纳微米级超细粉体复合材料模压成型方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种纳微米级超细粉体复合材料模压成型方法及设备，具有可更换的限位装置，以适应不同厚度粉压成型块体的压制；可使模具侧壁能按要求的膨胀量同步张开的凸轮传动机构组件能在受压情况下调整模具侧壁的受力状态以释放弹性后效；水平卸料装置，提起模具卸载。采用真空负压过滤装置以避免环境污染并提高粉料的表观密度，降低模具尺寸；具备气流导向、排出的排气垫板；用于成型后块体的卸载。本发明专利技术能高质量、高精度地完成具备较高机械强度和几何精度的纳微米级超细粉体复合材料平面及各种异形构件的成型，以适应不同工业领域的应用要求。且粉体不会污染环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料
，特别涉及纳微米级超细粉体复合材料模压 成型方法，同时还涉及方法所用设备。
技术介绍
具有一定机械强度和几何尺寸精度的超细粉体平面及异型模压构件涉 及众多的工业应用领域。这些构件的成型工艺和设备决定了最终制品的质 量和产率。特别是近年来发展的纳米孔绝热材料，即利用纳米级金属氧化 物粉体加入适量的抑制红外辐射的遮光剂和无机纤维材料，经充分混合、 压制成型后即可制成导热系数在整个工作温度范围内比静止空气的导热系 数还要低的绝热材料。将这种材料根据使用要求，成形为一定形状、 一定 强度的制品，可广泛适应于不同工业领域的节能要求。现有技术中，这种绝热材料的最终成型常采用两种方式 一种方式是采用低渗透性纤维织品封套填装均匀混合后的纳米复合粉 料，依靠在压制成型过程中强制排出空气的同时，粉体材料穿插渗透进入 封套以及在压制过程中封套产生的拉伸应变使整个粉压块体和封装材料紧 密结合，形成具有足够机械强度的一体化刚性板材，以此提高最终制品的 机械强度和表面磨损性能。但是封装材料目前主要采用的是玻璃纤维织品， 其耐温一般小于700。C,在更高的温度下使用，常会造成破损。此外，对于 几何精度要求较高的复杂形状的制作，利用该工艺难以满足要求， 一方面， 封套的覆盖使得绝热板不能制造异性构件等复杂形状，且进行常规加工会 造成绝热芯体材料的粉碎并脱离封套，另一方面，处于拉伸状态的封套提 供了一定的刚性，所以也不能够弯曲成任何曲面形状，无法满足管道等的"f呆温需求。另一种方式是直接将纳米复合材料在模具中压制成块状或异型制品，这种制品，在使用温度高于700。C时，没有封装材料损坏的问题，但在模压 制造过程中，因为粒子和粒子之间相互结合起弹性杆的作用，当压实的混 合物从模具中取出时，粘接在一起的粒子会发生回弹，即压力释放后会存 在较大的弹性后效，通常会造成成形块体的扭曲、变形，导致实际密度达 不到设计密度，也伴随了机械强度的降低以及尺度的不确定性，往往成形 过程伴随龟裂，严重时会分层剥离和碎裂，极易损坏。目前处理方式是添 加无机或有机粘接剂改善自粘合特性来提高强度并降低弹性后效，如使用 低熔点粘接剂，将绝热材料粒子粘接在一起，但粒子之间的机械结合将会增加导热系数，且成品需要后处理，如加温烧结或长时间陈化等，均会影响批量生产的效率。美国专利4529532于1985年月16日公开了一种"生产无 粘接剂模压绝热件的工艺"，在绝热材料中加入含氮的物质，这种物质在水 溶液中呈碱性反应，以此增加粒子之间的接合强度，如采用氨水和粒子材 料均匀混合；美国专利6099749于2000年8月8日公开了一种"压制含气相金 属氧化物组分的方法"，使用蒸汽和多微孔绝热材料混合物进行充分混合， 以此增加最终成型后的机械强度并降低弹性后效。