一种冷等静压模具及其组装方法

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种冷等静压模具及其组装方法。

背景技术

随着半导体技术的快速发展，溅射靶材作为半导体芯片加工的重要原料，通过气相沉积等工艺在芯片表面形成薄膜，再经刻蚀形成纳米级别的金属线，将半导体芯片内部数以亿计的微型晶体管相互连接起来，从而起到传递信号的作用；可见，金属靶材在制备半导体器件薄膜电极、互联线及阻挡层等方面有着广泛应用，但该过程中对靶材的纯度及气体含量要求较高。

在目前的靶材生产过程中，原料粉末可经过粉末混合、冷等静压及真空烧结等步骤得到坯料，再经电子束熔炼炉提纯得到高纯度锭材，再通过压力加工、塑形变形、真空热处理，最终得到宏观无缺陷以及微观晶粒尺寸较小的靶材。在粉末成型过程中，通常采用等静压技术，将粉末装入模具中，通过介质向模具均匀加压，使粉末成型得到坯体；在此过程中坯体的形状与所用模具的结构密切相关，且由于冷等静压通常所用模具的材质为软质材料，如橡胶等，若是受力不均匀，容易发生变形，难以重复使用，由于模具的形状及结构对内部粉末受力的均匀性、坯体内部组织的均匀性、内应力存在与否都会有较大的影响，因而需要对模具的结构进行优化设计。

CN 201211717Y公开了一种冷等静压碳材模具，该模具包括塑料布套筒，金属笼，筒形或六面体形成型装置，其中塑料布套筒用于装料，成型装置置于金属笼内，塑料布套筒置于成型装置内，自内向外依次为塑料布套筒、成型装置及金属笼；该模具中采用塑料布以及橡胶材质的两层结构，但均属于易变形材质的结构，且金属笼的结构单一，只能够匹配单一尺寸的套筒及成型装置。

CN 203917913U公开了一种冷等静压成型模具，包括密封胶套和设置在其内的钢模，密封胶套由橡胶套和橡胶塞组成，钢模由组合阴模以及设置在组合阴模内的上动模和下动模组成，组合阴模由长侧板、短侧板、上紧固圈和下紧固圈组成，长、短侧板均竖直设置，两者的上端通过上紧固圈箍紧，下端通过下紧固圈箍紧，长侧板、短侧板、上动模和下动模形成的腔体为金属粉末填充腔，长、短侧板均为钢板，上、下动模均为钢模。该模具将胶套设置在外侧，而钢模设置在内部，主要适用于大尺寸、高压压制力的坯体成型过程，适用范围较窄，在冷等静压成型中有众多方面也需要使用到传统的胶膜成型模具。

综上所述，对于冷等静压模具的结构设计，还需要根据实际应用选择相应的组合结构，保证模具表面受力均匀，不易发生变形，可重复使用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种冷等静压模具及其组装方法，所述模具通过将橡胶包套和金属包套配合使用，可有效防止橡胶包套在冷等静压过程中发生塑性变形，使其能够重复使用；同时金属包套的结构设计，便于其与橡胶包套的组合，且保证橡胶包套能够受力均匀，从而得到内部组织均匀的成型坯料。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种冷等静压模具，所述冷等静压模具包括橡胶包套和金属包套，所述金属包套包覆在橡胶包套的外侧，与橡胶包套直接接触；所述橡胶包套内填充待成型粉末，所述金属包套呈空心结构，其侧面均匀设有第一贯穿孔；

所述金属包套包括固定部分和活动部分，两者以中心线为轴对称设置，所述固定部分和活动部分连接的位置，一侧是以轴接方式相连，另一侧是通过拆卸式固定件相连，所述活动部分以轴接部位为轴可旋转打开。

本发明中，冷等静压作为粉末成型的重要工艺，冷等静压模具对成型过程及结果具有重要作用，本发明中的冷等静压模具将橡胶模具和金属模具配合使用，将金属模具置于橡胶包套的外侧，能够有效防止橡胶包套的塑性变形，而基于橡胶包套等软质材料更有助于压力的传递，为避免外侧金属包套的影响，其侧面均匀设置贯穿孔，便于介质压力直接作用于橡胶包套上，压力分布更均匀；而金属包套中固定和活动部分的结构设计，有助于橡胶包套的装入和取出，保证其在金属包套内的填充均匀性；上述结构设计能够保证冷等静压时包套受力的均匀性，从而保证坯料成型后内部组织的均匀性，提高坯料的性能，也有助于橡胶包套的重复使用，提高模具的利用率。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述橡胶包套呈圆柱状。

