一种薄壁石墨加热管高效成形方法技术

本发明专利技术公开了一种薄壁石墨加热管成形方法及装置，将人造石墨粉末与热固性酚醛树脂粉末按一定的质量比机械混合均匀，获得石墨/酚醛树脂混合粉末；其次，将混合粉末分批填入石墨加热管坯体成形装置中，压制成形，获得低密度、厚壁的石墨加热管坯体；将所得坯体装入旋转热挤压成型装置中，旋转偏心轴挤压石墨加热管坯体内壁，使之内径增大、壁厚减小，待冷却后脱模，获得高密度薄壁石墨加热管坯体，最后在真空氛围保护下对高密度、薄壁石墨加热管坯体进行高温碳化处理，获得导电性能稳定的、薄壁石墨加热管。解决了薄壁石墨加热管高效成型技术难题，作为加热元件，在金刚石复合片、人造钻石生产过程中具有广阔的应用前景。石生产过程中具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种薄壁石墨加热管高效成形方法


[0001]本专利技术提供了一种薄壁石墨加热管成形方法及装置，属于无机非材料成形及工程应用
，具体涉及薄壁石墨加热管的开发与利用。

技术介绍

[0002]目前金刚石复合片生产过程中，金刚石复合片通常是在六面顶压机的超高压高温反应腔中合成的，超高压反应腔中同时存在着压力场和温度场。其中，温度场的稳定性对金刚石复合片的显微组织结构、性能与质量产生重要影响，而温度场的产生是由上下顶锤给加热元件施加电流，通过电阻发热产生的，作为主要导电发热元件，石墨加热管成形质量及发热电阻的稳定性对金刚石复合片质量有着直接影响。目前工业生产中主要是由人造石墨坯体经机械切削加工而成，存在以下不足：（1）受现有的人工合成石墨生产工艺水平的制约，不仅生产周期长、成本高，而且在压制成形过程中由于摩擦阻力以及材质分布不均的存在，上下密度往往不一致，这直接导致电阻率稳定性不佳，影响实际发热效果及温度场的稳定性；（2）薄壁石墨加热管（壁厚≤1.0mm）在机械切削加工过程中极易破损，成品率较低；（3）石墨为脆性材料，不仅机械切削加工难度较大，而且刀具消耗大；（4）生产石墨加热管时，材料利用率不高（一般在20
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30%之间），同时伴随着大量粉尘污染。
[0003]若采取石墨粉末压制成型，因缝隙较窄，填粉困难，效率低下，且薄壁压头加工难度大，对模具材料要求极高。
[0004]综上所述，亟需专利技术一种薄壁石墨加热管成形方法及装置，以满足金刚石复合片生产实际需要。