但以商业规模制造绝热材料时，氨水的均匀分散以及水蒸气和粉末物质的充分接触会较为困难， 难以分散的液滴或蒸气冷凝极有可能会引起最终制品绝热性能的退化。除了弹性后效所造成的制造困难外，纳米级复合材料的成形还存在压 制后各处密度难以达到均匀性的问题，影响成形块体的机械强度。主要原 因是纳米级粉体的含气量较高，在压制过程中，气体会由阻力最小的路径 排出，如果流道不畅，中部气体会向周边流动并推动物料向边缘移动，使 得最终压制成型的制品密度不均，中部密度较低而周边密度较高，致使制 品强度较低而极易碎裂。同时，由于均匀混合后的物料密度普遍低于50g/L, 常规充装过程极易漂浮污染环境，也需要相应的技术手段来加以解决，这 些技术问题的解决方案，目前在公开信息中尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述缺点而提供的一种能高质量、高精度地完 成具备较高机械强度和几何精度的纳微米级超细粉体复合材料，且粉体不 会污染环境的纳微米级超细粉体复合材料模压成型方法。本专利技术的另一目的还在于提供该纳微米级超细粉体复合材料模压成型 方法所用设备。本专利技术的纳微米级超细粉体复合材料模压成型方法，包括下述步骤a、 粉料填装真空抽气管接真空泵，进料口接秤重供料器，排气垫板上覆盖滤布或 滤纸；提升活塞至进料口和压腔连通的位置，压下真空抽气管用扣紧装置 固定，使吸料过滤装置伸入压腔内，开动真空泵抽吸，达到一定的负压后， 开启进料阀，粉料进入压腔内；秤重计量器的读数达到要求后，关闭真空 泵和进料阀，松开固定吸料过滤装置的扣紧装置，由伸缩弹簧使吸料过滤 装置缩回上模具活塞体内，其锥形底部与活塞底板耦合、齐平，完成粉料 填装过程；b、 粉体复合材料压制使用排气垫板作为模具底板，当压机导杆推进接触并施压到设有限位 片和减震垫的导向立柱后，达到所需的压制厚度，此时停机保压，继续排 出残余空气；c、 粉体成形后弹性后效的释放5保压结束后，推动杆驱动凸轮位移传动机构，使成形块体四周的模具 侧壁按所需要的膨胀量同步张开以释放粉体压制后的应变能量，同时模具、活塞仍保持原来的压制状态；四块滑块每块均通过模具侧壁伸入压腔并和 模具内侧壁面齐平，相互之间由连接件连接成为整体；当推动杆向前推进 时，位移拉杆前端传动凸轮A向前移动，推动下一级凸轮位移传动机构14 动作，直至终端，使粉压块体释放弹性后效；d、 卸载弹性后效释放完成后，模具、活塞仍保持原来的压制状态，经一定的 保压、排气时间后，启动气动活塞推动模具上移100mm左右，液压机转变 行程、活塞向上移动并同时脱模，取下定位销，取下滑块组件，将成形制 品和排气垫板一起拖出完成本工序；e、 复位卸载完成后，复位弹簧B自动推动凸轮位移传动机构向后移动，推动 滑块复位，关闭气动活塞，模具下移，压在滑块上，销紧定位销，进入下 一循环操作过程。上述的纳微米级超细粉体复合材料模压成型方法，其中压力机施加 的压力随成形块体设计密度的增加而增加。