一种用于制备固体电解质的热压装置的制作方法

1.本实用新型属于材料制备技术领域，涉及固体电解质的制备，尤其涉及一种用于制备固体电解质的热压装置。


背景技术：

2.固体电解质因其良好的离子电导率、宽电化学窗口和优良的机械强度而备受关注。固体电解质是固体氧化物燃料电池的核心，起到分隔阳极和阴极两端气体，在两电极之间传导氧离子，以及阻碍电子电导、防止内部短路等作用。因此，固体电解质需满足电子电导率低、离子电导率高、化学相容性高、稳定性好等要求。
3.目前，在固体电解质的制备中，烧结温度需要在1400℃以上，能耗较高，一般单独使用烧结设备或者压力设备。在操作上极为繁琐、复杂，而且生产的电解质由于无法动态控制压力，导致产品不够致密，内部或表面容易出现气孔。
4.因此，提供一款烧结设备，解决工艺操作上的难点，使得生产更加便捷，同时提高产品的质量是非常重要的。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于制备固体电解质的热压装置，实现压力设备与烧结设备的联合使用，使得生产过程更加便捷，能够制作出高致密的固体电解质。
6.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.本实用新型提供了一种用于制备固体电解质的热压装置，所述用于制备固体电解质的热压装置包括加热炉体、压制机构与成型模具，所述加热炉体具有相对设置的第一侧壁与第二侧壁，所述成型模具内承载有固体电解质，所述压制机构包括第一压力杆、第二压力杆与驱动组件；
8.所述驱动组件设置于所述加热炉体的外部，所述第一压力杆与第二压力杆分别由所述第一侧壁与第二侧壁伸入所述加热炉体内，所述成型模具位于所述第一压力杆与第二压力杆之间，所述驱动组件用于驱动所述第一压力与第二压力杆由所述成型模具相对的两侧进行压制。
9.本实用新型的热压装置中位于外部的压制机构通过第一压力杆与第二压力杆伸入加热炉体的内部，以对烧结过程中的承载有固体电解质的成型模具进行压制，实现了压力设备与烧结设备的联合使用，烧结的同时进行压制成型，简化了工艺流程，提高了固体电解质的致密性，降低了产品的内部或表面出现气孔的风险。
10.作为本实用新型一个优选技术方案，所述成型模具包括上压头、凹模与下压头，所述凹模内承载有固体电解质，所述凹模位于所述上压头与下压头之间。
11.将所述成型模具置于所述第二压力杆上，所述驱动组件驱动第一压力杆推动上压头向靠近第二压力杆的方向移动。
12.本实用新型中将承载有固体电解质的凹模置于上压头与下压头之间进行组合，将下压头置于第二压力杆，以托起成型模具，在驱动组件的驱动下，第一压力杆下压上压头，以压制凹模内的固体电解质。
13.需要说明的是，为了操作更加方便，本实用新型的压制机构还包括压力反馈检测组件，以对固体电解质所受压力进行动态调整。为了帮助本领域技术人员更好地了解本实用新型的整体技术方案及工作过程，本实用新型示例性地提供了如下有关压力反馈检测组件的具体结构及工作形式：
14.压力反馈检测组件包括压力传感器与控制器，控制器分别电性连接压力传感器与驱动组件。压力传感器设置于第一压力杆上，以实时检测第一压力杆施加在成型模具上的压力，并将压力数据传输至控制器，控制器根据压力数据反馈控制驱动组件，实现动态压力控制。
15.作为本实用新型一个优选技术方案，所述凹模为中空结构，所述上压头与下压头靠近凹模的一侧表面分别设置有第一冲压凸起与第二冲压凸起，将所述凹模套设于所述第二冲压凸起的外周，形成容纳固体电解质的容纳空间，所述第一冲压凸起伸入所述凹模的容纳空间内进行压制。
16.本实用新型中第二冲压凸起的高度小于凹模的高度，且凹模为贯通的中空结构，将凹模套设在第二冲压凸起的外周，凹模的内腔壁与第二冲压凸起围设形成容纳空间，将固体电解质置于容纳空间内，第一冲压凸起伸入容纳空间内压制固体电解质。
