一种炭炭组合式热压模具及其制备方法与流程

1.本发明属于热压模具技术领域，具体为一种炭炭组合式热压模具及其制备方法。


背景技术：

2.陶瓷材料的制备工艺中包括一个重要的坯体烧结过程，在该过程中是将多组分粉体配制后构成一个坯体，将坯体置入一个筒状的模具在高温下烧制，同时通过模具的两端施加压力，使坯体在高温高压下烧结以获得所需要的先进性能的陶瓷材料，在这一烧结过程中，筒状的模具在耐受高温的同时，还会受到径向和轴向的力，能满足上述环境要求的材料极少；目前常用的模具为石墨材料制备的石墨模具，石墨模具能满足高温条件，如2000℃以上的高温，但石墨材料的拉伸强度不够高，在上述的陶瓷材料的高温加压的制备过程往往施加的压力大于50mpa以上，在加压过程中易产生脆性断裂，这会造成严重的生产事故；目前还出现一种炭/炭材料的模具，其是以传统的炭/炭材料的制备工艺，包括炭布网胎针刺、预制体制备、cvd气相沉积等步骤制备出一体结构的模具，其较之石墨模具的抗拉伸强度有所提高，但基于传统工艺的局限，上述的炭/炭材料的模具的密度不均匀，表面密度高，中心部位的密度低，且传统工艺的炭纤维的含量也较低，使之力学性能提高也被限制。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决背景技术中的问题，提供一种炭炭组合式热压模具及其制备方法。
4.本发明采用的技术方案如下：一种炭炭组合式热压模具，包括内筒、嵌套在内筒外侧的外筒和设置在内筒、外筒之间的超高温胶粘层，所述内筒的外壁中间位置开设有一圈凹槽，所述凹槽内粘接有一层碳纤维层，所述碳纤维层通过碳纤维缠绕形成。
5.优选的，所述内筒的厚度为25-28mm，所述内筒的密度为1.5g/cm3。
6.优选的，所述碳纤维层中的碳纤维采用t700，所述凹槽的深度为5-10mm，凹槽的宽度为200mm。
7.优选的，所述碳纤维层是由缠绕角为45
°
的螺旋缠绕工艺缠绕加工成的复合层。
8.一种炭炭组合式热压模具的制备方法，包括以下步骤：a:通过碳纤维制备内筒和外筒的碳纤维预制体；b：将碳纤维预制体经cvd增密和化学气相沉积，液相浸渍，高温石墨化处理；c：在内筒中部的凹槽上进行碳纤维的缠绕处理，纤维选用t700，复合以酚经高压加热固化和化学气相沉积，液相浸渍，高温石墨化处理；d：取一定量的硼酚醛树脂、硅溶胶、硅粉、氮化硅、碳化硼和短切炭纤维混合制成
超高温胶；f:将超高温胶填充在内筒中部的凹槽内，然后将外筒套在内筒的外侧，超高温胶将内筒和外筒粘接在一起，超高温胶形成超高温胶粘层。
9.优选的，所述短切炭纤维的长度为2-5mm，质量分数为10%。
10.优选的，所述硼酚醛树脂的质量分数为25-35%，所述硅溶胶的质量分数为10-25%，所述碳化硼的质量分数为4-5%。
11.优选的，所述硅粉的粒度为30-50μm，质量分数为8-15%，所述氮化硅30-50μm，质量分数为4-6%。
12.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：1、本发明中，热压模具由内筒、外筒配合而成，大大提高了抗拉伸强度和抗径向力的性能均大幅提高，同时在整个制备的工艺时间上有所降低，使之在性能和使用寿命大幅提高的同时，使制备成本有所下降。
13.2、本发明中，内筒和外筒之间设置的超高温的胶粘层，使内筒和外筒进行紧密的配合，形成组合式的结构，使其在环向受力处承受更大的载荷和提高了抗拉伸强度，且能保证密度均一和达到较高的密度，使热压模的强度与热性能达到较高的水平。
附图说明
14.图1为本发明的主视图；图2为本发明中内筒的主视图；图3为本发明中外筒的主视图。
15.图中标记：1、内筒；2、外筒；3、超高温胶粘层。
具体实施方式
16.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
17.实施例1：参照图1-3，一种炭炭组合式热压模具，包括内筒1、嵌套在内筒1外侧的外筒2和设置在内筒1、外筒2之间的超高温胶粘层3，内筒1的外壁中间位置开设有一圈凹槽，凹槽内粘接有一层碳纤维层，碳纤维层通过碳纤维缠绕形成，内筒1的厚度为25-28mm，内筒1的密度为1.5g/cm3，碳纤维层中的碳纤维采用t700，凹槽的深度为5-10mm，凹槽的宽度为200mm，碳纤维层是由缠绕角为45
°
的螺旋缠绕工艺缠绕加工成的复合层。
18.热压模具由内筒1、外筒2配合而成，大大提高了抗拉伸强度和抗径向力的性能均大幅提高，同时在整个制备的工艺时间上有所降低，使之在性能和使用寿命大幅提高的同时，使制备成本有所下降。
