一种银粉烧结块的成型方法和粉末烧结器与流程

1.本发明涉及粉末冶金领域，尤其涉及一种银粉烧结块的成型方法。还涉及一种粉末烧结器，适用上述银粉烧结块的成型方法。


背景技术：

2.对于超低温设备例如稀释制冷机的换热器而言，其内流体处于超低温条件下，这时液体和固体表面的热阻变得很大，进而导致对流换热的效果变得很差，因此需要利用具有大换热面积的金属烧结块例如银粉烧结块来保障良好的换热效果。
3.目前，受银粉烧结块的工艺水平制约，为了保障稀释制冷机的对流换热效果，稀释制冷机内的金属烧结块通常通过增大银粉烧结块的体积来达到相应目的。显然，增大银粉烧结块的同时，也给稀释制冷机的应用引入了新的问题。为此，如何兼顾银粉烧结块的体积小和换热面积大这两种特性，成为本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种银粉烧结块的成型方法，可以制得体积小但bet比表面积大的银粉烧结块。本发明的另一目的是提供一种粉末烧结器，适用上述银粉烧结块的成型方法，用于加工兼顾体积和bet比表面积的银粉烧结块。
5.为实现上述目的，本发明提供一种银粉烧结块的成型方法，包括：
6.向位于阳模和阴模之间的盒体内添加银粉；其中，所述阳模和所述阴模的热膨胀率均小于所述盒体的热膨胀率；
7.对所述阳模和所述阴模加压至预设量的银粉均处于所述盒体内；
8.加热处于所述阳模和所述阴模之间的所述盒体，直至所述盒体内的银粉烧结为银粉烧结块；
9.去除银粉烧结块表面的所述盒体。
10.优选地，所述向位于阳模和阴模之间的盒体内添加银粉的步骤之前还包括：
11.在盒体的内外表面均设置防粘涂层。
12.优选地，所述向位于阳模和阴模之间的盒体内添加银粉的步骤之前还包括：
13.采用特氟龙制备盒体。
14.优选地，所述向位于阳模和阴模之间的所述盒体内的添加银粉的步骤包括：
15.向位于阳模和阴模之间的所述盒体内添加粒径不大于150nm的银粉。
16.优选地，所述加热所述盒体的步骤包括：
17.开启紧邻所述阴模的槽腔分布的加热部。
18.优选地，所述开启紧邻所述阴模的槽腔分布的加热部的步骤具体包括：
19.接通处于所述阴模内且紧邻所述阴模的槽腔周侧设置的电加热丝。
20.本发明还提供一种粉末烧结器，适用如上所述的银粉烧结块的成型方法，包括阳模、阴模以及用以放置于所述阳模与所述阴模二者的模腔内的盒体；所述盒体为用以盛装
待烧结银粉的耐热防粘盒体；所述阳模和所述阴模的热膨胀率均小于所述耐热防粘盒体的热膨胀率；所述阳模与所述阴模至少一者的内部设有紧邻所述模腔的加热体。
21.优选地，所述阴模内设有所述加热体；所述加热体环绕且紧邻于所述阴模的槽腔。
22.优选地，还包括设于所述阳模和阴模之间的加压手柄和指示杆；所述加压手柄和所述指示杆均沿闭模方向分布；所述加压手柄连接并带动所述阳模相对于所述阴模移动；所述指示杆的一端固定于所述阴模、另一端滑动连接于所述阳模。
23.优选地，所述加热体具体为电加热丝；所述阳模和所述阴模具体为铜模。
24.相对于上述背景技术，本发明所提供的银粉烧结块的成型方法包括：
25.s1：向位于阳模和阴模之间的盒体内添加银粉；其中，所述阳模和所述阴模的热膨胀率均小于所述盒体的热膨胀率；
26.s2：对所述阳模和所述阴模加压至预设量的银粉均处于所述盒体内；
27.s3：加热处于所述阳模和所述阴模之间的所述盒体，直至所述盒体内的银粉烧结为银粉烧结块；
28.s4：去除所述银粉烧结块表面的所述盒体。
29.该银粉烧结块的成型方法主要包括压制和烧结两类步骤。相较于现有的金属粉末烧结技术而言，本发明所提供的银粉烧结块的成型方法增加了盒体这一结构，相应地调整了前述压制和烧结两类步骤的具体实施内容。
30.在银粉压制成为银粉块的过程中，盒体为银粉提供压制成预设几何形状的封闭型腔，方便定量的银粉在定尺寸的空间内压缩成型，保障银粉块的压制形状和压制密度。
31.在银粉块烧结成为银粉烧结块的过程中，盒体能够补偿阴模和阳模受温度波动而产生的变形，以便向盒体内的银粉提供持续、稳定的压力，保障盒体内的银粉均匀受压受热，从而得到形状完整、小孔分布均匀、bet比表面积大且结构强度高的银粉烧结块。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
33.图1为本发明实施例所提供的第一种银粉烧结块的成型方法的流程图；