17.需要说明的是，本实用新型对于凹模的结构不作具体限定或特殊要求，本领域技术人员可根据实际情况进行调整，示例性地，凹模的横截面可以为矩形、三角形或圆形，相应地第一冲压凸起和第二冲压凸起的结构与凹模的结构相匹配，以能够顺利伸入凹模内。根据凹模的形状，经热压后的固体电解质可以为长方体结构、片状结构或圆柱状结构等。
18.作为本实用新型一个优选技术方案，所述第一冲压凸起的高度大于所述凹模的高度。
19.作为本实用新型一个优选技术方案，所述成型模具还包括脱模底座，所述脱模底座内开设有容纳成型后的固体电解质的脱模腔室，所述脱模腔室的内径大于所述凹模的内径，所述脱模底座用于在热压结束后置于所述凹模远离上压头的一侧进行脱模。
20.在热压结束后，将凹模由下压头移除，并将脱模底座置于凹模的底部，上压头继续下压(或推动脱模底座向靠近上压头的方向移动)，由于第一冲压凸起的高度大于凹模的高度，使得凹模内的压制成型后的固体电解质在第一冲压凸起的推动下顺利进入脱模底座内，且脱模腔室的内径大于凹模的内径，即脱模腔室的内径大于成型后的固体电解质的外径，更易脱模。
21.作为本实用新型一个优选技术方案，所述第一侧壁与第二侧壁上分别开设有第一通孔与第二通孔，所述第一压力杆与第二压力杆分别穿过所述第一通孔与第二通孔伸入所述加热炉体内。
22.作为本实用新型一个优选技术方案，所述加热炉体包括真空烘箱、鼓风烘箱、马弗炉或管式炉中的任意一种。
23.作为本实用新型一个优选技术方案，所述驱动组件为液压机、冷压机或油压机。
24.作为本实用新型一个优选技术方案，所述第一压力杆与第二压力杆的材质分别为
碳化钨、碳化硼、氮化钨或氮化硼中的任意一种。
25.作为本实用新型一个优选技术方案，所述成型模具的材质为碳化钨、碳化硼、氮化钨或氮化硼中的任意一种。
26.需要说明的是，本实用新型中的第一压力杆、第二压力杆与成型模具均采用高温下高硬度的材料，防止在烧结过程中发生损坏。
27.为了帮助本领域技术人员更好地了解本实用新型的整体技术方案及工作过程，本实用新型示例性地提供了如下有关本实用新型提供的热压装置的具体工作形式：
28.(1)向成型模具内填充固体电解质后，完成上压头、凹模与下压头的组合，随后放入加热炉体内；
29.(2)启动驱动组件，使得第一压力杆与第二压力杆分别置于成型模具的相对两侧；
30.(3)开启加热炉体进行加热；
31.(4)根据工艺需求，在加热过程中，或在进行加热前，调整压力；
32.(5)结束加热后，取下成型模具，将凹模由下压头移除，并将脱模底座置于凹模的底部，利用上压头继续下压(或推动脱模底座向上移动)，使得成型后的固体电解质脱落至脱模腔室内，完成脱模处理。
33.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
34.本实用新型提供的一种用于制备固体电解质的热压装置中，位于外部的压制机构通过第一压力杆与第二压力杆伸入加热炉体的内部，以对烧结过程中的承载有固体电解质的成型模具进行压制，实现了压力设备与烧结设备的联合使用，烧结的同时进行压制成型，简化了工艺流程，提高了固体电解质的致密性，降低了产品的内部或表面出现气孔的风险。
附图说明
35.图1为本实用新型一个具体实施方式提供的用于制备固体电解质的热压装置的结果示意图；
36.图2为本实用新型一个具体实施方式提供的上压头、凹模与下压头的结构示意图；
37.图3为本实用新型一个具体实施方式提供的成型模具的结构示意图。
38.其中，1-加热炉体；2-压制机构；3-成型模具；4-第一压力杆；5-第二压力杆；6-上压头；7-凹模；8-下压头；9-第一冲压凸起；10-第二冲压凸起；11-脱模底座。
