【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及復合材料錐體結構制備，具體而言，涉及一種基于熱等靜壓的復合材料錐體結構及其制備方法。
技術介紹
1、長壽命高溫等離子體質譜接口錐作為電感耦合等離子體離子源與質譜儀聯用的關鍵部件，是將等離子體中產生的離子提取進真空系統的關鍵單元，承擔了離子由大氣壓壓力下向真空壓力的關鍵傳輸功能。其對高溫(4000-10000k)等離子體提取、離子傳輸與聚焦、真空差分等有重要作用。接口錐材料純度、缺陷、整體導熱能力、耐酸能力，以及尖端和孔口的尺寸精度和表面質量等直接影響著儀器的靈敏度、噪音、壽命、耐酸堿性等性能指標，目前國內引進的icpms儀器和國產icpms使用的接口錐全部依賴進口。
2、單一種材料的金屬接口錐常常不能滿足使用要求，例如，純鎳常常用來做為接口錐的基礎材料，鎳材料具有良好的耐高溫性能，但是其導熱性能較差。接口錐的惡劣的高溫工作環境會使得接口錐尖端口部處的熱量聚集無法導出，導致錐孔快速膨脹/擴大/失效，接口錐壽命大大減小，無法保證離子源與質量分析器的真空環接口，影響儀器的正常使用，此外，同一種材料的接口錐由于錐口溫度過高會導致鎳材料揮發，儀器檢測到的鎳背景信號過高，影響測量的靈敏度。純銅材料具有優異的導熱性能，但是其耐高溫性能較差，暴露在空氣中容易氧化腐蝕，同時對存放的條件要求較高。
3、因此，純鎳材料適合作為接口錐的尖端耐高溫材料，而不適宜作為導熱材料，純銅適宜作為接口錐的導熱材料，而不適宜作為尖端耐高溫材料，因此鎳銅的復合材料金屬結構可以綜合兩種金屬材料的優異性能，在極端惡劣的環境中使用。而如
4、專利cn202311873448公開了一種精密接口錐部件及其制備方法和應用，采用增材技術實現復合材料椎體結構的制備。增材制造技術包括激光送粉或送絲沉積技術和/或電子束送絲沉積技術。增材制造技術是一種快速制造技術，通過添加材料層疊構建三維物體，方向性是指打印物體中各個部分的力學性能和性質在不同方向上的差異。在增材制造技術過程中，打印材料的晶粒結構/層間粘合等因素會導致材料性能在不同方向上有所差異。增材制造技術在向上堆積方向的結構材料性能較好。
5、但是在堆積方向的垂直方向的晶相和組織/力學性能較差，影響接口錐的壽命和使用。此外，增材制造技術，在材料內部容易出現未熔化的粉粒，內部存在孔隙，在真空環境中會揮發出氣體，影響儀器的性能。因此很明顯采用增材制造技術制備的復合材料接口錐難以滿足使用需求。
6、有鑒于此，特提出本申請。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是采用增材制造技術制備的復合材料接口錐在堆積方向的垂直方向的晶相和組織/力學性能較差，影響接口錐的壽命和使用，材料內部容易出現未熔化的粉粒，內部存在孔隙，導致接口錐在真空環境中會揮發出氣體，目的在于提供一種基于熱等靜壓的復合材料錐體結構及其制備方法，通過將復合材料錐體結構拆分為多個組件，然后利用熱等靜壓工藝實現不同材料組件之間熔合，從而形成整體成型結構，能夠保證椎體結構的復合材料在各個方向上的力學性能一致性，提高材料內部的致密化程度。
2、本專利技術通過下述技術方案實現：
3、第一方面，本專利技術提供一種基于熱等靜壓的復合材料錐體結構制備方法，包括如下步驟：
4、(1)分別加工復合材料錐體結構的組成零件；
5、(2)將組成零件從上至下依次裝配形成柱體裝配件；
6、(3)將柱體裝配件置于熱等靜壓裝置中及進行界面熔合；
7、(4)根據復合材料錐體結構的形狀尺寸，機械加工去除余量。
8、本專利技術通過將復合材料錐體結構拆分為多個組件，然后利用熱等靜壓工藝實現不同材料組件之間熔合，從而形成整體成型結構，能夠保證椎體結構的復合材料在各個方向上的力學性能一致性，提高材料內部的致密化程度。
9、本專利技術中涉及到的復合材料錐體結構，以接口錐進行舉例，由于純鎳材料等適合作為接口錐的尖端耐高溫材料，而純銅材料適宜作為接口錐的錐基導熱材料，因此將接口錐的不同部位用不同材料能夠大大的提高接口錐的性能，而如何將兩個部位兩種材料更好的結合制備出來，則成了工藝的難題。通常目前比較成熟的增材制造技術能夠實現多種材料復合結構部件的制備，但是與增材堆積方向相垂直的方向上，材料的晶相和組織/力學性能較差，內部容易出現未熔化的粉粒，內部存在孔隙，因此無法滿足接口錐在真空高溫環境的使用。
10、因此本專利技術通過創造性的將復合材料錐體結構所需要的材料分解為多個不同材料的零部組件，然后形成裝配成與接口錐復合各材料分布相匹配的柱體裝配件，然后通過熱等靜壓工藝進行熔合形成整體結構，能夠保證材料在各個方向上力學性能的一致，避免了在某個方向上力學性能差的情況，同時在熱等靜壓工藝熔合成型的過程中，不會存在粉粒，各組件內部即使存在孔隙，在熱等靜壓熔合的過程中也能夠使孔隙氣體充分的排出，保證復合材料內部的致密性。
11、在某一具體實施方式中，所述組成零件包括從上至下依次裝配的錐尖片(4)、錐基上層板(5)、錐基內芯板(6)和錐基下層板(7)；
