本發(fā)明涉及一種U形薄壁電解質(zhì)陶瓷管成型模具及其成型方法。
背景技術(shù)：
鈉硫電池是以固體電解質(zhì)Na-β″-Al2O3陶瓷管作為電解質(zhì)和隔膜，金屬鈉作為負(fù)極材料，非金屬硫作為正極材料的二次電池。它具有容量大、體積小、壽命長、效率高等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于電網(wǎng)削峰填谷、應(yīng)急電源、新能源接入、電能質(zhì)量優(yōu)化等領(lǐng)域。
固體電解質(zhì)Na-β″-Al2O3陶瓷管一般是“U形的”(負(fù)極材料金屬鈉容器)，考慮到內(nèi)阻和電池容量，薄壁和大尺寸是趨勢(shì)。作為電解質(zhì)的“U形”管，壁厚均勻性和尺寸精度極大地影響了鈉硫電池的裝配精度和電化學(xué)性能，國內(nèi)外一般采用等靜壓成型。
在傳統(tǒng)陶瓷材料成型工藝中，固體電解質(zhì)Na-β″-Al2O3陶瓷管采用濕式等靜壓成型方法，其主要流程是粉料加入成型橡膠模具內(nèi)，密封、除氣后放入盛有液體介質(zhì)的壓力容器內(nèi)，然后加壓成型，卸壓后取出膠模，清潔膠模表面液體介質(zhì)并取出陶瓷生坯。濕式等靜壓成型方法難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，生產(chǎn)效率低，不適合大批量生產(chǎn)；同時(shí)，操作人員在脫模時(shí)需要與加壓介質(zhì)接觸，勞動(dòng)條件差。
全干式等靜壓成型方法主要流程是粉料加入成型橡膠模具后直接放入壓力容器中，該壓力容器預(yù)先固定有一層橡膠材質(zhì)的“隔膜”(部分廠家稱之為“主袋”)，該“隔膜”阻隔了液體介質(zhì)與陶瓷管膠膜的直接接觸，然后加壓、卸壓，取出膠管模具，脫模并拿出工件。全干式等靜壓成型方法的特點(diǎn)是在壓制過程中膠管模具不與液體加壓介質(zhì)相接觸，這在一定程度上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化操作(填料、加壓、卸壓、脫模過程循環(huán))，但因?yàn)榉哿吓c液體加壓介質(zhì)間存在兩層相對(duì)較厚的橡膠套，且兩層橡膠套在加壓過程中要實(shí)現(xiàn)壓力的自由傳遞，中間不能采用其它的固定支撐裝置，導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)只能使用膠管模具自身固定，而橡膠材料固有的彈性，導(dǎo)致陶瓷管生坯的尺寸精度不高，包括壁厚均勻性和外徑尺寸，影響了電解質(zhì)的阻值分布和電池裝配精度，進(jìn)而影響了整個(gè)鈉硫電池的電化學(xué)性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種U形薄壁電解質(zhì)陶瓷管成型模具，實(shí)現(xiàn)了U形薄壁固體電解陶瓷管成型的自動(dòng)連續(xù)生產(chǎn)，有效地提高了生產(chǎn)效率和電解質(zhì)陶瓷管的壁厚均勻性和外徑尺寸精度，極大地提升了電解質(zhì)陶瓷管的良率、強(qiáng)度，以及鈉硫鈉電池的裝配精度和電化學(xué)性能。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供一種U形薄壁電解質(zhì)陶瓷管成型方法，利用上述的U形薄壁電解質(zhì)陶瓷管成型模具生產(chǎn)U形薄壁電解質(zhì)陶瓷管。
實(shí)現(xiàn)上述目的技術(shù)方案是：一種U形薄壁電解質(zhì)陶瓷管成型模具，包括膠管、芯棒、加料裝置和孔板金屬固定裝置，其中：
所述芯棒插接在所述膠管內(nèi)，所述膠管的內(nèi)壁面和芯棒的外壁面之間形成狹長的U型腔；
所述膠管的上端設(shè)置有一加料裝置安裝口；
