專利名稱：真空氫氣燒結(jié)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于燒結(jié)設(shè)備，具體是用于人工金剛石合成材料的一種真空氫氣燒結(jié)爐。
背景技術(shù)：
我國人造金剛石行業(yè)自從工業(yè)化以來，一直采取用鎳基片狀觸媒做主要生產(chǎn)材料(鎳含量為70％，其余為鈷、錳)，一般在空氣中加熱或充保護氣體的燒結(jié)爐中繞結(jié)，含雜質(zhì)多，達不到高質(zhì)量的要求，同時由于國內(nèi)鎳材料從2003年以來市場價格不斷增漲，大大增加了金剛石的生產(chǎn)成本，另外片狀工藝只局限生產(chǎn)中檔金剛石。而國外早在九十年代初就實現(xiàn)了向鐵基粉末觸媒生產(chǎn)金剛石的轉(zhuǎn)化。鐵基粉末觸媒生產(chǎn)金剛石(鐵含量為70％，其余為鎳鈷錳等)，一方面降低了金剛石的成本，另一方面又大大提高了高檔金剛石所占比例。但由于鐵基粉末觸媒生產(chǎn)金剛石的工藝采用普通的燒結(jié)爐燒結(jié)，工藝復(fù)雜還很難保證質(zhì)量，因此國內(nèi)雖然早有對相關(guān)技術(shù)的研究，卻仍未達到工業(yè)化的技術(shù)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種真空氫氣燒結(jié)爐，由爐體、爐膽、真空系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)、風(fēng)冷系統(tǒng)及水冷系統(tǒng)組成。其特征在于所述真空氫氣燒結(jié)爐為單室燒結(jié)爐，在爐體2內(nèi)安裝爐膽3、爐體2前面為爐門1，爐體2后部為風(fēng)冷裝置4，在爐體2頂部安裝有安全閥7和旁路抽氣口5，氣體進口6設(shè)置在爐體2下部，加熱元件8由電絕緣材料95瓷固定在爐膽3內(nèi)壁，料臺9支撐在爐膽3內(nèi)下部，隔熱層10包在爐膽3外周。在爐體2的側(cè)面設(shè)有主抽氣口并和由串連的氣動閥11、手動閥12、羅茨泵13和旋片泵14組成的真空系統(tǒng)連接；旋片泵14排氣口通過氫氣稀釋裝置17分別和爐體2連接；和流量計16、電磁閥15連接。
所述爐體為雙層水冷結(jié)構(gòu)。
所述加熱元件采用石墨棒。
所述隔熱保溫層采用碳氈、陶瓷氈和柔性石墨分層包裹。
本實用新型的有益效果是人造金剛石粉末合成塊經(jīng)真空氫氣爐還原燒結(jié)處理后得到了充分的還原；同時由于真空脫氣作用，使材料中殘留的氣體的部分雜質(zhì)被揮發(fā)，材料純度提高。在合成金剛石的過程中工藝穩(wěn)定性和重復(fù)性好；人造金剛石粉末合成塊經(jīng)真空氫氣爐還原燒結(jié)處理后得到了充分的還原，動作控制采用可編程序控制器，除裝、卸料外，實現(xiàn)全自動操作，同時備有手動操作系統(tǒng)。
相同腔體的單產(chǎn)較常規(guī)工藝提高30％；人造金剛石的體積轉(zhuǎn)化率由傳統(tǒng)工藝的1.0-1.2ct/cm3，提高到1.6-1.8ct/cm3；粒度集中50/60目以粗可達75％，SMD級人造金剛石可達35-40％，SMD25可達20％左右；相同腔體40/60比例要提高10％；顏色好金剛石品質(zhì)透明度好，經(jīng)檢測比較，比常規(guī)工藝提高30％；高檔料所占比例高，≥12g以上較常規(guī)工藝提高20％；低檔料所占比例低，相同腔體，低檔料較常規(guī)工藝降低15％；電能消耗低，相同腔體，單塊可節(jié)約0.5度電；
圖1為真空氫氣燒結(jié)爐。
圖2為真空系統(tǒng)和充氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本實用新型提供一種真空氫氣燒結(jié)爐。圖1所示真空氫氣燒結(jié)爐為單室燒結(jié)爐，在爐體2內(nèi)安裝爐膽3、爐體2前面為爐門1，爐體2后部為風(fēng)冷裝置4，安全閥7和旁路抽氣口5在爐體2頂部，氣體進口6設(shè)置在爐體2下部，石墨棒加熱元件8由電絕緣材料95瓷固定在爐膽3內(nèi)壁，料臺9支撐在爐膽3內(nèi)下部，隔熱層10由碳氈、陶瓷氈和柔性石墨分層包裹在爐膽3外周；爐體2為雙層水冷結(jié)構(gòu)。所述爐膽采用石墨結(jié)構(gòu)，由隔熱層、加熱元件、料臺等部分組成，維修保養(yǎng)時可整體拆卸。在爐體2的側(cè)面設(shè)有主抽氣口并和由串連的氣動閥11、手動閥12、羅茨泵13和旋片泵14組成的中真空系統(tǒng)連接；同時有旁路抽氣口7在爐體頂部，用于恒定負壓氣氛燒結(jié)。