12、所述錐基內芯板(6)為中心具有通孔的錐形環板，所述錐形環板的底部邊緣還延伸有環邊；
13、所述錐基下層板(7)為中心具有圓臺形凸起的圓柱臺，所述錐基下層板(7)的上表面與錐基內芯板(6)內表面完全匹配，所述錐基內芯板(6)裝配在錐基下層板(7)上；
14、所述錐基上層板(5)呈圓柱結構，錐基上層板(5)的下表面開設有裝配槽，錐基內芯板(6)和錐基下層板(7)裝配在裝配槽中；
15、所述錐基上層板(5)的上表面還開設有與錐尖片(4)形狀相匹配的圓槽。
16、本專利技術將復合材料椎體結構劃分為4個組成零件，錐尖片作為錐尖部位的材料，錐基上層板和錐基下層板作為錐基部位的外部包覆材料，錐基內芯板則作為錐基部位的內部芯材，將4個組成零件以上述設計的特定結構裝配后再經熱等靜壓熔合從而形成整體一體結構，最后先確認錐基內芯板在錐體結構中的位置，再以此為基準依照椎體結構的尺寸設計要求，去除上下左右的加工余量，即可獲得復合材料錐體零件。
17、在某一具體實施方式中，所述組成零件包括從上至下依次裝配的錐基上層板(5)、錐基內芯板(6)和錐基下層板(7)；
18、所述錐基內芯板(6)為中心具有通孔的錐形環板，所述錐形環板的底部邊緣還延伸有環邊；
19、所述錐基下層板(7)為中心具有圓臺形凸起的圓柱臺，所述錐基下層板(7)的上表面與錐基內芯板(6)內表面完全匹配，所述錐基內芯板(6)裝配在錐基下層板(7)上；
20、所述錐基上層板(5)呈圓柱結構，錐基上層板(5)的下表面開設有裝配槽，錐基內芯板(6)和錐基下層板(7)裝配在裝配槽中；
21、所述錐基上層板(5)、錐基內芯板(6)和錐基下層板(7)在裝配經過熱等靜壓處理后，在錐基上層板(5)表面中心處加工圓柱孔，將圓本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于熱等靜壓的復合材料錐體結構制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于熱等靜壓的復合材料錐體結構制備方法，其特征在于，所述組成零件包括從上至下依次裝配的錐尖片(4)、錐基上層板(5)、錐基內芯板(6)和錐基下層板(7)；
3.根據權利要求1所述的基于熱等靜壓的復合材料錐體結構制備方法，其特征在于，所述組成零件包括從上至下依次裝配的錐基上層板(5)、錐基內芯板(6)和錐基下層板(7)；
4.根據權利要求2所述的基于熱等靜壓的復合材料錐體結構制備方法，其特征在于，所述錐基內芯板(6)朝向環內徑的方向厚度逐漸縮小呈錐狀結構。
5.根據權利要求2所述的基于熱等靜壓的復合材料錐體結構制備方法，其特征在于，錐基下層板(7)的底面與錐基上層板(5)的底面完全齊平。
6.根據權利要求1所述的基于熱等靜壓的復合材料錐體結構制備方法，其特征在于，所述熱等靜壓的工藝條件為：包套的真空度優于2×10-3pa條件下脫氣，溫度為500℃～800℃，施加壓力為100Mpa～200Mpa，保溫時間3～6小時，隨爐冷卻。
7.根據權利要求2所述的基于熱等靜壓的復合材料錐體結構制備方法，其特征在于，所述錐基內芯板(6)采用銅或者銀材料。
8.根據權利要求2所述的基于熱等靜壓的復合材料錐體結構制備方法，其特征在于，錐尖片(4)采用鉑金材料或其合金材料，或者鎳材料或其合金材料。
9.根據權利要求2所述的基于熱等靜壓的復合材料錐體結構制備方法，其特征在于，錐基上層板(5)和錐基下層板(7)采用鎳材料或其合金材料，或者銅材料或其合金材料。
10.一種基于熱等靜壓的復合材料錐體結構，其特征在于，采用權利要求1～9任一所述復合材料錐體結構制備方法制得。
...【技術特征摘要】
1.一種基于熱等靜壓的復合材料錐體結構制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于熱等靜壓的復合材料錐體結構制備方法，其特征在于，所述組成零件包括從上至下依次裝配的錐尖片(4)、錐基上層板(5)、錐基內芯板(6)和錐基下層板(7)；
3.根據權利要求1所述的基于熱等靜壓的復合材料錐體結構制備方法，其特征在于，所述組成零件包括從上至下依次裝配的錐基上層板(5)、錐基內芯板(6)和錐基下層板(7)；
4.根據權利要求2所述的基于熱等靜壓的復合材料錐體結構制備方法，其特征在于，所述錐基內芯板(6)朝向環內徑的方向厚度逐漸縮小呈錐狀結構。
5.根據權利要求2所述的基于熱等靜壓的復合材料錐體結構制備方法，其特征在于，錐基下層板(7)的底面與錐基上層板(5)的底面完全齊平。
6.根據權利要求1所述的基于熱等...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李建明，周林，李建，劉艷雯，徐興輝，胡高源，吳河燈，
申請(專利權)人：中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，
類型：發明
國別省市：
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