优选地，所述橡胶包套的直径为150～200mm，例如150mm、160mm、170mm、180mm、190mm或200mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；长度为1000～1200mm，例如1000mm、1050mm、1100mm、1150mm或1200mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，圆柱状的包套结构相比方形结构，其规整性更强，有助于包套受力的均匀性。

优选地，所述橡胶包套填充待成型粉末后抽真空并封口。

优选地，所述待成型粉末包括金属粉末和/或陶瓷粉末。

作为本发明优选的技术方案，所述金属包套包括钢包套或铝合金包套。

优选地，所述金属包套呈空心圆柱状，下端封闭，上端开口。

优选地，所述金属包套的壁厚为5～10mm，例如5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述金属包套侧壁上的第一贯穿孔沿轴向和周向均匀设置，所述第一贯穿孔的直径为20～30mm，例如20mm、22mm、24mm、25mm、27mm、28mm或30mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，相邻两个第一贯穿孔之间的距离为150～200mm，例如150mm、160mm、170mm、180mm、190mm或200mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述金属包套的轴向两端均设有法兰，所述法兰分为上法兰和下法兰。

优选地，所述下法兰将金属包套的底部和侧面圆筒固定连接，所述上法兰固定在侧面圆筒的上部。

本发明中，所述下法兰的作用主要在于固定支撑装于金属包套内的橡胶包套，其与金属包套的组合方式采用焊接固定；上法兰的作用主要在于便于机械臂夹取金属包套，方便转运，同样可采用焊接固定的方式。

作为本发明优选的技术方案，所述固定部分和活动部分的轴接部位设有门轴，所述门轴呈圆柱状。

优选地，所述拆卸式固定件包括快拆螺栓。

优选地，所述门轴和拆卸式固定件均沿金属包套的轴向设置，两者位于对称的两条轴线上，其数量独立地至少为两个，例如两个、三个或四个等。

优选地，所述活动部分旋转打开后，露出金属包套的内部，装入橡胶包套后旋转闭合、固定。

作为本发明优选的技术方案，所述冷等静压模具还包括吊装组件，所述吊装组件中设有多个圆柱状孔洞，用于放入组装后的橡胶包套和金属包套。

优选地，所述吊装组件的侧面与外围圆柱状孔洞的侧壁之间以及相邻圆柱状孔洞之间均匀设有第二贯穿孔。

优选地，所述吊装组件通过链条连接到吊具上，由吊具带动吊装组件移动。

本发明中，所述吊装组件的使用，相比传统的钢丝捆绑固定，能够更好的固定包套，在冷等静压过程中不会发生脱落等情况，能更好受力保护好橡胶包套。

另一方面，本发明提供了一种上述冷等静压模具的组装方法，所述组装方法包括以下步骤：

(1)将待成型粉末填充到橡胶包套并压实，橡胶包套抽真空后封口；

(2)将金属包套的活动部分打开，露出金属包套的内部，将步骤(1)填充后的橡胶包套装入，再将活动部分旋转闭合并固定，完成橡胶包套和金属包套的组装。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述待成型粉末包括金属粉末和/或陶瓷粉末，优选包括钽粉。

优选地，步骤(1)所述橡胶包套封口的方式包括采用粘接剂封口。

优选地，所述粘接剂包括AB胶。

作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述金属包套的活动部分以轴接部位为轴旋转打开。

优选地，步骤(2)所述橡胶包套装入后，橡胶包套的外侧面贴紧金属包套的内壁。

优选地，步骤(2)所述活动部分旋转闭合后，采用快拆螺栓将固定部分和活动部分固定连接。

作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述橡胶包套和金属包套完成组装后，将其放入吊装组件中尺寸匹配的圆柱状孔洞中。