充氣系統(tǒng)由充氣閥和管路組成，完成爐體置換冷卻充氣及稀釋充氮。配備了包括由充氣電磁閥15和串連的流量計16、電磁閥15并聯(lián)組成的送氫系統(tǒng)，同時由充氣電磁閥15和手動閥12并聯(lián)組成的充氮系統(tǒng)與送氫系統(tǒng)同時用于加熱時的恒定負壓或脈沖充氣(惰性氣體/H2)(如圖2所示)，實現(xiàn)氣氛燒結(jié)。充氣位于爐體的底部中間位置，并有內(nèi)部氣體輸送管和噴嘴將氣體噴向所處理的材料。
在機械泵排氣口安裝了氫氣稀釋裝置17，并和流量計16、電磁閥15連接(如圖2所示)，稀釋氫氣的氮氣從這里進入，用氮氣將排出的氫氣稀釋后再行排放，保證了排放安全。
風(fēng)冷系統(tǒng)包括由電機、離心風(fēng)扇葉輪、熱交換器和導(dǎo)風(fēng)裝置組成，可對工件進行2bar快速氣體冷卻。
以智能化溫控儀、可編程序控制器(PLC)、加熱調(diào)壓器、真空計及記錄儀為核心構(gòu)成包括供電、控制、記錄、監(jiān)視、報警保護功能在內(nèi)的電控系統(tǒng)。具有真空、氣氛燒結(jié)(正壓/負壓)及加壓(絕對壓力0.2MPa)氣冷功能，專門用于人造金剛石粉末合成塊的還原燒結(jié)處理。
動作控制采用可編程序控制器，除裝、卸料外，實現(xiàn)全自動操作，同時備有手動操作系統(tǒng)。
溫度控制采用智能化溫控表，實現(xiàn)全自動智能控溫，控溫精度±0.1％，可存儲多條工藝曲線，PID參數(shù)可根據(jù)溫度變化自動切換，具有PID參數(shù)自整定功能。
根據(jù)大量的生產(chǎn)實驗表明，采用新工藝后，人造金剛石粉末合成塊經(jīng)真空氫氣爐還原燒結(jié)處理后得到了充分的還原。同時由于真空脫氣作用；使材料中殘留的氣體的部分雜質(zhì)被揮發(fā)，材料純度提高。在合成金剛石的過程中工藝穩(wěn)定性和重復(fù)性好。合成工藝易掌握，調(diào)整范圍較窄，比常規(guī)工藝操作簡單。操作安全，自動化程度高，工作環(huán)境好，改變了原來了金剛石生產(chǎn)中粉塵大的勞動條件，無污染無公害。
權(quán)利要求1.一種真空氫氣燒結(jié)爐，由爐體、爐膽、真空系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)、風(fēng)冷系統(tǒng)及水冷系統(tǒng)組成，其特征在于所述真空氫氣燒結(jié)爐為單室燒結(jié)爐，在爐體(2)內(nèi)安裝爐膽(3)、爐體(2)前面為爐門(1)，爐體(2)后部為風(fēng)冷裝置(4)，在爐體2頂部安裝有安全閥(7)和旁路抽氣口(5)，氣體進口(6)設(shè)置在爐體(2)下部，加熱元件(8)由電絕緣材料95瓷固定在爐膽(3)內(nèi)壁，料臺(9)支撐在爐膽(3)內(nèi)下部，隔熱層(10)包在爐膽(3)外周；在爐體(2)的側(cè)面設(shè)有主抽氣口并和由串連的氣動閥(11)、手動閥(12)、羅茨泵(13)和旋片泵(14)組成的真空系統(tǒng)連接；旋片泵(14)排氣口通過氫氣稀釋裝置(17)分別和爐體(2)連接；和流量計(16)、電磁閥(15)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述真空氫氣燒結(jié)爐，其特征在于所述加熱元件采用石墨棒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述真空氫氣燒結(jié)爐，其特征在于所述隔熱保溫層采用碳氈、陶瓷氈和柔性石墨分層包裹。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述真空氫氣燒結(jié)爐，其特征在于所述爐體為雙層水冷結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型公開了屬于燒結(jié)設(shè)備的用于人工金剛石合成材料的一種真空氫氣燒結(jié)爐。該真空氫氣燒結(jié)爐為單室燒結(jié)爐，在爐體內(nèi)安裝爐膽、前面為爐門、后部為風(fēng)冷裝置、石墨棒加熱元件由電絕緣材料95瓷固定在爐膽內(nèi)壁，隔熱層由碳氈、陶瓷氈和柔性石墨分層包裹在爐膽外周；爐體為雙層壁水冷裝置；中真空系統(tǒng)和爐體側(cè)面的主抽氣口連接。人造金剛石粉末合成塊經(jīng)真空氫氣爐還原燒結(jié)處理后得到了充分的還原，材料純度提高；在合成金剛石的過程中工藝穩(wěn)定性和重復(fù)性好；合成工藝易掌握，調(diào)整范圍較窄，比常規(guī)工藝操作簡單。操作安全，自動化程度高，工作環(huán)境好，改變了原來了金剛石生產(chǎn)中粉塵大的勞動條件，無污染無公害。
文檔編號F27B5/05GK2844815SQ20052012946
公開日2006年12月6日 申請日期2005年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月21日
發(fā)明者顧卓明 申請人:北京時創(chuàng)真空工業(yè)爐有限責(zé)任公司