按照质量百分比，tic粉末:cu-0.28al粉末:cu2o粉末=6:43:1，进行定量；

2、球磨混合：

将称量好的tic粉末、cu-0.28al粉末、cu2o粉末通过球磨机进行混合研磨，研磨时间6h，转速60r/min；

3、装料：

将模具固定在模具固定件上，将研磨好的物料装入模具中；

4、真空热压烧结：

通过抽真空机构对烧结炉进行抽真空，真空度为1.5*10^-²pa，然后通过中频线圈进行升温、加压，先升温到750℃，进行保温、加压，而后升温到950℃，进行保温、加压；

5、冷却：

烧结后的材料经模具固定件内的冷却流道冷却；

6、取料：

待冷却后，取出模具内复合材料。

通过上述技术方案，本发明的有益效果为：

1、烧结炉升降机构能够带动烧结炉的活动壳体向下运动，活动壳体与固定壳体接触后，在密封圈的作用下，烧结炉内形成密闭空间，上压头升降柱带动上压头向下运动，冲压模具内的物料，与活动壳体连接的连接杆能够使得活动壳体在运动过程中能够保持相对稳定，模具升降机构带动模具固定件向上运动，模具内的物料可同时受到来自上压头向下的压力和模具固定件向上的压力，能够保证模具内的物料收到的压力相同。

2、tic粉末、cu-0.28al粉末和cu2o粉末的加入，经过研磨投料，在真空热压烧结炉内，发生氧化还原反应，生成tic/cu-al2o3复合材料，能够保证复合材料致密性，该种方法制备的tic/cu-al2o3复合材料弥散分布均匀，致密化较好，而且由于界面没有受到污染，增强颗粒与基体结合良好。

3、tic/cu-al2o3复合材料硬度随着tic含量的增加而上升，导电率随着tic含量的增加而下降，采用tic粉末:cu-0.28al粉末:cu2o粉末=6:43:1的定量配比，tic/cu-al2o3的硬度162hv，导电率46.7%iacs，满足了复合材料硬度的同时，复合材料的导电率也不会显著降低。

附图说明

图1是本发明真空热压-内氧化烧结法制作tic/cu-al2o3复合材料的装置结构示意图；

图2是本发明真空热压-内氧化烧结法制作tic/cu-al2o3复合材料的装置的剖视图；

图3是本发明真空热压-内氧化烧结法制作tic/cu-al2o3复合材料的装置承载架的结构示意图；

图4是本发明真空热压-内氧化烧结法制作tic/cu-al2o3复合材料的装置活动壳体的俯视图；

图5是本发明真空热压-内氧化烧结法制作tic/cu-al2o3复合材料的装置承载箱的结构示意图；

图6是本发明真空热压-内氧化烧结法制作tic/cu-al2o3复合材料的装置固定壳体的俯视图。

附图中标号为：1为承载箱，2为支撑柱，3为活动环，4为连接杆杆体，5为承载板，6为烧结炉液压缸，7为上压头升降柱，8为烧结炉升降柱，9为活动壳体，10为活动壳体主体，11为抽真空机构主体，12为排气管道，13为固定壳体，14为密封圈，15为耐高温密封套环，16为上压头，17为温度显示表，18为模具固定件，19为中频线圈，20为冷却流道，21为抽气管道，22为模具升降柱，23为模具液压缸，24为固定通孔，25为上压头升降柱通孔，26为圆形通孔，27为抽气管道孔，28模具升降柱通孔，29为上压头液压缸，30为烧结炉升降柱通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