优选地，所述吊装组件中的圆柱状孔洞填充后，采用吊具将吊装组件放入冷等静压机中，冷等静压完成后以同样方式取出。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所述冷等静压模具将橡胶模具和金属模具配合使用，将金属模具置于橡胶包套的外侧，能够有效防止橡胶包套的塑性变形，金属模具侧面均匀设置贯穿孔，便于介质压力直接作用于橡胶包套上，压力分布更均匀，从而保证坯料成型后内部组织的均匀性，提高成型坯料的性能；

(2)本发明所述金属包套中固定部分和活动部分的结构设计，有助于橡胶包套的装入和取出，保证其在金属包套内的填充均匀性；

(3)本发明所述冷等静压模具不易发生变形，有助于橡胶包套的重复使用，提高模具的利用率；

(4)本发明所述冷等静压模具结构及装配过程简单便捷，稳定性强，成本较低，适用范围广。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的冷等静压模具的结构示意图；

图2是本发明实施例1提供的吊装组件的结构示意图；

其中，1-橡胶包套，2-金属包套，3-门轴，4-第一贯穿孔，5-拆卸式固定件，6-法兰，7-吊装组件，8-吊具。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

本发明具体实施方式部分提供了一种冷等静压模具及其组装方法，所述冷等静压模具包括橡胶包套1和金属包套2，所述金属包套2包覆在橡胶包套1的外侧，与橡胶包套1直接接触；所述橡胶包套1内填充待成型粉末，所述金属包套2呈空心结构，其侧面均匀设有第一贯穿孔4；

所述金属包套2包括固定部分和活动部分，两者以中心线为轴对称设置，所述固定部分和活动部分连接的位置，一侧是以轴接方式相连，另一侧是通过拆卸式固定件5相连，所述活动部分以轴接部位为轴可旋转打开。

以下为本发明典型但非限制性实施例：

实施例1：

本实施例提供了一种冷等静压模具，所述冷等静压模具的结构示意图如图1所示，包括橡胶包套1和金属包套2，所述金属包套2包覆在橡胶包套1的外侧，与橡胶包套1直接接触；所述橡胶包套1内填充待成型粉末，所述金属包套2呈空心结构，其侧面均匀设有第一贯穿孔4；

所述金属包套2包括固定部分和活动部分，两者以中心线为轴对称设置，所述固定部分和活动部分连接的位置，一侧是以轴接方式相连，另一侧是通过拆卸式固定件5相连，所述活动部分以轴接部位为轴可旋转打开。

所述橡胶包套1呈圆柱状，其直径为150mm，长度为1200mm。

所述橡胶包套1填充待成型粉末后抽真空并封口，所述待成型粉末为钽粉。

所述金属包套2为钢包套。

所述金属包套2呈空心圆柱状，下端封闭，上端开口，其壁厚为5mm。

所述金属包套2侧壁上的第一贯穿孔4沿轴向和周向均匀设置，所述第一贯穿孔4的直径为20mm，相邻两个第一贯穿孔4之间的距离为150mm。

所述金属包套2的轴向两端均设有法兰6，所述法兰6分为上法兰和下法兰。

所述下法兰将金属包套2的底部和侧面圆筒固定连接，所述上法兰固定在侧面圆筒的上部。

所述固定部分和活动部分的轴接部位设有门轴3，所述门轴3呈圆柱状；

所述拆卸式固定件5为快拆螺栓。

所述门轴3和拆卸式固定件5均沿金属包套2的轴向设置，两者位于对称的两条轴线上，门轴3的数量为两个，拆卸式固定件5的数量为三个。

所述活动部分旋转打开后，露出金属包套2的内部，装入橡胶包套1后旋转闭合、固定。

所述冷等静压模具还包括吊装组件7，所述吊装组件的结构示意图如图2所示，所述吊装组件7中设有多个圆柱状孔洞，用于放入组装后的橡胶包套1和金属包套2。

所述吊装组件7的侧面与外围圆柱状孔洞的侧壁之间以及相邻圆柱状孔洞之间均匀设有第二贯穿孔。

所述吊装组件7通过链条连接到吊具8上，由吊具8带动吊装组件7移动。

实施例2：

本实施例提供了一种冷等静压模具，所述冷等静压模具包括橡胶包套1和金属包套2，所述金属包套2包覆在橡胶包套1的外侧，与橡胶包套1直接接触；所述橡胶包套1内填充待成型粉末，所述金属包套2呈空心结构，其侧面均匀设有第一贯穿孔4；

