燒結(jié)模及其它金剛石燒結(jié)模具

利用人造石墨材料熱變形的特點(diǎn)，可制造晶體管的燒結(jié)模具和支架，現(xiàn)已廣泛使用，它已成為發(fā)展半導(dǎo)體工業(yè)不可缺少的材料。此外，石墨模具也使用于鑄鐵用的鑄型，各種有色金屬用的耐久性鑄模，鑄鋼用鑄型，耐熱金屬（鈦，鋯，鉬等）用的鑄型及焊鋼軌用的鋁熱焊型的鑄型等。熱壓燒結(jié)金剛石工具用石墨模具,在金剛石工具制造過(guò)程中擔(dān)負(fù)著發(fā)熱元件和模具支撐的雙重作用,石墨模具質(zhì)量的優(yōu)劣,直接影響到金剛石工具的尺寸精度、外觀形狀等。熱壓燒結(jié)工藝要求:溫度達(dá)到(1 000±2)℃,成型壓力16～50 MPa,保溫保壓時(shí)間為15～30 min,環(huán)境為非真空狀態(tài)。在此工況條件下,既要求成型及發(fā)熱元件的石墨模具具有導(dǎo)電性、較高的電阻率、足夠的機(jī)械強(qiáng)度,還需要其具有良好的化性能和較長(zhǎng)的使用壽命,以確保金剛石工具的尺寸精度和優(yōu)異性能。3、焙燒溫度600℃、焙燒時(shí)間50分鐘、在70℃下酸浸40min。目前,西方發(fā)達(dá)國(guó)家金剛石工具制造用石墨模具材料,主要為超細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)、高純度和高石墨化度的石墨材料,要求其平均粒徑小于15μm,甚至10μm以下,中等氣孔尺寸小于2μm。用此炭素原料做成的石墨模具,氣孔率小、結(jié)構(gòu)致密、表面光潔度高、化性較強(qiáng),平均使用壽命可達(dá)30～40次。金剛石模具要求材質(zhì)硬度高，化性能好，加工精度高等特點(diǎn)，采用石墨原材料大大延長(zhǎng)了模具使用壽命和提高了化性能。

石墨粉在模具中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，石墨粉的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，它不僅有導(dǎo)電功能，還有潤(rùn)滑的作用。您對(duì)石墨粉在模具中的應(yīng)用了解多少呢?

(1)加工速度更快：通常情況下，石墨的機(jī)械加工速度能比銅快2~5倍;而放電加工速度比銅快2~3倍;資料更不簡(jiǎn)單變形：在薄筋電極的加工上優(yōu)勢(shì)顯著;銅的軟化點(diǎn)在1000度左右，簡(jiǎn)單因受熱而發(fā)生變形;石墨的提高溫度為3650度;熱膨脹系數(shù)僅有銅的1/30。碳要在2000-3300度高溫的環(huán)境下經(jīng)過(guò)至少十幾個(gè)晝夜的石墨化過(guò)程才能成為石墨，因此，石墨中的有毒有害物質(zhì)早已釋放殆盡，至少在2000度以內(nèi)是非常穩(wěn)定的。

(2)分量更輕：石墨的密度只要銅的1/5，大型電極進(jìn)行放電加工時(shí)，能有用下降機(jī)床(EDM)的擔(dān)負(fù);更適合于在大型模具上的使用。

(3)放電耗費(fèi)更小;由于火花油中也富含C原子，在放電加工時(shí)，高溫招致火花油中的C原子被分化出來(lái)，轉(zhuǎn)而在石墨電極的外表構(gòu)成保護(hù)膜，抵償了石墨電極的損耗。

(4)沒(méi)有毛刺;銅電極在加工完成后，還需手藝進(jìn)行修整以去除毛刺，而石墨加工后沒(méi)有毛刺，節(jié)省了很多本錢，一起更簡(jiǎn)單完成自動(dòng)化出產(chǎn);

(5)石墨更簡(jiǎn)單研磨和拋光;由于石墨的切削阻力只要銅的1/5，更簡(jiǎn)單進(jìn)行手藝的研磨和拋光;