具体实施方式
39.需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
40.需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设
置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
41.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
42.在一个具体实施中，本实用新型提供了一种用于制备固体电解质的热压装置，如图1所示，包括加热炉体1、压制机构2与成型模具3，所述加热炉体1具有相对设置的第一侧壁与第二侧壁，所述成型模具3内承载有固体电解质，所述压制机构2包括第一压力杆4、第二压力杆5与驱动组件。
43.所述驱动组件设置于所述加热炉体1的外部，所述第一压力杆4与第二压力杆5分别由所述第一侧壁与第二侧壁伸入所述加热炉体1内，所述成型模具3位于所述第一压力杆4与第二压力杆5之间，所述驱动组件用于驱动所述第一压力与第二压力杆5由所述成型模具3相对的两侧进行压制。
44.在一些实施方式中，如图2所示，所述成型模具3包括上压头6、凹模7与下压头8，所述凹模7内承载有固体电解质，所述凹模7位于所述上压头6与下压头8之间。将所述成型模具3置于所述第二压力杆5上，所述驱动组件驱动第一压力杆4推动上压头6向靠近第二压力杆5的方向移动。
45.本实用新型中将承载有固体电解质的凹模7置于上压头6与下压头8之间进行组合，将下压头8置于第二压力杆5，以托起成型模具3，在驱动组件的驱动下，第一压力杆4下压上压头6，以压制凹模7内的固体电解质。
46.为了操作更加方便，本实用新型的压制机构2还包括压力反馈检测组件，以对固体电解质所受压力进行动态调整。为了帮助本领域技术人员更好地了解本实用新型的整体技术方案及工作过程，本实用新型示例性地提供了如下有关压力反馈检测组件的具体结构及工作形式：
47.压力反馈检测组件包括压力传感器与控制器，控制器分别电性连接压力传感器与驱动组件。压力传感器设置于第一压力杆4上，以实时检测第一压力杆4施加在成型模具3上的压力，并将压力数据传输至控制器，控制器根据压力数据反馈控制驱动组件。
48.在一些实施方式中，所述凹模7为中空结构，所述上压头6与下压头8靠近凹模7的一侧表面分别设置有第一冲压凸起9与第二冲压凸起10，将所述凹模7套设于所述第二冲压凸起10的外周，形成容纳固体电解质的容纳空间，所述第一冲压凸起9伸入所述凹模7的容纳空间内进行压制。
49.本实用新型中第二冲压凸起10的高度小于凹模7的高度，且凹模7为贯通的中空结构，将凹模7套设在第二冲压凸起10的外周，凹模7的内腔壁与第二冲压凸起10围设形成容纳空间，将固体电解质置于容纳空间内，第一冲压凸起9伸入容纳空间内压制固体电解质。
50.本实用新型中凹模7的横截面可以为矩形、三角形或圆形，相应地第一冲压凸起9和第二冲压凸起10的结构与凹模7的结构相匹配，以能够顺利伸入凹模7内，本领域技术人员可根据实际情况进行调整。
51.在一些实施方式中，所述第一冲压凸起9的高度大于所述凹模7的高度。
52.在一些实施方式中，如图3所示，所述成型模具3还包括脱模底座11，所述脱模底座
11内开设有容纳成型后的固体电解质的脱模腔室，所述脱模腔室的内径大于所述凹模7的内径，所述脱模底座11用于在热压结束后置于所述凹模7远离上压头6的一侧进行脱模。
