[發明專利]熱模擬試驗機制備纖維增強復合板材的配套模具和方法

在審

• 申請號: 202010839616.3
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN111948016A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 王青峰;潘勇良;趙麗洋
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G01N1/36
• 分類號: G01N1/36;G01N1/28;G01N1/44;G01N1/42
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張明月

1.熱模擬試驗機制備纖維增強復合板材的配套模具，其特征在于：包括套筒（1）、左側壓頭（2）和右側壓頭（3），所述左側壓頭（2）的左端與熱模擬實驗機左側熱壓壓頭相連接，所述右側壓頭（3）的右端與熱模擬實驗機右側熱壓壓頭相連接，所述套筒（1）的前后兩側開設有貫穿孔且貫穿孔內嵌陶瓷管（4），所述套筒（1）的內側、左側壓頭（2）的右側和右側壓頭（3）的左側構成的腔體為樣品成型腔體且腔體形狀尺寸由樣品決定，所述樣品成型腔體與樣品單側間隙不大于0.5mm。

2.根據權利要求1所述的熱模擬試驗機制備纖維增強復合板材的配套模具，其特征在于：所述左側壓頭（2）的左側和右側壓頭（3）的右側均鋪設有石墨紙和鉭片，所述左側壓頭（2）的右側和右側壓頭（3）的左側均鋪設有石墨紙。

3.根據權利要求1所述的熱模擬試驗機制備纖維增強復合板材的配套模具，其特征在于：所述套筒（1）的壁厚取值范圍為5-10mm、長度取值范圍為15-40mm。

4.根據權利要求1所述的熱模擬試驗機制備纖維增強復合板材的配套模具，其特征在于：所述陶瓷管（4）的直徑取值范圍為1-2mm。

5.根據權利要求1所述的熱模擬試驗機制備纖維增強復合板材的配套模具，其特征在于：所述套筒（1）的內側直角邊、左側壓頭（2）和右側壓頭（3）分別與套筒（1）內側接觸的直角邊均倒圓角且圓角半徑為1mm。

6.根據權利要求1所述的熱模擬試驗機制備纖維增強復合板材的配套模具，其特征在于：所述套筒（1）、左側壓頭（2）和右側壓頭（3）的材質均采用硬質合金或者耐高溫導電陶瓷。

7.根據權利要求6所述的熱模擬試驗機制備纖維增強復合板材的配套模具，其特征在于：所述硬質合金為碳化鎢，所述耐高溫導電陶瓷為摻雜氧化鋯。

8.熱模擬試驗機制備纖維增強復合板材的方法，其特征在于：具體包括如下步驟：

S1：選取樣品，確定好樣品成型腔體的尺寸后，選取的樣品與樣品成型腔體的單側間隙不大于0.5mm；

S2：模具組裝：將右側壓頭（3）的左側涂上高溫潤滑劑，剪裁相同尺寸的石墨紙貼于表面，然后放入套筒中且位置不超過陶瓷管（4）的位置；將電偶絲從套筒（1）前后兩側的陶瓷管（4）中伸入，并緊貼于右側壓頭（3）的左側，然后將樣品平放至套筒（1）內使樣品與樣品成型腔體的單側間隙均為0.5mm，且樣品表面與右側壓頭（3）的左側貼合；將左側壓頭（2）的右側涂上高溫潤滑劑，剪裁同尺寸的石墨紙貼于表面，然后放入套筒中，壓實樣品；

將左側壓頭（2）的左側和右側壓頭（3）的右側涂上高溫潤滑劑，并黏貼石墨紙，然后再涂抹高溫潤滑劑，黏貼鉭片，鉭片和石墨紙尺寸相同且大小與熱模擬實驗機的熱壓壓頭尺寸一致；

S3：熱模擬過程：將組裝好的模具裝入熱模擬實驗機中，所述左側壓頭（2）的左端與熱模擬實驗機左側熱壓壓頭相連接，所述右側壓頭（3）的右端與熱模擬實驗機右側熱壓壓頭相連接，通過熱模擬實驗機的液壓系統實現壓力控制，通過熱電偶實現溫度控制；

熱模擬實驗機的熱壓壓頭將模具預緊，預緊壓力為3MPa，然后將熱電偶連接至熱模擬實驗機的控溫裝置；根據預設的真空度抽真空至20Pa以下，使用氬氣洗氣2次，模具通過熱模擬試驗機的脈沖加熱系統和循環水系統實現快速的升溫和降溫，且配合熱電偶的溫度負反饋對加熱和冷卻進行精準控制使模具內部的樣品處于相對穩定的溫度環境，通過熱模擬試驗機的壓力傳感器負反饋結果和液壓系統的壓力控制模式，控制模具左側壓頭（2）和右側壓頭（3）的壓縮量，實現了溫度與壓力同步升高，根據實驗設定的工藝曲線將模具內的樣品進行固結成型；

S4：工藝完成：待模具自然冷卻后，拔出左側壓頭（2）和右側壓頭（3），然后將固結后的樣品頂出，得到纖維增強復合板材。

9.根據權利要求8所述的熱模擬試驗機制備纖維增強復合板材的方法，其特征在于：根據成型樣品材料以及成型要求不同，采用熱電偶控制升溫速率且升溫速率為1-5℃/s、最終溫度不高于950℃，同時采用液壓系統控制壓力使壓力不高于60Mpa，保溫一段時間后，采用熱電偶控制降溫至600℃后冷卻至室溫。