技术实现思路
/>[0005]本专利技术目的在于提供了一种薄壁石墨加热管高效成形方法及装置，用于解决工业生产中薄壁石墨加热管高效成型技术难题，所制造的石墨加热管具有成形密度均匀、发热稳定、低成本、高效、无损坏率、材料的利用率高等特点，适合金刚石复合片、人造钻石生产。
[0006]专利技术思想如下：以人造石墨粉末为主要原材料、热固性酚醛树脂为粘接剂，将原料成本控制在较低状态；石墨加热管成型过程包括坯体预成形和局部旋转挤压变形两个工艺环节，坯体成形过程中采用宽缝铺粉，解决了窄缝填粉困难，运用等体积原理完成石墨加热管从低密度、厚壁向高密度、薄壁的转变，多个模具同时工作，提高了坯体成形效率，局部旋转挤压变形借助旋转偏心轴挤压坯体内壁完成，能够做到快速高效。所制的石墨加热管上下密度均匀、发热稳定，有利于人造金刚石合成。
[0007]一种薄壁石墨加热管高效成形方法，包括以下步骤：（1）将人造石墨粉末与热固性酚醛树脂粉末按一定的质量比混合均匀，得到石墨/
酚醛树脂粉末；（2）将步骤（1）所述的石墨/酚醛树脂粉末分批次加入石墨加热管坯体成形装置中，压制成形，控制每次填粉质量，压制，得到低密度厚壁石墨加热管坯体；（3）将步骤（2）所述的低密度厚壁石墨加热管坯体装入事先预热的旋转热挤压成型装置中，经旋转挤压石墨加热管坯体内壁，得到高密度薄壁石墨加热管坯体；（4）在真空气氛保护下对高密度薄壁石墨加热管坯体进行高温碳化处理，得到导电性能稳定的薄壁石墨加热管。
[0008]具体的将石墨加热管放入真空气氛烧结炉中，同时每小时以120
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360℃升温至360℃；随后通入99.99%的高纯氩气或高纯氮气保护，继续升温至800℃，并在800℃保温0.5
‑
1h；以每小时240
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600℃升温至1450℃
‑
1500℃并保温0.5
‑
1h，随炉温冷却至室温取出，获得导电性能稳定的薄壁石墨加热管。
[0009]步骤（1）中人造石墨粉末质量分数为70
‑
90wt%，粒度范围200
‑
1000目，热固性酚醛树脂粉末质量分数为10
‑
30wt%，粒度范围500
‑
900目。
[0010]步骤（2）中石墨/酚醛树脂粉末分4
‑
8次加入石墨加热管坯体成形装置中，每次填粉高度4
‑
8mm。
[0011]步骤（2）中成形压力控制在2
‑
3Mpa，获得密度为0.8
‑
1.3 g/cm3、壁厚2
‑
3mm的石墨加热管坯体。
[0012]步骤（3）中旋转热挤压成型装置内预热控制在50
‑
80℃，旋转挤压过程中，在旋转热挤压成型装置中形成的密闭空间进行挤压低密度厚壁石墨加热管坯体。挤压压力控制在3
‑
5Mpa，加热温度控制在110
‑
120℃；得到的高密度薄壁石墨加热管坯体的密度为1.8
ꢀ‑
2.2g/cm3、薄壁0.8
‑
1.0mm。
[0013]一种薄壁石墨加热管高效成形装置，包括加热管坯体成型装置和旋转热挤压成型装置；所述的加热管坯体成型装置包括底座、柱芯、外模和压盖，底座由两个外径不同的圆柱体组成，外模为两端开口的圆柱筒结构，外模一端与底座之间配合固定，外模另一端上设有压盖；所述的旋转热挤压成型装置包括电机，电机的输出轴上轴连接有一根丝杆，丝杆一端与电机的输出轴连接，另一端连接在偏心轴上，偏心轴的最大直径小于外模内径。
[0014]所述的压盖也由两个外径不同的圆柱体组成，在组成压盖的两个圆柱体以及组成底座的两个圆柱体上均设有圆柱孔，圆柱孔的孔径与柱芯直径相同；所述的加热管坯体成型装置包括多个，多个加热管坯体成型装置中的底座固定设置在同一块底座基板上，多个加热管坯体成型装置中的外模穿设于同一块外模基板上。
[0015]所述的电机设置于导轨上，丝杆穿过定位板设置，定位板上设有供丝杆穿过且与丝杆之间螺纹配合的螺纹孔；所述的偏心轴一端开设有用于连接丝杆的螺纹槽，在丝杆上还套设有套筒，套筒靠近于偏心轴与丝杆的连接端设置，且套筒的尺寸形状与底座相同；所述的加热管坯体成型装置通过支撑板支撑于旋转热挤压成型装置一端，旋转热挤压成型装置中的偏心轴伸入加热管坯体成型装置的外模内。
[0016]一种用于薄壁石墨加热管的成型装置的薄壁石墨加热管成型方法，包括加热管坯体成型方法；
所述的加热管坯体成型方法包括以下步骤：1）将柱芯安装于底座基板上的底座中；2）安装外模基板，使外模基板上的压盖一一对准底座基板上的柱芯；3）将人造石墨粉末与热固性酚醛树脂粉末组成的混合粉末装填至底座、柱芯和外模组成的环形柱腔内；4）在外模基板上的外模上端安装压盖并施压，完成加热管坯体成型；5）将所获得的加热管坯体连通外模一同转移至旋转热挤压成型装置进行转热挤压成型；所述的旋转热挤压成型的方法包括以下步骤：1）将加热管坯体成型装置一端的底座卸下，并将柱芯随底座一同卸下；2）单个加热管坯体连通外模一同安装于支撑板上，使卸下底座形成的开口一端朝向偏心轴；3）将支撑板连同安装好的加热管坯体成型装置一同移动至偏心轴伸入外模内的加热管坯体内部；4）滑动套筒，使套筒顺着丝杆以及偏心轴移动至盖设在加热管坯体成型装置的开口一端上；5）启动电机带动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄壁石墨加热管高效成形方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将人造石墨粉末与热固性酚醛树脂粉末按一定的质量比混合均匀，得到石墨/酚醛树脂粉末；（2）将步骤（1）所述的石墨/酚醛树脂粉末分批次加入石墨加热管坯体成形装置中，压制成形，控制每次填粉量，压制，得到低密度厚壁石墨加热管坯体；（3）将步骤（2）所述的低密度厚壁石墨加热管坯体装入事先预热的旋转热挤压成型装置中，经旋转挤压石墨加热管坯体内壁，得到高密度薄壁石墨加热管坯体；（4）在真空气氛保护下对高密度薄壁石墨加热管坯体进行高温碳化处理，得到导电性能稳定的薄壁石墨加热管。2.根据权利要求1所述的薄壁石墨加热管高效成形方法，其特征在于，步骤（1）中人造石墨粉末质量分数为70
‑
90wt%，粒度范围200
‑
1000目，热固性酚醛树脂粉末质量分数为10
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30wt%，粒度范围500
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900目。3.根据权利要求1所述的薄壁石墨加热管高效成形方法，其特征在于，步骤（2）中石墨/酚醛树脂粉末分4
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8次加入石墨加热管坯体成形装置中，填粉高度为5
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10mm。4.根据权利要求1所述的薄壁石墨加热管高效成形方法，其特征在于，步骤（2）中成形压力控制在2
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3Mpa，获得密度为0.8
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1.3 g/cm3、厚壁2
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3mm的石墨加热管坯体。5.根据权利要求1所述的薄壁石墨加热管高效成形方法，其特征在于，步骤（3）中旋转热挤压成型装置预热温度控制在50
‑
80℃，旋转挤压过程中，在旋转热挤压成型装置中形成的密闭空间进行挤压低密度厚壁石墨加热管坯体。6.根据权利要求1所述的薄壁石墨加热管高效成形方法，其特征在于，挤压压力控制在3
‑
5Mpa，加热温度控制在110
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120℃之间；获得的高密度薄壁石墨加热管坯体的密度为1.8
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2.2 g/cm3、壁厚0.8
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1mm。7.一种薄壁石墨加热管高效成形装置，其特征在于：包括加热管坯体成型装置和旋转热挤压成型装置；所述的加热管坯体成型装置包括底座（1）、柱芯（2）、外模（3）和压盖（4），底座（1）由两个外径不同的圆柱体组成，外模（3）为两端开口的圆柱筒结构，外模（3）一端与底座（1）之间配合固定，外模另一端上设有压盖（4）；所述的旋转热挤压成型装置包括电机（12），电机（12）的输出轴上轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海华，郝佳欢，魏恒，戢运鑫，邓开鑫，李言，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：