所述金属包套2包括固定部分和活动部分，两者以中心线为轴对称设置，所述固定部分和活动部分连接的位置，一侧是以轴接方式相连，另一侧是通过拆卸式固定件5相连，所述活动部分以轴接部位为轴可旋转打开。

所述橡胶包套1呈圆柱状，其直径为160mm，长度为1100mm。

所述橡胶包套1填充待成型粉末后抽真空并封口，所述待成型粉末为钽粉。

所述金属包套2为钢包套。

所述金属包套2呈空心圆柱状，下端封闭，上端开口，其壁厚为7mm。

所述金属包套2侧壁上的第一贯穿孔4沿轴向和周向均匀设置，所述第一贯穿孔4的直径为25mm，相邻两个第一贯穿孔4之间的距离为160mm。

所述金属包套2的轴向两端均设有法兰6，所述法兰6分为上法兰和下法兰。

所述下法兰将金属包套2的底部和侧面圆筒固定连接，所述上法兰固定在侧面圆筒的上部。

所述固定部分和活动部分的轴接部位设有门轴3，所述门轴3呈圆柱状；

所述拆卸式固定件5为快拆螺栓。

所述门轴3和拆卸式固定件5均沿金属包套2的轴向设置，两者位于对称的两条轴线上，门轴3的数量为三个，拆卸式固定件5的数量为三个。

所述活动部分旋转打开后，露出金属包套2的内部，装入橡胶包套1后旋转闭合、固定。

所述冷等静压模具还包括吊装组件7，所述吊装组件7中设有多个圆柱状孔洞，用于放入组装后的橡胶包套1和金属包套2。

所述吊装组件7的侧面与外围圆柱状孔洞的侧壁之间以及相邻圆柱状孔洞之间均匀设有第二贯穿孔。

所述吊装组件7通过链条连接到吊具8上，由吊具8带动吊装组件7移动。

实施例3：

本实施例提供了一种冷等静压模具，所述冷等静压模具包括橡胶包套1和金属包套2，所述金属包套2包覆在橡胶包套1的外侧，与橡胶包套1直接接触；所述橡胶包套1内填充待成型粉末，所述金属包套2呈空心结构，其侧面均匀设有第一贯穿孔4；

所述金属包套2包括固定部分和活动部分，两者以中心线为轴对称设置，所述固定部分和活动部分连接的位置，一侧是以轴接方式相连，另一侧是通过拆卸式固定件5相连，所述活动部分以轴接部位为轴可旋转打开。