如图1～图6所示，真空热压-内氧化烧结法制作tic/cu-al2o3复合材料的装置，所述装置包括承载箱1、抽真空机构、模具升降机构、分离式烧结炉、承载架和烧结炉升降机构，所述承载箱1位于该装置下部，承载箱1外部设置有抽真空机构承载箱1内设置有模具升降机构；模具升降机构包括模具液压缸23和模具升降柱22，模具液压缸23固定于承载箱1内部，模具升降柱22一端连接模具液压缸23、另一端穿过承载箱1顶面连接模具固定件18，模具固定件18内部设置有冷却流道20，模具固定件18位于分离式烧结炉内部，所述分离式烧结炉由固定壳体13、活动壳体9和密封圈14组成，固定壳体13固定于承载箱1上部、为上端开口的中空圆柱筒体，其底面设置有模具升降柱通孔28，固定壳体13内部设置有中频线圈19，活动壳体9位于固定壳体13上部，活动壳体9由活动壳体主体10和连接杆组成，活动壳体主体10是纵剖面呈“n”字型的筒体，其顶面设置有上压头升降柱通孔25，活动壳体主体10内部设置有中频线圈19，活动壳体9上设置有为温度显示表17，密封圈14设置于固定壳体13和活动壳体9的连接处，活动壳体主体10侧面上设置有连接杆，连接杆在同一水平面沿圆周均匀设置有四个，连接杆由连接杆杆体4和活动环3组成，连接杆杆体4一端固定连接活动壳体主体10，另一端连接活动环3，活动环3套设于承载架上，所述承载架固定于承载箱1上部，承载架上部固定有烧结炉升降机构，所述烧结炉升降机构包括烧结炉液压缸6、上压头液压缸29和上压头升降柱7，烧结炉液压缸6固定于承载板5上，烧结炉液压缸6四周均匀设置有烧结炉升降柱8，烧结炉升降柱8下端连接活动壳体9上部，上压头液压缸29位于烧结炉液压缸6下侧，上压头升降柱7上部连接上压头液压缸29，下部穿过上压头升降柱通孔25连接上压头16，上压头16位于活动壳体9内部，烧结炉液压缸6的伸缩端连接烧结炉升降柱8，上压头液压缸29位于烧结炉液压缸6下侧，但是并不与烧结炉液压缸6的伸缩端连接，上压头液压缸29的伸缩端连接上压头升降柱7，本发明所选用的烧结炉液压缸6是成都恒基兆业机械设备制造有限公司生产的yx32-250t型液压缸，上压头液压缸29是乐清市昂宇气动液压有限公司生产的cx-sd/la25型液压缸。

所述承载箱1为中空长方体，其底面固定于地面上、顶面设置有与模具升降柱通孔28对应的圆形通孔26，侧面设置有抽气管道孔27。

所述抽真空机构位于承载箱1右侧，包括抽气管道21、抽真空机11和排气管道12，抽气管道21位于承载箱1内部、一端连接固定壳体13内部、另一端通过承载箱1右侧抽气管道孔27连接抽真空机11，抽真空机11位于承载箱1外部，排气管道12连接抽真空机11。

所述承载架由支撑柱2和承载板5组成，支撑柱2是与连接杆对应设置的竖直圆柱体，支撑柱2顶部固定有承载板5，承载板5是中部设置有固定通孔24的长方形板体，固定通孔24是方形通孔，固定通孔固定上压头液压缸29，固定通孔24两侧设置有烧结炉升降柱通孔30。

所述上压头升降柱通孔25和模具升降柱通孔28处设置耐高温密封套环15，耐高温密封套环15是石墨盘根材料制成的。

所述tic/cu-al2o3的制备方法，包括以下步骤：

1、定量：

将预先准备好的tic粉末、cu-0.28al粉末、cu2o粉末，按照质量百分比，tic粉末:cu-0.28al粉末:cu2o粉末=6:43:1，进行定量；

2、球磨混合：

将称量好的tic粉末、cu-0.28al粉末、cu2o粉末通过球磨机进行混合研磨，研磨时间6h，转速60r/min；

3、装料：

将模具固定在模具固定件18上，将研磨好的物料装入模具中；

4、真空热压烧结：

通过抽真空机构对烧结炉进行抽真空，真空度为1.5*10^-2pa，然后通过中频线圈19进行升温、加压，先升温到750℃，进行保温、加压，而后升温到950℃，进行保温、加压；

5、冷却：

烧结后的材料经模具固定件18内的冷却流道20冷却；

6、取料：

待冷却后，取出模具内复合材料。

预先在球磨机内把定量好的tic粉末、cu-0.28al粉末和cu2o粉末进行研磨混合，研磨结束后把混合好的物料，装入到烧结炉内的模具中，烧结炉液压缸6驱动其侧面设置的烧结炉升降柱8向下运动，烧结炉升降柱8的运动带动下端连接的活动壳体9向下运动，在活动壳体9和固定壳体13形成密闭空间后，上压头液压缸29驱动上压头升降柱7向下运动，由于上压头升降柱通孔25处设置有石墨盘根，活动壳体9的运动不影响装置的密闭性，模具液压缸23驱动其上侧的模具升降柱22向上运动，模具升降柱22带动模具固定件18向上运动，由于上模具升降柱通孔28处设置有石墨盘根，模具升降柱22的运动不影响装置的密闭性，模具内的物料可同时受到来自上压头16向下的压力和模具固定件18向上的压力，能够保证模具内的物料收到的压力相同，然后进行抽真空工作，中频线圈19开始加热，进行升温，加压，烧结炉内先经一段时间升到750℃，进行保温加压，而后升到950℃，进行保温加压一段时间，烧结后的材料经模具固定件18内的冷却流道20冷却，待冷却后，取出模具内复合材料，通过本发明制成的tic/cu-al2o3的硬度162hv，导电率46.7%iacs，满足了复合材料硬度的同时，复合材料的导电率也不会显著降低，提高了复合材料的产品质量。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本发明的原理及工艺条件所做的变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。