一种烧结模具

摘要

本发明涉及一种烧结模具，包括压头、模具主体、承压平台和垫片，所述模具主体上设置有多个腔体，所述压头和腔体的数量及位置相对应，所述压头固定在压板的第一面上；所述模具主体放置在所述承压平台上，所述垫片放置在所承压平台上并位于所述腔体内。本发明提供的烧结模具，在一个模具上设置多个腔体，可一次性热压合成烧结大批量样品，同时，由于多个腔体大小不同，可实现对多个腔体内的温度调控，使多个腔体内的温度可以互不相同，从而使一次获得的大批量样品实现完全差异化。且单个腔体内可以合成微量样品至微克量级，每个腔体直径分布在2‑12.7mm之间，合成材料尺寸足够进行各项表征和物理性能测试。

权利要求

1.一种烧结模具，其特征在于，包括压头、模具主体、承压平台和垫片，所述模具主体上设置有多个腔体，所述压头和腔体的数量及位置相对应，所述压头固定在压板的第一面上；

所述模具主体放置在所述承压平台上，所述垫片放置在所承压平台上并位于所述腔体内，多个所述腔体的截面大小不同，所述压头、模具主体、承压平台和垫片为相同的导电材质，所述烧结模具应用于放电等离子烧结系统时，每个所述腔体内的电流及样品受到的压强不同，从而能够同时进行实验参数不同的多组样品的合成与热压烧结。

2.根据权利要求1所述的烧结模具，其特征在于，所述腔体截面直径为2-12.7mm。

3.根据权利要求1所述的烧结模具，其特征在于，所述腔体为在所述模具主体上形成的靠近所述承压平台的部分为柱形孔，远离所述承压平台的部分为台形孔的通孔。

4.根据权利要求1所述的烧结模具，其特征在于，所述压头的形状与所述腔体相同，使每一个所述压头都能够进入与其相对应的所述腔体。

5.根据权利要求1所述的烧结模具，其特征在于，所述垫片上设置有测温孔，所述测温孔为盲孔，所述垫片放置在所述承压平台上时所述测温孔与位于与所述承压平台接触的面上。

6.根据权利要求5所述的烧结模具，其特征在于，所述测温孔内设置热电偶。

7.根据权利要求5所述的烧结模具，其特征在于，所述承压平台上设置有布线槽，所述布线槽与所述测温孔连通。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的烧结模具，其特征在于，还包括压柱，所述压柱的第一端连接到所述压板与第一面相对的第二面上，所述压柱的第二端连接到外接设备。

9.根据权利要求8所述的烧结模具，其特征在于，所述烧结模具各部分材质均为石墨。

说明书

一种烧结模具

技术领域

[0001] 本发明涉及放电等离子烧结设备领域，特别是一种烧结模具。

背景技术

[0002] 放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering SPS)，是制备功能材料的一种新技术，具有升温快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等特点，可用于制备金属材料、陶瓷材料、复合材料，也可用来制备纳米块体材料、梯度材料等。

[0003] 高通量合成是现今材料科学发展的最前沿课题，其核心是发展高通量高率的材料合成方法、工艺技术与先进设备。而固体材料是材料科学家族中最重要的成员，包括金属及合金、无机非金属材料、有机聚合物材料等。其中无机固体材料的合成方法多种多样，但是最重要的合成工艺必须包括原材料的混合和反应物的扩散烧结。两者是相互独立工艺步骤，要最终实现高通量材料合成，必须在这两个步骤方面都实现高通量。

[0004] 如图1、2所示，现有的烧结模具一般包括压头1、模具主体2、平台3、垫片4和压柱5，所述模具2放置在平台3上，在所述模具2内部形成模腔，所述垫片4放置在模腔内，所述模具2侧壁上还设置有测温孔，所述测温孔内设置热电偶6用于检测所述模腔内的温度。

[0005] 但是，现有烧结系统不能够实现一次性大批量样品的合成与烧结，产率比较低，无法满足一次性对多批次样品进行处理的需求。

发明内容

[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种烧结模具，使其既能解决传统技术的不足，又能够满足高通量材料制备的要求。

[0007] 本发提供一种烧结模具，包括压头、模具主体、承压平台和垫片，所述模具主体上设置有多个腔体，所述压头和腔体的数量及位置相对应，所述压头固定在压板的第一面上；所述模具主体放置在所述承压平台上，所述垫片放置在所承压平台上并位于所述腔体内。

[0008] 优选地，多个所述腔体的截面大小不同。

[0009] 优选地，所述腔体截面直径为2-12.7mm。

[0010] 优选地，所述腔体为在所述模具主体上形成的靠近所述承压平台的部分为柱形孔，远离所述承压平台的部分为台形孔的通孔。

[0011] 优选地，所述压头的形状与所述腔体相同，使每一个所述压头都能够进入与其相对应的所述腔体。

[0012] 优选地，所述垫片上设置有测温孔，所述测温孔为盲孔，所述垫片放置在所述承压平台上时所述测温孔与位于与所述承压平台接触的面上。

[0013] 优选地，所述测温孔内设置热电偶。

[0014] 优选地，所述承压平台上设置有布线槽，所述布线槽与所述测温孔连通。

[0015] 优选地，还包括压柱，所述压柱的第一端连接到所述压板与第一面相对的第二面上，所述压柱的第二端连接到外接设备。

[0016] 优选地，所述烧结模具各部分材质均为石墨。

[0017] 本发明提供的烧结模具，在一个模具上设置多个腔体，可一次性热压合成烧结大批量样品，同时，由于多个腔体大小不同，可实现对多个腔体内的温度调控，使多个腔体内的温度可以互不相同，从而使一次获得的大批量样品实现完全差异化。且单个腔体内可以合成微量样品至微克量级，每个腔体直径分布在2-12.7mm之间，合成材料尺寸足够进行各项表征和物理性能测试。