34.图2为本发明实施例所提供的第二种银粉烧结块的成型方法的流程图；
35.图3为本发明实施例所提供的粉末烧结器的结构示意图；
36.图4为图3沿g
‑
g向的剖视图；
37.图5为本发明实施例所提供的粉末烧结器的局部结构示意图；
38.图6为图5的局部放大图。
39.其中，1
‑
阳模、2
‑
阴模、3
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指示杆、4
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电加热丝、5
‑
加压杆、6
‑
加压块、7
‑
加压板、8
‑
操作柄。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
42.请参考图1至图6，图1为本发明实施例所提供的第一种银粉烧结块的成型方法的流程图；图2为本发明实施例所提供的第二种银粉烧结块的成型方法的流程图；图3为本发明实施例所提供的粉末烧结器的结构示意图；图4为图3沿g
‑
g向的剖视图；图5为本发明实施例所提供的粉末烧结器的局部结构示意图；图6为图5的局部放大图。
43.本发明提供一种银粉烧结块的成型方法，包括：
44.s1：向位于阳模1和阴模2之间的盒体内添加银粉；阳模1和阴模2的热膨胀率均小于盒体的热膨胀率；
45.s2：对阳模1和阴模2加压至预设量的银粉均处于盒体内；
46.s3：加热处于阳模1和阴模2之间的盒体，直至盒体内的银粉形成银粉烧结块；
47.s4：去除银粉烧结块表面的盒体。
48.该银粉烧结块的成型方法首先利用阳模1、阴模2和置于阳模1和阴模2之间的盒体实现银粉的压制，再对位于盒体内且压制成型后的银粉进行烧结，形成银粉烧结块，最后取出盒体并自银粉烧结块的表面除去盒体。
49.可见，该银粉烧结块的成型方法主要包括压制和烧结两类步骤。其中，压制过程中除了利用阳模1和阴模2在闭模时向银粉施加压力以外，还利用盒体为银粉提供压制成预设几何形状的封闭型腔，方便定量的银粉在定尺寸的空间内压缩成型。
50.此外，因盒体的热膨胀率大于阴模2的热膨胀率，也大于阳模1的热膨胀率，因此，在银粉烧结过程中，盒体能够补偿阴模2和阳模1受温度波动而产生的变形，以便向盒体内的银粉提供持续、稳定的压力，保障盒体内的银粉均匀受压受热。
51.由于盒体随阳模1、阴模2和银粉实现加热烧结，并且在银粉烧结成块后剥除，显然该盒体还具备耐热和防粘特性。
52.综上，本发明所提供的银粉烧结块的成型方法相较于现有的金属粉末烧结技术而言，在银粉的压制工序和烧结工序中加入盒体，通过盒体约束银粉在压制工序中的成型形状和成型密度，通过盒体的耐热、防粘和热膨胀特性满足银粉在烧结工序中的均匀受热受压，保障银粉烧结块形状完整、小孔分布均匀，从而具备较大的bet比表面积和较高的结构强度，适用于极低温工程的换热器。
53.下面结合附图和实施方式，对本发明所提供的银粉烧结块的成型方法做更进一步的说明。
54.在上述实施例的基础上，前述步骤s1之前还包括：在盒体的内外表面均设置防粘涂层。
55.盒体在压制和烧结过程中既处于阴模2和阳模1二者形成的模腔内，也处于银粉的外周。为了满足盒体的防粘特性，本发明通过在盒体表面设置防粘涂层实现盒体与模腔的分离和盒体与银粉的分离。
56.除了设置防粘涂层以外，本发明也可直接采用与银粉、阴模2和阳模1均不易粘连
且热膨胀性满足要求的材质制成盒体，例如，在步骤s1还包括：采用特氟龙制备盒体。换言之，本发明在步骤s1～s4中所提及的盒体具体指特氟龙盒体。
57.需要说明的是，若盒体采用特氟龙盒体，则阴模2和阳模1应选用热膨胀率小于特氟龙的热膨胀率的模具，例如，阴模2可设置为铜质的阴模2，阳模1可设置为黄铜质的阳模1。
58.为了实现更好的技术效果，上述步骤s1具体包括：向位于阳模1和阴模2之间的盒体内添加粒径不大于150nm的银粉。
59.换言之，本发明所提供的银粉烧结块的成型方法使用粒径不大于150nm的银粉进行压制和烧结，且优先选用呈球状的银粉颗粒进行压制和烧结。
60.进一步地，本发明所提供的银粉烧结块的成型方法中，加热盒体的步骤包括：开启紧邻阴模2的槽腔分布的加热部。
61.在该银粉烧结块的成型方法中，加热部紧邻阴模2的槽腔设置；其中，阴模2的槽腔指的是用于容纳盒体和银粉的空腔，阴模2和阳模1闭模时，阳模1插入阴模2的槽腔内，实现对银粉的加压。