纳微米级超细粉体复合材料模压成型设备，包括模具、活塞及四套凸 轮位移传动机构，活塞与模具呈滑动配合构成压腔，进料口设于模具上部， 其中于凸轮位移传动机构、，包括传动凸轮A、滑块、复位弹簧B、限位 弹簧、位移拉杆、两根摇臂、凸轮推动杆及传动凸轮B，滑块设有三个长形 孔和摇臂滑槽，限位弹簧设于滑块一端，凸轮推动杆与滑块中间的长形孔 连接，两根摇臂一端分别通过滑块两边的长形孔固定垫板上、两根摇臂另 一端位于滑块上的摇臂滑槽内；在传动凸轮A及凸轮推动杆位于限位罩内， 限位罩固定在位移拉杆上，凸轮推动杆与位移拉杆垂直；复位弹簧B套装 于位移拉杆上，位移拉杆穿过固定支座、传动凸轮B固定在其端部，固定 支座固定在垫板上；其中一套凸轮位移传动机构的位移拉杆与推动杆之间 通过连杆连接，各凸轮位移传动机构之间通过各自位移拉杆首尾连接，四 块滑块通过连接件连接为 一个整体；基板上设有一块排气垫板及四块垫板，排气垫板位于压腔之下、其上 设有排气通道；四块垫板位于排气垫板四周与排气垫板位于同一水平面， 四块垫板之间通过定位销连接成为一个整体；压机导杆固定在活塞顶部中央，扣紧装置固定在活塞顶部，真空抽气 管套装有伸缩弹簧、伸缩弹簧位于活塞外，真空抽气管置于活塞内腔，其 端头为锥形，下部管壁上设有若干孔，内设吸料过滤装置，外表面覆盖滤 布，并套于套管内，套管上设有密封装置，真空抽气管端头底部与活塞下 部耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳微米级超细粉体复合材料模压成型方法，包括下述步骤：　ａ、粉料填装：　真空抽气管（５）接真空泵，进料口（７）接秤重供料器，排气垫板（１８）上覆盖滤布或滤纸；提升活塞（３）至进料口（７）和压腔（２０）连通的位置，压下真空抽气管 （５）用扣紧装置（４）固定，使吸料过滤装置（２）伸入压腔（２０）内，开动真空泵抽吸，达到一定的负压后，开启进料阀，粉料进入压腔（２０）内；秤重计量器的读数达到要求后，关闭真空泵和进料阀，松开固定吸料过滤装置（２）的扣紧装置（４），由伸缩弹簧（２９）使吸料过滤装置（２）缩回上模具活塞（３）体内，其锥形底部与活塞（３）底板耦合、齐平，完成粉料填装过程；　ｂ、粉体复合材料压制：　使用排气垫板（１８）作为模具１底板，当压机导杆（６）推进接触并施压到设有限位片（８）和减震垫 （９）的导向立柱（１０）后，达到所需的压制厚度，此时停机保压，继续排出残余空气；　ｃ、粉体成形后弹性后效的释放：　保压结束后，推动杆（２１）驱动凸轮位移传动机构１４，使成形块体四周的模具（１）侧壁按所需要的膨胀量同步张开以释放粉 体压制后的应变能量，同时模具１、活塞３仍保持原来的压制状态；四块滑块（１５）每块均通过模具（１）侧壁伸入压腔（２０）并和模具内侧壁面齐平，相互之间由连接件连接成为整体；当推动杆（２１）向前推进时，位移拉杆（２６）前端传动凸轮Ａ（１２）向前移动，推动下一级凸轮位移传动机构１４动作，直至终端，使粉压块体释放弹性后效；　ｄ、卸载：　弹性后效释放完成后，模具（１）、活塞（３）仍保持原来的压制状态，经一定的保压、排气时间后，启动气动活塞（１３）推动模具（１）上移，液压机转变 行程、活塞（３）向上移动并同时脱模，取下定位销（２２），取下滑块（１５）组件，将成形制品和排气垫板（１８）一起拖出完成本工序；　ｅ、复位：　卸载完成后，复位弹簧Ｂ（２４）自动推动凸轮位移传动机构（１４）向后移动，推动滑块（１５） 复位，关闭气动活塞（１３），模具（１）下移，压在滑块（１５）上，销紧定位销（２２），进入下一循环操作过程。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭捷，蔡学通，李文蔚，周宏斌，黄明刚，
申请(专利权)人：贵阳高新金睿通纳科技有限公司，中国科学院地球化学研究所，
类型：发明
国别省市：52[中国|贵州]