所述芯棒的上部呈錐形結(jié)構(gòu)，且所述芯棒的頂端設(shè)置有凸臺(tái)；
所述加料裝置設(shè)置在所述加料裝置安裝口內(nèi)，所述加料裝置的底端開設(shè)有一與所述凸臺(tái)相適配的凹槽，該凹槽套接在所述凸臺(tái)上，所述加料裝置的上部開設(shè)有加料口，所述加料裝置的下部開設(shè)有一環(huán)形的加料孔，該加料孔與所述U型腔相適配，且所述加料孔的上端與所述加料口連通，所述加料孔的下端與所述U型腔連通；
所述孔板金屬固定裝置圍繞所述膠管的外壁面設(shè)置，且所述孔板金屬固定裝置上均勻分布有若干圓孔。
一種U形薄壁電解質(zhì)陶瓷管成型方法，利用上述的U形薄壁電解質(zhì)陶瓷管成型模具生產(chǎn)U形薄壁電解質(zhì)陶瓷管，包括以下步驟：
S1，加料步驟：粉料從所述加料裝置的加料口加入，沿著所述加料孔進(jìn)入所述U型腔，并靠重力下落將所述U型腔充填；
S2，壓制步驟：采用頂部端蓋封堵住所述加料裝置的加料口，頂部端蓋被鎖緊后開始?jí)褐?，依次通過加壓、保壓和卸壓過程，粉料在所述U型腔中壓制成型形成電解質(zhì)陶瓷管生坯；
S3，脫模步驟：壓制完畢后，頂部端蓋被解鎖，所述加料裝置和芯棒被提起，電解質(zhì)陶瓷管生坯被芯棒一起帶出并取走；
S4，清潔步驟：旋轉(zhuǎn)毛刷和吸塵器分別對(duì)所述膠管進(jìn)行清潔，除去所述膠管里面的結(jié)余粉料，清潔完畢后，將所述芯棒和加料裝置分別放回所述膠管內(nèi)；
S5，修整步驟：切除電解質(zhì)陶瓷管生坯上部的錐形結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的U形薄壁電解質(zhì)陶瓷管成型模具及其成型方法，采用半干式等靜壓成型方法生產(chǎn)陶瓷管，避免了傳統(tǒng)濕式、全干式等靜壓成型方法生產(chǎn)效率低、固體電解質(zhì)陶瓷管壁厚不均勻和外徑尺寸精度不高等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了U形薄壁固體電解陶瓷管成型的自動(dòng)連續(xù)生產(chǎn)，有效地提高了生產(chǎn)效率和電解質(zhì)陶瓷管的壁厚均勻性和外徑尺寸精度，極大地提升了電解質(zhì)陶瓷管的良率、強(qiáng)度，以及鈉硫鈉電池的裝配精度和電化學(xué)性能。
附圖說明
圖1為U形薄壁電解質(zhì)陶瓷管成型模具的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對(duì)其具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)地說明：
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明的實(shí)施例，一種U形薄壁電解質(zhì)陶瓷管成型模具，包括膠管1、芯棒2、加料裝置3和孔板金屬固定裝置4。
芯棒2插接在膠管1內(nèi)，膠管1的內(nèi)壁面和芯棒2的外壁面之間形成狹長的U型腔5；膠管1的上端設(shè)置有一加料裝置安裝口；芯棒2的上部呈錐形結(jié)構(gòu)21，且芯棒2的頂端設(shè)置有凸臺(tái)；加料裝置3設(shè)置在膠管1的上端的加料裝置安裝口內(nèi)，加料裝置3的底端開設(shè)有一與凸臺(tái)相適配的凹槽，該凹槽套接在凸臺(tái)上，加料裝置3的上部開設(shè)有加料口32，加料裝置3的下部開設(shè)有一環(huán)形的加料孔31，該加料孔31與U型腔5相適配，且加料孔31的上端與加料口32連通，加料孔31的下端與U型腔5連通；孔板金屬固定裝置4圍繞膠管1的外壁面設(shè)置，且孔板金屬固定裝置4上均勻分布有若干圓孔41。芯棒2采用金屬材料制成。