所述橡胶包套1呈圆柱状，其直径为200mm，长度为1000mm。

所述橡胶包套1填充待成型粉末后抽真空并封口，所述待成型粉末为锆粉。

所述金属包套2为铝合金包套。

所述金属包套2呈空心圆柱状，其壁厚为10mm。

所述金属包套2侧壁上的第一贯穿孔4沿轴向和周向均匀设置，所述第一贯穿孔4的直径为30mm，相邻两个第一贯穿孔4之间的距离为180mm。

所述金属包套2的轴向两端均设有法兰6，所述法兰6分为上法兰和下法兰。

所述下法兰将金属包套2的底部和侧面圆筒固定连接，所述上法兰固定在侧面圆筒的上部。

所述固定部分和活动部分的轴接部位设有门轴3，所述门轴3呈圆柱状；

所述拆卸式固定件5为快拆螺栓。

所述门轴3和拆卸式固定件5均沿金属包套2的轴向设置，两者位于对称的两条轴线上，门轴3的数量为三个，拆卸式固定件5的数量为四个。

所述活动部分旋转打开后，露出金属包套2的内部，装入橡胶包套1后旋转闭合、固定。

所述冷等静压模具还包括吊装组件7，所述吊装组件7中设有多个圆柱状孔洞，用于放入组装后的橡胶包套1和金属包套2。

所述吊装组件7的侧面与外围圆柱状孔洞的侧壁之间以及相邻圆柱状孔洞之间均匀设有第二贯穿孔。

所述吊装组件7通过链条连接到吊具8上，由吊具8带动吊装组件7移动。

实施例4：

本实施例提供了一种冷等静压模具的组装方法，所述冷等静压模具采用实施例1中的模具，其组装方法包括以下步骤：

(1)将待成型粉末钽粉填充到橡胶包套1并压实，橡胶包套1抽真空后封口，所述抽真空后橡胶包套1内的压力降至10

(2)将金属包套2的活动部分以轴接部位为轴旋转打开，露出金属包套2的内部，将步骤(1)填充后的橡胶包套1装入，橡胶包套1的外侧面贴紧金属包套2的内壁，再将活动部分旋转闭合，采用快拆螺栓将固定部分和活动部分固定连接，完成橡胶包套1和金属包套2的组装；

(3)步骤(2)所述橡胶包套1和金属包套2完成组装后，将其放入吊装组件7中尺寸匹配的圆柱状孔洞中，所述圆柱状孔洞填满后，采用吊具8将吊装组件7放入冷等静压机中，冷等静压完成后以同样方式取出。

实施例5：

本实施例提供了一种冷等静压模具的组装方法，所述冷等静压模具采用实施例2中的模具，其组装方法包括以下步骤：

(1)将待成型粉末钽粉填充到橡胶包套1并压实，橡胶包套1抽真空后封口，所述抽真空后橡胶包套1内的压力降至5×10

(2)将金属包套2的活动部分以轴接部位为轴旋转打开，露出金属包套2的内部，将步骤(1)填充后的橡胶包套1装入，橡胶包套1的外侧面贴紧金属包套2的内壁，再将活动部分旋转闭合，采用快拆螺栓将固定部分和活动部分固定连接，完成橡胶包套1和金属包套2的组装；

(3)步骤(2)所述橡胶包套1和金属包套2完成组装后，将其放入吊装组件7中尺寸匹配的圆柱状孔洞中，所述圆柱状孔洞填满后，采用吊具8将吊装组件7放入冷等静压机中，冷等静压完成后以同样方式取出。

采用上述实施例中的冷等静压模具进行粉末的冷等静压成型，其得到的成型坯料内部均匀性好，无裂纹产生，强度较高；且模具可重复使用，无需频繁更换。

对比例1：

本对比例提供了一种冷等静压模具，所述冷等静压模具的结构参照实施例1中模具的结构，区别仅在于：金属包套2无固定部分和活动部分的划分，为一个整体，橡胶包套1由上端开口装入。

本对比例中，由于金属包套不能旋转打开，橡胶包套的装入较为困难，且在金属包套内部分布均匀性不强，无法保证均能贴紧金属包套的内壁，冷等静压时受力不均匀，容易造成成型件内部组织均匀性降低，且橡胶包套容易发生变形。

对比例2：

本对比例提供了一种冷等静压模具，所述冷等静压模具的结构参照实施例1中模具的结构，区别仅在于：金属包套2的侧面不设置第一贯穿孔4。

本对比例中，由于金属包套上未设置贯穿孔，冷等静压时介质压力直接作用于金属包套上，由于其材质较硬，相同介质压力下传递到内部橡胶包套及待成型粉末的压制力降低，所得成型坯料的强度降低30％左右。

综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述冷等静压模具将橡胶模具和金属模具配合使用，将金属模具置于橡胶包套的外侧，能够有效防止橡胶包套的塑性变形，金属模具侧面均匀设置贯穿孔，便于介质压力直接作用于橡胶包套上，压力分布更均匀，从而保证坯料成型后内部组织的均匀性，提高成型坯料的性能；所述金属包套中固定部分和活动部分的结构设计，有助于橡胶包套的装入和取出，保证其在金属包套内的填充均匀性；所述冷等静压模具不易发生变形，有助于橡胶包套的重复使用，提高模具的利用率；所述冷等静压模具结构及装配过程简单便捷，稳定性强，成本较低，适用范围广。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细装置与方法，但本发明并不局限于上述详细装置与方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细装置与方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明装置的等效替换及辅助装置的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。