一种粉体叠层成型装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于新材料新工艺领域，涉及一种低成本的功能梯度材料(FGM)的成型装置，具体涉及一种粉体叠层成型装置，特别是实现梯度粉体层布料均匀填充平整，确保组织结构呈梯度分布。
【背景技术】
[0002]功能梯度材料的粉体叠层成型技术的优点是操作简单，可实现任意层数的成型，缺点是难以实现成分组成连续过渡。目前常用的圆柱体状模具，模具壁不能开合，也缺乏专门的铺平装置，难以保障每一层布料均匀填充平整，而各个梯度层布料均匀平整对于FGM的热压烧结效果至关重要，布料不均匀平整会导致在同一平面内压力不均，不利于颗粒在烧结温度下的流动传质和致密排布，降低烧结致密度，且由于同一平面内烧结收缩不一致难以在最终的FGM样品中保持预设的成分空间分布。三维打印成型(3DP)技术可实现各梯度层均匀布料和确保填充均匀，但其成本较高；需制备适合3DP技术的的浆料，这增加了工艺过程的复杂性；且打印过程中喷头喷射的粘结剂等打印成型的残留物可能对材料的热压烧结造成不良影响；此外，3DP工艺通过粉末的粘连而堆积成形，成形的生坯较疏松强度偏低，后续热压处理工艺使坯件收缩变形，因各个梯度层成分不同，可因收缩不一致而引起层与层间成分空间分布发生改变。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型的目的是给出一种能实现FGM每一个梯度层均匀布料和确保填充均匀且具有较高的生坯强度的低成本的成型装置，以期解决传统的成型装置难以实现的兼具低廉的成本且能保证梯度层填充均匀平整的问题。
[0004]为解决上述问题，本实用新型采取的技术方案为:
[0005]一种粉体叠层成型装置，包括模具、旋转铺平构件和竖向移动支撑构件；所述的竖向移动支撑构件设置在模具的顶端，旋转铺平构件的旋转端与竖向移动支撑构件活动连接，旋转铺平构件的铺平端伸入模具内；
[0006]通过竖向移动支撑构件对旋转铺平构件活动式悬挂支撑，同时竖向移动支撑构件带动旋转铺平装置相对于模具进行竖向的移动，旋转铺平构件在模具内的水平旋转和竖向移动实现对粉体的逐层铺平。
[0007]具体的，所述的竖向移动支撑构件包括移动支架、固定支架和连接固定件，所述的移动支架包括横跨模具顶端设置的固定横板，固定横板的端部设置固定竖板，固定竖板通过连接固定件活动式安装在固定支架上。
[0008]更具体的，所述的连接固定件为板状的折叠件，连接固定件的一端与固定支架固定连接，连接固定件的另一端通过压紧螺栓将移动支架固定在固定支架上。
[0009]进一步的，所述的旋转铺平构件为倒“T”型的旋转叶。
[0010]更进一步的，所述的模具包括模具壁、铺平端盖、压合端盖和压杆，模具壁为可开合的圆筒状部件；
[0011]铺平粉体时，铺平端盖设置在模具壁的底端，将粉体在铺平端盖上进行逐层的铺平并用压杆逐层压实得到粉体坯料；
[0012]热压烧结时，将压合端盖盖在模具顶端，并用另一个压合端盖替换底端的铺平端盖，使模具壁、两端的压合端盖与粉体坯料一起进行热压烧结；
[0013]压合端盖的高度大于铺平端盖的高度。
[0014]另外，所述的模具还包括垫片，热压烧结时，当最终的功能梯度材料样块按完全致密的理论厚度的厚度小于两端的压合端盖之间的空间厚度时，用垫片进行厚度差的填补。
[0015]且，所述的模具壁的高度为80?90mm，铺平端盖的高度为20?40mm，压合端盖的高度为30?50mm，压杆的高度为75?95mm。
[0016]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0017](1)本实用新型的粉体叠层成型装置包括移动支架、固定支架和旋转铺平件，移动支架安装套接在固定支架上，旋转铺平件穿过移动支架放置在模具内，通过移动支架带动旋转铺平件相对于固定支架进行竖向位置的调整，且旋转铺平件可相对于移动支架进行360°的旋转，保证了该装置对模具内的样品进行水平铺平的同时，还能在竖向高度上进行自由的调整；
[0018](2)具体的，旋转铺平件为倒“T”形的旋转叶，将旋转叶下部的长方形状叶片在模具内原料表面旋转一周，可实现每一梯度层的原料填充平整均匀；移动支架与固定支架通过连接固定件进行竖向高度的调整和固定，且在固定支架上设置标尺，移动支架的移动距离可由标尺读出，这样由标尺刻度就可控制单层厚度，刻度减小可使单层厚度减小；