本發(fā)明的U形薄壁電解質(zhì)陶瓷管成型模具，芯棒2的上部呈錐形結(jié)構(gòu)21，保證在脫模過程中電解質(zhì)陶瓷管生坯被芯棒2一起帶出。孔板金屬固定裝置4上有大量均勻分布的圓孔41，不影響液體加壓介質(zhì)與膠管1接觸。加料裝置3對(duì)芯棒2進(jìn)行定位，孔板金屬固定裝置4對(duì)膠管1進(jìn)行定位，保證U型腔5間隙的均勻性，即電解質(zhì)陶瓷管生坯壁厚的均勻性。孔板金屬固定裝置4起到定位和固定膠管1模具作用，從而避免了用軟橡膠模具自身定型帶來的工件尺寸精度不高等缺點(diǎn)；同時(shí)孔板金屬固定裝置4自身有大量均勻分布的孔洞，不影響加壓介質(zhì)與膠管1作用。
一種U形薄壁電解質(zhì)陶瓷管成型方法，采用上述U形薄壁電解質(zhì)陶瓷管成型模具生產(chǎn)電解質(zhì)陶瓷管，包括以下步驟：
S1，加料步驟：粉料從加料裝置3的加料口31加入，沿著加料孔32進(jìn)入U(xiǎn)型腔5，并靠重力下落將U型腔5充填；
S2，壓制步驟：采用頂部端蓋封堵住加料裝置3的加料口31，頂部端蓋被鎖緊后開始?jí)褐?，依次通過加壓、保壓和卸壓過程，粉料在U型腔5中壓制成型形成電解質(zhì)陶瓷管生坯；
S3，脫模步驟：壓制完畢后，頂部端蓋被解鎖，加料裝置3和芯棒2被提起，電解質(zhì)陶瓷管生坯被芯棒2一起帶出并取走；
S4，清潔步驟：旋轉(zhuǎn)毛刷和吸塵器分別對(duì)膠管1進(jìn)行清潔，除去膠管1里面的結(jié)余粉料，清潔完畢后，將芯棒2和加料裝置3分別放回膠管1內(nèi)；
S5，修整步驟：切除電解質(zhì)陶瓷管生坯上部的錐形結(jié)構(gòu)。
步驟S4中采用程序控制的清潔裝置對(duì)膠管1進(jìn)行清潔處理，該清潔裝置包括旋轉(zhuǎn)毛刷清掃和吸塵器吸塵兩項(xiàng)功能。清潔完畢后，將芯棒2和加料裝置3分別放回膠管1內(nèi)，即可重新回到步驟S1，繼續(xù)生產(chǎn)電解質(zhì)陶瓷管。
本發(fā)明的U形薄壁電解質(zhì)陶瓷管成型模具，使用時(shí)，采用半干式等靜壓成型方法生產(chǎn)陶瓷管，先將膠管1用孔板金屬固定裝置4固定于液壓缸內(nèi)，然后將芯棒2通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)倒插入膠管1中，安裝上加料裝置3，然后經(jīng)過與全干式等靜壓成型方式一樣的填粉、排氣、加壓和卸壓過程，卸壓后，陶瓷管生坯附著芯棒2被提出，然后脫模，清潔模具，并進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。使用本發(fā)明的半干式等靜壓成型方法與全干式相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、定位精確。膠管1模具只有一層，并且用孔板金屬固定裝置4固定，該孔板金屬固定裝置4不影響液體介質(zhì)與膠管1接觸，同時(shí)精確地固定了膠管1的外形尺寸以及膠管1與金屬芯棒2的相對(duì)位置，有效地提高了薄壁“U形”電解質(zhì)陶瓷管生坯壁厚均勻性和外徑尺寸精度。
綜上所述，本發(fā)明的U形薄壁電解質(zhì)陶瓷管成型模具及其成型方法，避免了傳統(tǒng)濕式等靜壓成型方法生產(chǎn)效率低、全干式等靜壓成型方法制備的固體電解質(zhì)陶瓷管壁厚不均勻和外徑尺寸精度不高等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了U形薄壁固體電解陶瓷管成型的自動(dòng)連續(xù)生產(chǎn)，有效地提高了生產(chǎn)效率和電解質(zhì)陶瓷管的壁厚均勻性和外徑尺寸精度，極大地提升了電解質(zhì)陶瓷管的良率、強(qiáng)度，以及鈉硫鈉電池的裝配精度和電化學(xué)性能，適用于鈉硫電池固體電解質(zhì)這種大尺寸、薄壁、高精度陶瓷管的成型生產(chǎn)。
本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。