本发明专利技术公开了一种高强度炭／炭热压模具的制造方法，采用浸渍后的炭纤维环向缠绕与纵向缠绕交替缠绕于石墨芯模上，得到所需直径的预成型体，将预成型体进行固化处理，然后炭化处理；炭化处理后的预成型体浸渍后进行炭化处理和真空高温处理；真空高温处理后的预成型体进行机械加工，得到高强度炭／炭热压模具。该方法比单纯的环向缠绕结构方式增加了小角度纵向缠绕纤维，该方向纤维对环向作用力和纵向作用力均有贡献，弥补了环向缠绕结构的缺陷，提高了产品的整体性能，本发明专利技术高强度炭／炭热压模具与石墨模具相比，厚度减小近三分之二，在炉腔尺寸一定的情况下，使用本发明专利技术炭／炭热压模具，大大提高了装炉量，同时提高了生产效率，降低了成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热压模具
，具体涉及一种高强度炭/炭热压模具的制造方 法。
技术介绍
热压工艺是一种将模压与烧结相结合的材料成型方法，将单向或三向压力作用于 装在石墨或其它刚性模具中的粉末压坯或松散粉末，在高温下使粉末产生塑性变形或蠕变 的粉末冶金致密化方法，常用于制备陶瓷材料如氮化硅、碳化硼等，以及难于烧结的金属和 合金材料如Ti-Al基合金等。目前常用的热压模具为石墨材料。石墨材料拉伸强度约为20MPa，因此设计厚度较 厚，占用热压炉内较大的空间，影响了产品的生产效率，且容易发生脆性断裂。炭/炭复合 材料由于其较高的力学性能、耐高温性能及抗热振性能，可替代石墨材料应用于高温热压 领域。中国专利CN1778490公开了一种大型炭/炭热压模具阴模制造方法，它是在电极 石墨园柱上以单向炭带或纤维浸树脂后均勻缠绕固化、炭化处理，然后全部挖去或留少量 原石墨柱，形成厚度为20mm 50mm厚的圆筒，制成热压模具阴模。该方法优点为工艺简单， 成本低，其不足之处是(1)缺少致密化工艺，密度较低，小于1. 5g/cm3 ； (2)只有环向缠绕， 轴向力学性能较低，整体性差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高强度炭/ 炭热压模具的制造方法。该方法采用炭纤维环向缠绕与纵向缠绕交替的方式缠绕于石墨芯 模上，制成的高强度炭/炭热压模具与石墨模具相比，厚度减小近三分之二，在炉腔尺寸一 定的情况下，使用炭/炭热压模具装炉量大大提高，提高了生产效率，降低了成本。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是一种高强度炭/炭热压模具的 制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一、将炭纤维以0. 5m/s的速率通过填满环氧树脂胶液的胶槽中浸渍；所述环 氧树脂胶液为环氧树脂与环氧树脂活性稀释剂660 ( 丁基缩水甘油醚)的混合树脂胶液， 所述环氧树脂胶液中环氧树脂活性稀释剂660( 丁基缩水甘油醚)的质量百分数为10% 20%，余量为环氧树脂；步骤二、将步骤一中经浸渍后的炭纤维通过环向缠绕与纵向缠绕交替的方式缠绕 于石墨芯模上，得到所需直径的预成型体；所述纵向缠绕的方向与石墨芯模轴向的夹角为 α ；所述预成型体的最内层炭纤维与最外层炭纤维的缠绕方式均为环向缠绕；所述α为 10° 30° ；步骤三、将步骤二中所述预成型体置于电阻炭化炉中，在温度为60°C 80°C条件 下进行固化处理，然后在升温速率为15°C /h 20°C /h的条件下升温至900°C进行炭化处理；步骤四、将步骤三中经炭化处理后的预成型体在酚醛树脂或浙青中浸渍4h 8h， 然后在升温速率为15°C /h 20°C /h的条件下升温至900°C进行炭化处理；步骤五、重复步骤四至预成型体的密度> 1. 70g/cm3时将预成型体转入真空高 温炉中，在真空度小于301 的条件下，以40°C /h 60°C /h的升温速率升温至2000°C 2300°C进行真空高温处理；步骤六、对步骤五中经真空高温处理后的预成型体进行机械加工，得到直径为 200mm 800mm，高度为150mm 800mm，壁厚15mm 80mm，环向拉伸强度彡180MPa的高强度炭/炭热压模具。上述步骤一中所述炭纤维为I 1 炭纤维，其中K代表丝束千根数。上述步骤二中所述缠绕的制度为将炭纤维在石墨芯模上连续环向缠绕3 5层， 然后再纵向缠绕1 3层，以此反复缠绕直至达到所需直径。上述步骤三中所述固化处理的时间为60h。本专利技术与现有技术相比具有以下优点(1)与针刺结构方式相比，本专利技术的缠绕结构方式可最大限度发挥炭纤维强度特 性，该结构可有效发挥炭纤维拉伸强度性能。(2)本专利技术相比单纯的环向缠绕结构方式，增加了小角度纵向缠绕纤维，该方向纤 维对环向作用力和纵向作用力均有贡献，弥补了环向缠绕结构的缺陷，且该结构提高了产 品的整体性能。(3)由于热压模具一般在高真空条件下使用，采用真空高温处理，可有效去除杂 质，在使用状态下大幅减少杂质的挥发。(4)本专利技术制造的炭/炭热压模具与石墨模具相比，厚度减小近三分之二，在炉腔 尺寸一定的情况下，使用本专利技术制造的炭/炭热压模具，大大提高了装炉量，同时提高了生 产效率，降低了成本。