(6)資料本錢更低，價(jià)錢更安穩(wěn);由于近幾年銅價(jià)上漲，如今各向同性石墨的價(jià)錢比銅更低，一樣體積下，普遍性石墨粉產(chǎn)物的價(jià)錢比銅的價(jià)錢低30%～60%，而且價(jià)錢更安穩(wěn)，短期價(jià)錢動(dòng)搖十分小。正是這種優(yōu)勢(shì)，石墨逐步替代銅成為EDM電極的資料。

目前,人們往往忽視了石墨的電化學(xué)腐蝕,對(duì)提高石墨材料的電化學(xué)耐腐蝕性的研究相對(duì)較少。 本研究來(lái)源于新型電池用天然石墨材料的制備技術(shù)研究的課題(國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助,通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn),首先采用堿熔法對(duì)隱晶質(zhì)石墨進(jìn)行提純工藝研究,使其含碳量由79.82%提升至98.11%。隱晶質(zhì)石墨的較佳提純工藝條件為:石墨與NaOH質(zhì)量比=1:0.5、石墨:HCI質(zhì)量比=1:0.3、焙燒溫度600℃、焙燒時(shí)間50分鐘、在70℃下酸浸40min。石墨能夠?qū)щ娛且驗(yàn)槭忻總€(gè)碳原子與其他碳原子只形成3個(gè)共價(jià)鍵,每個(gè)碳原子仍然保留1個(gè)自由電子來(lái)傳輸電荷。SEM分析表明隱晶質(zhì)石墨具有晶質(zhì)特征,理論上具有制備石墨層間化合物的可能,因此實(shí)驗(yàn)以提純后的隱晶質(zhì)石墨為原料,對(duì)其進(jìn)行酸化插層制備可膨脹石墨,并與天然鱗片石墨的插層效果相比,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隱晶質(zhì)石墨具有一定的酸化插層效果,為拓寬隱晶質(zhì)石墨的應(yīng)用提供一定的參考和借鑒。

石墨由微小點(diǎn)狀逐步變?yōu)榇值念w粒，甚至出現(xiàn)鏈狀，石墨化是鋼材的滲碳體組織長(zhǎng)期處于高溫后發(fā)生自行分解而出現(xiàn)石墨的現(xiàn)象，低碳鋼在450°C以上，O.5Mo鋼在480°C以上長(zhǎng)期使用將逐步發(fā)生石墨化轉(zhuǎn)變，由于石墨的強(qiáng)度極低，嚴(yán)重石墨化后的鋼材相當(dāng)于內(nèi)部存在若干空穴，從而使鋼材的強(qiáng)度下降，沖擊功下降更為明顯。經(jīng)過(guò)特殊加工的石墨，具有耐腐蝕，導(dǎo)熱性好，滲透率低等特點(diǎn)，而廣泛用于制作熱交換器，反應(yīng)槽，凝縮器，燃燒塔，吸收塔，冷卻器，加熱器，過(guò)濾器，泵等設(shè)備。

鋼材中若加入少量與C結(jié)合力強(qiáng)的元素，如Cr、Ti、V等元素可以阻止石墨化現(xiàn)象發(fā)生，含Cr量在0.5%左右即有明顯的阻止石墨化的效果，和晶間腐蝕不一樣，晶間腐蝕一般指碳和鉻產(chǎn)生反應(yīng)，生成Cr23C6，這樣很少的碳原子就會(huì)消耗掉很多鉻原子，在晶界產(chǎn)生貧鉻現(xiàn)象，鉻原子是防腐蝕的主要元素，含量低了耐腐蝕性就差了，容易在晶界產(chǎn)生腐蝕，這種腐蝕叫晶間腐蝕。石墨在常溫下使用時(shí)能經(jīng)受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時(shí)，石墨的體積變化不大，不會(huì)產(chǎn)生裂紋。

較好的方法還是降低含碳量和適當(dāng)?shù)奶岣吆t量，溫度升高將使石墨化現(xiàn)象加速發(fā)展，但溫度高于700°C時(shí)，反而使分解出的石墨重新與鐵元素化合成為Fe3C，焊縫熱影響區(qū)尤其容易出現(xiàn)石墨化，而且石墨常呈鏈狀，極易引起脆裂，石墨化的程度常分成4級(jí)進(jìn)行評(píng)定，不同級(jí)別石墨化時(shí)對(duì)鋼材冷彎角與沖擊功的影響。11:3(質(zhì)量比),制得在300℃時(shí)膨脹容積為180mL/g。