53.在热压结束后，将凹模7由下压头8移除，并将脱模底座11置于凹模7的底部，上压头6继续下压(或推动脱模底座11向靠近上压头6的方向移动)，由于第一冲压凸起9的高度大于凹模7的高度，使得凹模7内的压制成型后的固体电解质在第一冲压凸起9的推动下顺利进入脱模底座11内，且脱模腔室的内径大于凹模7的内径，即脱模腔室的内径大于成型后的固体电解质的外径，更易脱模。
54.在一些实施方式中，所述第一侧壁与第二侧壁上分别开设有第一通孔与第二通孔，所述第一压力杆4与第二压力杆5分别穿过所述第一通孔与第二通孔伸入所述加热炉体1内。
55.在一些实施方式中，所述加热炉体1包括真空烘箱、鼓风烘箱、马弗炉或管式炉中的任意一种。
56.在一些实施方式中，所述驱动组件为液压机、冷压机或油压机。
57.在一些实施方式中，所述第一压力杆4与第二压力杆5的材质分别为碳化钨、碳化硼、氮化钨或氮化硼中的任意一种。
58.在一些实施方式中，所述成型模具3的材质为碳化钨、碳化硼、氮化钨或氮化硼中的任意一种。
59.本实用新型中的第一压力杆4、第二压力杆5与成型模具3均采用高温下高硬度的材料，防止在烧结过程中发生损坏。
60.为了帮助本领域技术人员更好地了解本实用新型的整体技术方案及工作过程，本实用新型示例性地提供了如下有关本实用新型提供的热压装置的具体工作形式：
61.(1)将凹模7套设在下压头8的第一冲压凸起9的外周，围设形成容纳空间，向能容纳空间内填充固体电解质，再将上压头6的第一冲压凸起9伸进容纳空间内，完成上压头6、凹模7与下压头8的组合，随后放入加热炉体1内；
62.(2)启动驱动组件，使得第二压力杆5由下压头8的底部支撑成型模具3，第一压力杆4下压上压头6进行压制；
63.(3)开启加热炉体1进行加热；
64.(4)根据工艺需求，在加热过程中，或在进行加热前，调整压力；
65.(5)结束加热后，取下成型模具3，将凹模7由下压头8移除，并将脱模底座11置于凹模7的底部，利用上压头6继续下压(或推动脱模底座11向上移动)，使得成型后的固体电解质脱落至脱模腔室内，完成脱模。
66.实施例1
67.本实施例提供了一种用于制备固体电解质的热压装置，包括加热炉体1、压制机构2与成型模具3。加热炉体1采用马弗炉，且具有上下相对设置的第一侧壁与第二侧壁，且第一侧壁与第二侧壁上分开别开设有第一通孔与第二通孔。
68.压制机构2包括第一压力杆4、第二压力杆5与驱动组件，驱动组件采用液压机。驱动组件设置于加热炉体1的外部，第一压力杆4与第二压力杆5分别穿过第一通孔与第二通孔伸入加热炉体1内。第一压力杆4与第二压力杆5的材质均为碳化钨。
69.成型模具3包括上压头6、凹模7、下压头8与脱模底座11。凹模7为中空圆柱结构，上
压头6与下压头8靠近凹模7的一侧表面分别设置有第一冲压凸起9与第二冲压凸起10，第一冲压凸起9的高度大于凹模7的高度。将凹模7套设于第二冲压凸起10的外周，形成容纳固体电解质的容纳空间，第一冲压凸起9伸入凹模7的容纳空间内进行压制。在热压过程中，将成型模具3置于第二压力杆5上，驱动组件驱动第一压力杆4推动上压头6向靠近第二压力杆5的方向移动。脱模底座11的内部开设有容纳成型后的固体电解质的脱模腔室，脱模腔室的内径大于凹模7的内径，脱模底座11用于在热压结束后置于凹模7远离上压头6的一侧进行脱模。上压头6、凹模7、下压头8与脱模底座11的材质均为碳化钨。
70.实施例2
71.本实施例提供了一种用于制备固体电解质的热压装置，为了操作更加方便，热压装置还包括压力反馈检测组件，以对固体电解质所受压力进行动态调整。压力反馈检测组件包括压力传感器与控制器，控制器分别电性连接压力传感器与驱动组件。压力传感器设置于第一压力杆4上，以实时检测第一压力杆4施加在成型模具3上的压力，并将压力数据传输至控制器，控制器根据压力数据反馈控制驱动组件，其余结构参数与实施例1相同。