[0019](3)另外，为了方便进行粉料的铺平和压实过程的调换，本实用新型的装置还包括模具，模具壁可开合，可将模具外壁上的螺栓拧松，将两个半圆柱形模具稍稍分开，就可退出压杆，然后拧紧螺栓再铺另一层，这样可实现逐层铺平逐层压实；装填原料时，用铺平端盖，装填完后，将铺平端盖换成压合端盖，压合端盖的高度大于铺平端盖的高度，这样在热压作用下，两端的压合端盖都可以往模具内移动，实现对FGM样块从两端双面加压，双面加压的压力要比单面加压的压力更均匀；
[0020](4)当样品较薄时，可根据厚度需要在坯体与两端盖间加适当数量和适当厚度的垫片，以保证两端的压合端盖足够的位移，保证将样品压制到理想厚度；铺平装置与可开合模具结构简单，成本低廉，操作方便简洁。
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型成型装置的半剖图；
[0022]图2为图1中的1-Ι剖视图；
[0023]图3为模具壁的半剖图；
[0024]图4为铺平端盖的半剖图；
[0025]图5为压合端盖的半剖图；
[0026]图6为垫片的半剖图；
[0027]图7为压杆的半剖图；
[0028]图中各标号表示为:1-模具、101-模具壁、102-模具壁固定件、103-固定螺栓、104-铺平端盖、105-压合端盖、106-垫片，2-原料，3-铺平装置、301-移动支架、302-固定支架、303-橡胶垫片、304-连接固定件、305-旋转叶、306-压紧螺栓、307-支脚，4-压杆；
[0029]以下结合说明书附图和【具体实施方式】对本实用新型做具体说明。
【具体实施方式】
[0030]本实用新型的粉体叠层成型装置可在成型FGM生坯过程中铺平一层紧压一层，从而实现每一梯度层布料均匀填充平整，且具有较高的生坯强度，可实现各个梯度层原料颗粒位置基本固定，使得在整个烧结过程中保持预设的成分空间分布；
[0031]具体的本实用新型的装置包括模具和铺平装置，所述的铺平装置包括旋转铺平构件和竖向移动支撑构件；通过竖向移动支撑构件对旋转铺平构件活动式悬挂支撑，同时竖向移动支撑构件带动旋转铺平装置相对于模具进行竖向的移动，旋转铺平构件在模具内的水平旋转和竖向移动实现对粉体的逐层铺平，在不影响铺平过程的情况下，进行铺平构件高度的调整；
[0032]竖向移动支撑构件包括移动支架、固定支架和连接固定件，固定支架设置在模具的两侧，移动支架设置在模具的顶端，且两者通过连接固定件进行移动支架相对于固定支架高度的调整，从而使移动支架给旋转铺平构件一个支撑的同时还能进行其高度的调整；
[0033]连接固定件为板状的折叠件，连接固定件的一端与固定支架固定连接，连接固定件的另一端通过压紧螺栓将移动支架固定在固定支架上；方便进行高度的调节；
[0034]本实用新型的旋转铺平构件为倒“T”型的旋转叶，该旋转叶的竖向为杆体与竖向移动支撑构件活动式连接，例如可以通过端部带有的卡盘活动式卡在竖向移动支撑构件上，该端部为旋转端，可以通过人手或其他辅助构件对卡盘进行旋转，从而带动另一端在模具内进行转动铺平，另一端的结构可以为竖向放置的长方形片体，该端为铺平端；
[0035]本实用新型的模具具体包括模具壁、铺平端盖、压合端盖和压杆，模具壁为可开合的圆筒状部件；铺平粉体时，铺平端盖设置在模具壁的底端，将粉体在铺平端盖上进行逐层的铺平并用压杆逐层压实得到粉体坯料；热压烧结时，将压合端盖盖在模具顶端，并用另一压合端盖替换底端的铺平端盖，使模具壁、压合端盖与粉体坯料一起进行热压烧结；压合端盖的高度大于铺平端盖的高度，保证在烧结过程中能从两端加压。
[0036]另外，所述的模具还包括垫片，热压烧结时，当最终的功能梯度材料样块按完全致密的理论厚度小于两端的压合端盖之间的空间厚度时，用垫片进行厚度差的填补。
[0037]实施例1:
[0038]结合图1-7，本实施例的粉体叠层成型装置包括模具1和铺平装置3，铺平装置3包括旋转铺平构件和竖向移动支撑构件，其中:
[0039]竖向移动支撑构件包括移动支架301和固定支架302，移动支架301的纵剖图为长边开口的长方形框体，固定支架302为设置在模具1两边的竖板，移动支架301和固定支架302的制作材料为铁(表面做防锈处理)，固定支架302的底端焊接有空心的喇叭状支脚307，其制作材料亦为铁，起稳定作用；
[0040]两个固定支架302上均焊接有一个连接固定件304，连接固定件304为方框形铁质片体，该方框形铁质片体沿垂直于固定支架302的方向焊接在固定