62.由于加热部紧邻阴模2的槽腔设置，因此，无论银粉的目标烧结形状是各个方向尺寸较为均匀的块状，还是朝单一方向延伸的条状，加热部均能够通过阴模2向压制好的银粉块的各个方向传递均衡的热量，确保前述银粉块受热均匀，也有利于阴模2、阳模1和盒体在温度波动下产生的各个方向的变形量均匀一致，保障前述银粉块受压均匀，最终形成形状完整稳定、小孔分布均匀、bet比表面积大、强度高的银粉烧结块。
63.根据加热部实现加热的具体原理，上述开启紧邻阴模2的槽腔分布的加热部的步骤具体可包括：接通处于阴模2内且紧邻阴模2的槽腔周侧设置的电加热丝4。与电加热丝4相适应地，本发明的阴模2和阳模1均为铜质模具，有利于在电加热丝4通电时快速、高效导热，提高银粉块的烧结效率。
64.本发明还提供一种粉末烧结器，适用如上各个实施例所提供的银粉烧结块的成型方法。
65.该粉末烧结器包括阳模1、阴模2以及用以放置于阳模1与阴模2二者的模腔内的盒体；其中，阳模1与阴模2至少一者的内部设有紧邻模腔的加热体；盒体为用以盛装待烧结银粉的耐热防粘盒体，且盒体的热膨胀率既小于阳模1的热膨胀率，也小于阴模2的热膨胀率。
66.在该粉末烧结器中，盒体放置于阳模1和阴模2内，且包围于银粉的外周，随银粉一同实现压制和烧结。
67.盒体的特定几何形状可以满足定量的银粉在特定尺寸的空腔内加压成型，有效约束银粉的成型形状和成型密度。
68.盒体的材质特性既有利于补偿该粉末烧结器的温度变形，保障烧结过程中银粉块均匀受压受热，也能够在阳模1、阴模2和银粉块之间起到分离作用，避免银粉块在受压受热下与阳模1、阴模2粘连，从而保障烧结得到的银粉烧结块的形状完整。
69.进一步地，阴模2内设有加热体，此加热体环绕且紧邻于阴模2的槽腔，用于向阴模2以及处于前述槽腔内的银粉块提供热量，实现烧结。
70.上述加热体具体可设置为电加热丝4，相应地，阴模2和阳模1可采用导热性良好的铜模。
71.此外，该粉末烧结器还可包括设于阳模1和阴模2之间的加压手柄和指示杆3；其中，加压手柄和指示杆3均沿闭模方向分布。
72.上述加压手柄连接并带动阳模1相对于阴模2移动。加压手柄带动阳模1靠近阴模2时实现闭模，加压手柄带动阳模1远离阴模2时实现开模。加压手柄具体可包括加压杆5和套设于加压杆5的加压块6，加压块6与阳模1远离阴模2的一端抵接，加压块6通过沿加压杆5轴向的滑动实现阴模2远离和靠近阴模2。
73.在上述结构中，为了方便控制加压块6沿加压杆5轴向的滑动距离，加压杆5具体可设置为螺纹杆，加压块6通过其内螺纹孔与前述螺纹杆啮合。
74.此外，加压块6还可连接操作柄和加压板7。操作柄以垂直于加压杆5的角度固定于加压块6，方便操作人员通过操作柄带动加压块6绕前述螺纹杆旋转。加压板7位于加压块6和阴模2之间，可以实现同时向多个阴模2施加压力。
75.至于指示杆3，上述指示杆3的一端可固定于阴模2、另一端与阳模1滑动连接，例如阳模1内设有可供指示杆3穿过的孔。操作人员通过加压块6带动阳模1靠近和远离阴模2时，指示杆3相对于阴模2固定，因此，阳模1相对于指示杆3产生沿指示杆3轴向的位移量，此位移量用于标定阳模1和阴模2的相对运动距离。
76.该粉末烧结器可以将超细纳米级的银粉压制并烧结成多孔的银粉烧结块。烧结过程中银粉块受压受热均匀，不会因局部过热而出现粘连现象，因此烧结得到的银粉烧结块形状完整稳定、强度高、不易碎裂，小孔分布均匀，bet比表面积大。
77.该银粉烧结块应用于稀释制冷机等极低温工程的换热器时，以有限的尺寸对浸泡液体达到了良好的换热性，能够明显提高在低温下流体和金属表面的换热效果，有利于稀释制冷机达到毫k级温度。
78.使用该粉末烧结器时，首先将定量的银粉放入处于阳模1和阴模2之间的盒体内，这一过程中可利用加压杆5、加压块6和阳模1将全部银粉逐步压入盒体内；随后固定好阳模1和阴模2的相对位置，并将该粉末烧结器整体放入加热炉或者开启该粉末烧结器的自带加热设备进行烧结。
79.其中，使用加热炉进行烧结时，可以向加热炉内通入特定气体。烧结完毕后，取出粉末烧结器并取出该粉末烧结器内的盒体，除去银粉烧结块外周的盒体。
80.以上对本发明所提供的银粉烧结块的成型方法和粉末烧结器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。