72.本实用新型提供的用于制备固体电解质的热压装置中，实现了压力设备与烧结设备的联合使用，位于外部的压制机构2通过第一压力杆4与第二压力杆5伸入加热炉体1的内部，以对烧结过程中的承载有固体电解质的成型模具3进行压制，烧结的同时进行压制成型，有利于提高固体电解质的致密性。
73.申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

技术特征：
1.一种用于制备固体电解质的热压装置，其特征在于，所述用于制备固体电解质的热压装置包括加热炉体、压制机构与成型模具，所述加热炉体具有相对设置的第一侧壁与第二侧壁，所述成型模具内承载有固体电解质，所述压制机构包括第一压力杆、第二压力杆与驱动组件；所述驱动组件设置于所述加热炉体的外部，所述第一压力杆与第二压力杆分别由所述第一侧壁与第二侧壁伸入所述加热炉体内，所述成型模具位于所述第一压力杆与第二压力杆之间，所述驱动组件用于驱动所述第一压力与第二压力杆由所述成型模具相对的两侧进行压制。2.根据权利要求1所述的用于制备固体电解质的热压装置，其特征在于，所述成型模具包括上压头、凹模与下压头，所述凹模内承载有固体电解质，所述凹模位于所述上压头与下压头之间；将所述成型模具置于所述第二压力杆上，所述驱动组件驱动第一压力杆推动上压头向靠近第二压力杆的方向移动。3.根据权利要求2所述的用于制备固体电解质的热压装置，其特征在于，所述凹模为中空结构，所述上压头与下压头靠近凹模的一侧表面分别设置有第一冲压凸起与第二冲压凸起，将所述凹模套设于所述第二冲压凸起的外周，形成容纳固体电解质的容纳空间，所述第一冲压凸起伸入所述凹模的容纳空间内进行压制。4.根据权利要求3所述的用于制备固体电解质的热压装置，其特征在于，所述第一冲压凸起的高度大于所述凹模的高度。5.根据权利要求4所述的用于制备固体电解质的热压装置，其特征在于，所述成型模具还包括脱模底座，所述脱模底座内开设有容纳成型后的固体电解质的脱模腔室，所述脱模腔室的内径大于所述凹模的内径，所述脱模底座用于在热压结束后置于所述凹模远离上压头的一侧进行脱模。6.根据权利要求1所述的用于制备固体电解质的热压装置，其特征在于，所述第一侧壁与第二侧壁上分别开设有第一通孔与第二通孔，所述第一压力杆与第二压力杆分别穿过所述第一通孔与第二通孔伸入所述加热炉体内。7.根据权利要求1所述的用于制备固体电解质的热压装置，其特征在于，所述加热炉体包括真空烘箱、鼓风烘箱、马弗炉或管式炉中的任意一种。8.根据权利要求1所述的用于制备固体电解质的热压装置，其特征在于，所述驱动组件为液压机或冷压机。9.根据权利要求1所述的用于制备固体电解质的热压装置，其特征在于，所述第一压力杆与第二压力杆的材质分别为碳化钨、碳化硼、氮化钨或氮化硼中的任意一种。10.根据权利要求1所述的用于制备固体电解质的热压装置，其特征在于，所述成型模具的材质为碳化钨、碳化硼、氮化钨或氮化硼中的任意一种。

技术总结
本实用新型提供了一种用于制备固体电解质的热压装置，包括加热炉体、压制机构与成型模具，所述加热炉体具有相对设置的第一侧壁与第二侧壁，所述成型模具内承载有固体电解质，所述压制机构包括第一压力杆、第二压力杆与驱动组件；所述驱动组件设置于所述加热炉体的外部，所述第一压力杆与第二压力杆分别由所述第一侧壁与第二侧壁伸入所述加热炉体内，所述成型模具位于所述第一压力杆与第二压力杆之间，所述驱动组件用于驱动所述第一压力与第二压力杆由所述成型模具相对的两侧进行压制。本实用新型实现了压力设备与烧结设备的联合使用，使得生产过程更加便捷，能够制作出高致密的固体电解质。体电解质。体电解质。


技术研发人员：赵倩慧 朱少华 孙春胜
受保护的技术使用者：香河昆仑新能源材料股份有限公司
技术研发日：2023.02.16
技术公布日：2023/9/3