附图说明图1为本专利技术制造的高强度炭/炭热压模具的结构示意图。附图标记说明1-石墨芯模；2-炭纤维；α-纵向缠绕的方向与石墨芯模轴向的夹角。具体实施例方式实施例1步骤一、将I的炭纤维以0. 5m/s的速率通过填满环氧树脂胶液的胶槽中浸渍； 所述环氧树脂胶液为环氧树脂与环氧树脂活性稀释剂660 ( 丁基缩水甘油醚)的混合树脂 胶液，环氧树脂胶液中环氧树脂活性稀释剂稀释剂660 ( 丁基缩水甘油醚)的质量百分数为 10%，余量为环氧树脂；步骤二、将经浸渍后的炭纤维在石墨芯模1上进行连续环向缠绕，环向缠绕3层之 后再纵向缠绕3层，以此反复缠绕直至达到所需直径，所述纵向缠绕的方向与石墨芯模1轴向的夹角为10° ；步骤三、将预成型体置于电阻炭化炉中，在温度为60°C条件下固化处理60h，然后 升温速率为15°C /h的条件下升温至900°C进行炭化处理；步骤四、将经炭化处理后的预成型体在酚醛树脂中浸渍4h，然后在升温速率为 200C /h的条件下升温至900°C进行炭化处理；步骤五、重复步骤四至预成型体的密度> 1. 70g/cm3时将预成型体转入真空高温 炉中，在真空度小于30 的条件下，以40°C /h的升温速率升温至2000°C进行真空高温处 理；步骤六、对经真空高温处理后的预成型体进行机械加工，得到直径为200mm，高度 为150mm，壁厚为15mm，环向拉伸强度彡ISOMPa的高强度炭/炭热压模具。实施例2步骤一、将12K的炭纤维以0. 5m/s的速率通过填满环氧树脂胶液的胶槽中浸渍； 所述环氧树脂胶液为环氧树脂与环氧树脂活性稀释剂660 ( 丁基缩水甘油醚)的混合树脂 胶液，环氧树脂胶液中环氧树脂活性稀释剂稀释剂660 ( 丁基缩水甘油醚)的质量百分数为 20%，余量为环氧树脂；步骤二、将经浸渍后的炭纤维在石墨芯模1上进行连续环向缠绕，环向缠绕5层之 后再纵向缠绕1层，以此反复缠绕直至达到所需直径，所述纵向缠绕的方向与石墨芯模1轴 向的夹角为20° ；步骤三、将预成型体置于电阻炭化炉中，在温度为80°C条件下固化处理60h，然后 升温速率为20°C /h的条件下升温至900°C进行炭化处理；步骤四、将经炭化处理后的预成型体在浙青中浸渍他，然后在升温速率为15°C /h 的条件下升温至900°C进行炭化处理；步骤五、重复步骤四至预成型体的密度> 1. 70g/cm3时将预成型体转入真空高温 炉中，在真空度小于30 的条件下，以60°C /h的升温速率升温至2300°C进行真空高温处 理；步骤六、对经真空高温处理后的预成型体进行机械加工，得到直径为800mm，高度 为800mm，壁厚为80mm，环向拉伸强度彡ISOMPa的高强度炭/炭热压模具。实施例3步骤一、将8K的炭纤维以0. 5m/s的速率通过填满环氧树脂胶液的胶槽中浸渍； 所述环氧树脂胶液为环氧树脂与环氧树脂活性稀释剂660 ( 丁基缩水甘油醚)的混合树脂 胶液，环本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高强度炭／炭热压模具的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将炭纤维以０．５ｍ／ｓ的速率通过填满环氧树脂胶液的胶槽中浸渍；所述环氧树脂胶液为环氧树脂与环氧树脂活性稀释剂６６０的混合树脂胶液，所述环氧树脂胶液中环氧树脂活性稀释剂６６０的质量百分数为１０％～２０％，余量为环氧树脂；步骤二、将步骤一中经浸渍后的炭纤维（２）通过环向缠绕与纵向缠绕交替的方式缠绕于石墨芯模（１）上，得到所需直径的预成型体；所述纵向缠绕的方向与石墨芯模（１）轴向的夹角为α；所述预成型体的最内层炭纤维与最外层炭纤维的缠绕方式均为环向缠绕；所述α为１０°～３０°；步骤三、将步骤二中所述预成型体置于电阻炭化炉中，在温度为６０℃～８０℃条件下进行固化处理，然后在升温速率为１５℃／ｈ～２０℃／ｈ的条件下升温至９００℃进行炭化处理；步骤四、将步骤三中经炭化处理后的预成型体在酚醛树脂或沥青中浸渍４ｈ～８ｈ，然后在升温速率为１５℃／ｈ～２０℃／ｈ的条件下升温至９００℃进行炭化处理；步骤五、重复步骤四至预成型体的密度≥１．７０ｇ／ｃｍ↑［３］时将预成型体转入真空高温炉中，在真空度小于３０Ｐａ的条件下，以４０℃／ｈ～６０℃／ｈ的升温速率升温至２０００℃～２３００℃进行真空高温处理；步骤六、对步骤五中经真空高温处理后的预成型体进行机械加工，得到直径为２００ｍｍ～８００ｍｍ，高度为１５０ｍｍ～８００ｍｍ，壁厚１５ｍｍ～８０ｍｍ，环向拉伸强度≥１８０ＭＰａ的高强度炭／炭热压模具。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：肖志超，李永军，苏君明，侯卫权，彭志刚，陈青华，谢英姿，赵大明，
申请(专利权)人：西安超码科技有限公司，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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