附图说明

[0018] 通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

[0019] 图1为现有技术烧结模具结构示意图；

[0020] 图2为现有技术烧结模具截面示意图；

[0021] 图3为本发明烧结模具结构示意图；

[0022] 图4为承压平台结构示意图；

[0023] 图5为本发明烧结模具截面示意图。

具体实施方式

[0024] 以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

[0025] 本发明提供的烧结模具适用于脉冲放电等离子烧结、直流电烧结或热压烧结等烧结系统。下面结合具体实施例对本发明烧结模具进行详细介绍：

[0026] 如图3、4所示，本发明提供的烧结模具包括压头101、模具主体102、承压平台103和垫片104。所述模具主体102为具有一定厚度的柱形结构，沿其轴向设置有多个腔体121，所述腔体121为沿所述模具主体102轴向方向完全贯穿的通孔。所述压头101的数量与所述模具主体102上的腔体121的数量相同，所述压头104固定到压板111的第一面上，且多个所述压头101的位置与所述腔体121的位置相对应。所述垫片104为柱形结构，其端面与所述模具主体102上的腔体121的端面形状及相同，高度小所述腔体121的高度，所述垫片104的一个端面上设置有测温孔141，所述测温孔141为盲孔，用于安装热电偶，所述热电偶可以精确监测和控制工作过程中所述腔体121内样品的温度。如图4所示，所述垫片104根据所述腔体121的分布放置在所述承压平台103的第一面上，所述承压平台103的第一面上设置有布线槽131，所述布线槽131连通所述垫片104上的测温孔141，用于设置所述热电偶与外接设备的布线。如图5所示，所述没模具主体102放置到所述承压平台103上，所述垫片104位于所述腔体121内，且每个所述腔体121内均有一个所述垫片104，所述承压平台103位于所述压头
101的下侧，且每一个所述压头101对应一个所述腔体121。优选地，本发明烧结模具还包括压柱105，所述压柱105的第一端连接到所述压板111与其第一面相对的第二面上，所述压柱
105的第二端连接外接设备，对所述压头101提供压力。

[0027] 本发明提供的烧结模具的压头101、模具主体102、承压平台104和垫片104为相同的导电材质，优选均为高强度高密度石墨材料。更进一步地，所述压柱105也为石墨材料，使模具的电路设置更加方便。所述模具主体102上的腔体121及压头101上的压头101可根据需要设置成为多种不同大小，相互对应的所述压头101和腔体121的大小相同，优选地，所述腔体121的内径为2-12.7mm。不同大小的所述压头101和腔体121使本发明烧结模具应用于放电等离子烧结系统时所述腔体121内的电流及样品受到的压强大小不同；当本发明烧结模具应用于热压烧结系统中时，能够使样品受到的压强不同，从而实现在同一承压平台103上能够同时进形实验参数不同的多组样品的合成与热压烧结，优选地，能够实现一次完成大于100组样品的合成与热压烧结。

[0028] 如图5所示，所述压头101包括连接部112和压合部113，所述连接部112的第一端连接到所述压头101上，所述连接部112第二端连接所述压合部113，所述连接部112优选为第一端面大于第二端面的台形结构，所述压合部113为端面与所述连接部112的第二端面形状及大小相同的柱形结构。所述腔体121包括导向部122和承压部123，所述导向部122为与所述压头101的连接部112形状相同的台形孔，所述承压部123为与所述压合部113的形状相同的柱形孔。所述垫片104沿其轴向上的高度小于所述承压部123沿其轴向上的高度，所述垫片104放入所述承压部123后，所述承压部123与所述导向部122连接处至所述垫片104的垂直距离小于或等于所述压合部113在其轴向上的高度，保证所述压合部113能够有效压合样品。由于所述腔体121的导向部122截面大于所述压合部113的截面，所述压头101进入所述腔体121时所述导向部122起导向作用。

[0029] 本发明的所述压头101与承压平台103之间的最大电流可以达到4000A，在同一模具主体102上设置多个所述腔体121，且多个所述腔体121还能够根据需要设置成不同大小，使每个所述腔体121内的电流大小不同，从而实现调节每个所述腔体121的温度高低。进而使一个所述承压平台103上包括多个不同的温度的区域，一次操作能够获得多种不同样品。单个腔体121内可以合成微量样品至微克量级，每个所述腔体121直径分布在2-12.7mm之间，合成材料大小足够进行各项表征和物理性能测试。

[0030] 应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0031] 最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。