19.通过以下步骤制备炭炭组合式热压模具：a:通过碳纤维制备内筒1和外筒2的碳纤维预制体；b：将碳纤维预制体经cvd增密和化学气相沉积，液相浸渍，高温石墨化处理；c：在内筒1中部的凹槽上进行碳纤维的缠绕处理，纤维选用t700，复合以酚经高压
加热固化和化学气相沉积，液相浸渍，高温石墨化处理；d：取一定量的硼酚醛树脂、硅溶胶、硅粉、氮化硅、碳化硼和短切炭纤维混合制成超高温胶；f:将超高温胶填充在内筒1中部的凹槽内，然后将外筒2套在内筒1的外侧，超高温胶将内筒1和外筒2粘接在一起，超高温胶形成超高温胶粘层3。
20.其中短切炭纤维的长度为2-5mm，质量分数为10%，硼酚醛树脂的质量分数为25%，硅溶胶的质量分数为10%，碳化硼的质量分数为4%，硅粉的粒度为30-50μm，质量分数为8%，氮化硅30-50μm，质量分数为4%。
21.实施例2：参照图1-3，一种炭炭组合式热压模具，包括内筒1、嵌套在内筒1外侧的外筒2和设置在内筒1、外筒2之间的超高温胶粘层3，内筒1的外壁中间位置开设有一圈凹槽，凹槽内粘接有一层碳纤维层，碳纤维层通过碳纤维缠绕形成，内筒1的厚度为25-28mm，内筒1的密度为1.5g/cm3，碳纤维层中的碳纤维采用t700，凹槽的深度为5-10mm，凹槽的宽度为200mm，碳纤维层是由缠绕角为45
°
的螺旋缠绕工艺缠绕加工成的复合层。
22.热压模具由内筒1、外筒2配合而成，大大提高了抗拉伸强度和抗径向力的性能均大幅提高，同时在整个制备的工艺时间上有所降低，使之在性能和使用寿命大幅提高的同时，使制备成本有所下降。
23.通过以下步骤制备炭炭组合式热压模具：a:通过碳纤维制备内筒1和外筒2的碳纤维预制体；b：将碳纤维预制体经cvd增密和化学气相沉积，液相浸渍，高温石墨化处理；c：在内筒1中部的凹槽上进行碳纤维的缠绕处理，纤维选用t700，复合以酚经高压加热固化和化学气相沉积，液相浸渍，高温石墨化处理；d：取一定量的硼酚醛树脂、硅溶胶、硅粉、氮化硅、碳化硼和短切炭纤维混合制成超高温胶；f:将超高温胶填充在内筒1中部的凹槽内，然后将外筒2套在内筒1的外侧，超高温胶将内筒1和外筒2粘接在一起，超高温胶形成超高温胶粘层3。
24.其中短切炭纤维的长度为2-5mm，质量分数为10%，硼酚醛树脂的质量分数为30%，硅溶胶的质量分数为18%，碳化硼的质量分数为4.5%，硅粉的粒度为30-50μm，质量分数为12%，氮化硅30-50μm，质量分数为5%。
25.由上述实施例制得的超高温胶，用在内筒1和外筒2之间，并检测形成超高温胶粘层3后的粘接强度。
26.实施例3：参照图1-3，一种炭炭组合式热压模具，包括内筒1、嵌套在内筒1外侧的外筒2和设置在内筒1、外筒2之间的超高温胶粘层3，内筒1的外壁中间位置开设有一圈凹槽，凹槽内粘接有一层碳纤维层，碳纤维层通过碳纤维缠绕形成，内筒1的厚度为25-28mm，内筒1的密度为1.5g/cm3，碳纤维层中的碳纤维采用t700，凹槽的深度为5-10mm，凹槽的宽度为200mm，碳纤维层是由缠绕角为45
°
的螺旋缠绕工艺缠绕加工成的复合层。
27.热压模具由内筒1、外筒2配合而成，大大提高了抗拉伸强度和抗径向力的性能均大幅提高，同时在整个制备的工艺时间上有所降低，使之在性能和使用寿命大幅提高的同
时，使制备成本有所下降。
28.通过以下步骤制备炭炭组合式热压模具：a:通过碳纤维制备内筒1和外筒2的碳纤维预制体；b：将碳纤维预制体经cvd增密和化学气相沉积，液相浸渍，高温石墨化处理；c：在内筒1中部的凹槽上进行碳纤维的缠绕处理，纤维选用t700，复合以酚经高压加热固化和化学气相沉积，液相浸渍，高温石墨化处理；d：取一定量的硼酚醛树脂、硅溶胶、硅粉、氮化硅、碳化硼和短切炭纤维混合制成超高温胶；f:将超高温胶填充在内筒1中部的凹槽内，然后将外筒2套在内筒1的外侧，超高温胶将内筒1和外筒2粘接在一起，超高温胶形成超高温胶粘层3。
29.其中短切炭纤维的长度为2-5mm，质量分数为10%，硼酚醛树脂的质量分数为35%，硅溶胶的质量分数为25%，碳化硼的质量分数为5%，硅粉的粒度为30-50μm，质量分数为15%，氮化硅30-50μm，质量分数为6%。
30.由上述实施例制得的超高温胶，用在内筒1和外筒2之间，并检测形成超高温胶粘层3后的粘接强度。
31.通过上述3个实施例得出下表数据：由上表数据可知，，实施例2为本技术最佳实施例，内筒1和外筒2之间设置的超高温的胶粘层3，使内筒1和外筒2进行紧密的配合，形成组合式的结构，使其在环向受力处承受更大的载荷和提高了抗拉伸强度，且能保证密度均一和达到较高的密度，使热压模的强度与热性能达到较高的水平。
32.工作原理，参照图1-3，使用时。
33.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。