一種雙向熱壓高溫振蕩燒結(jié)爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙向熱壓高溫振蕩燒結(jié)爐，采用可調(diào)壓振動(dòng)式熱壓燒結(jié)爐可以制備高性能陶瓷和粉末冶金制品。其壓力系統(tǒng)采用雙向加壓方式,在上壓頭頂部和下壓頭底部均設(shè)置有在熱壓燒結(jié)的同時(shí)提供振動(dòng)頻率0?300 Hz可調(diào)，振動(dòng)幅度/壓力可調(diào)的電磁諧振施壓裝置。在高溫?zé)Y(jié)過程中，通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)燒結(jié)壓力的大小變化，使燒結(jié)壓力反復(fù)加卸載，從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)燒結(jié)促使顆粒重排，加速體積收縮，迅速致密化，可以明顯提高被燒結(jié)材料的力學(xué)性能。
【專利說明】
一種雙向熱壓高溫振蕩燒結(jié)爐
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于熱壓燒結(jié)法制備難燒結(jié)陶瓷和粉末冶金材料的燒結(jié)爐，具體是一種雙向加壓可調(diào)頻率，可調(diào)幅度/壓力的振動(dòng)式熱壓燒結(jié)爐。
【背景技術(shù)】
[0002]由于高性能陶瓷和粉末冶金材料有明顯不同于傳統(tǒng)材料的獨(dú)特性質(zhì):強(qiáng)度高、硬度高、耐腐蝕等，以及在航空航天、軌道交通和軍事工業(yè)等領(lǐng)域的重要應(yīng)用價(jià)值，使得世界各國科學(xué)家對其產(chǎn)生了廣泛關(guān)注。其中熱壓燒結(jié)法是高性能陶瓷和粉末冶金材料制備中一種重要的且廣泛使用的方法。熱壓燒結(jié)法是指在燒結(jié)爐中，將熱壓成型和高溫?zé)Y(jié)結(jié)合在一起，從而提高粉體致密度，減少空隙，提高材料性能。但是目前使用的熱壓燒結(jié)法使用單一加壓，存在燒結(jié)時(shí)間長，耗能大，制品致密度不均勻等缺陷，從而影響產(chǎn)品性能。如果使用目前常用的熱壓燒結(jié)法來進(jìn)一步提高制品致密度，必須提高燒結(jié)溫度或燒結(jié)壓力，這樣會(huì)導(dǎo)致更多能源的消耗，增加生產(chǎn)成本。雖然有試圖通過機(jī)械或液壓振動(dòng)的方式解決此問題的方案，但這一方面無法實(shí)現(xiàn)高頻的振動(dòng)幅度/壓力，另一方面也使得結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，易于發(fā)生故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于上述熱壓燒結(jié)法的局限性，本發(fā)明的目的在于提供一種新型的雙向振動(dòng)加壓熱壓燒結(jié)爐，用于制備高性能陶瓷和粉末冶金制品，能夠有效提高燒結(jié)制品的性能。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種雙向熱壓高溫振蕩燒結(jié)爐，主要結(jié)構(gòu)包括爐體、溫控系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)、電磁壓力系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)等:所述電磁壓力系統(tǒng)采用雙向加壓方式，在上壓頭頂部和下壓頭底部均設(shè)置有在熱壓燒結(jié)的同時(shí)提供振動(dòng)頻率O -300 Hz可調(diào)，振動(dòng)幅度/壓力可調(diào)的電磁諧振施壓裝置。
[0005]進(jìn)一步地，電磁諧振施壓裝置在預(yù)加載壓力的基礎(chǔ)之上，還可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)加壓，壓力波動(dòng)范圍在O—預(yù)加載壓力*25% MPa可調(diào)。
[0006]采用本發(fā)明雙向熱壓高溫振蕩燒結(jié)爐，受電控系統(tǒng)5進(jìn)行控制.氣控系統(tǒng)2能在一至五分鐘內(nèi)將爐體的壓力降到10Pa，同時(shí)能夠充入氮?dú)獾葰怏w到爐體I中，為燒結(jié)做準(zhǔn)備。隨后，通過溫控系統(tǒng)3加溫，并通過電磁壓力裝置4和8對加載壓力、振動(dòng)頻率和振動(dòng)幅度/壓力進(jìn)行控制，整個(gè)過程，水循環(huán)系統(tǒng)6起到冷卻作用。
[0007]本發(fā)明在原有普通燒結(jié)爐的基礎(chǔ)上，在爐子頂部和底部同時(shí)增加一個(gè)通過電磁諧振原理工作的可調(diào)頻率和振動(dòng)幅度/壓力的電磁諧振施壓裝置，在原有高溫?zé)Y(jié)的基礎(chǔ)上，增加了可調(diào)頻率、可調(diào)幅度/壓力振動(dòng)燒結(jié)兩大特點(diǎn)，可以顯著提高燒結(jié)制品的致密度和力學(xué)性能。在得到相同燒結(jié)制品性能的情況下，可以降低能耗和燒結(jié)時(shí)間，在大大提高工作效率的同時(shí)也減少了環(huán)境污染。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
1、在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)振動(dòng)燒結(jié)，在得到同樣燒結(jié)制品的情況下降低實(shí)驗(yàn)成本。
[0009]2、在相同實(shí)驗(yàn)成本的情況下，可以顯著提高燒結(jié)制品的致密度和力學(xué)性能，得到更優(yōu)異的高性能陶瓷和粉末冶金材料。
[0010]3、可以燒結(jié)不同的振動(dòng)頻率下高性能陶瓷和粉末冶金制品，研究獲得高性能陶瓷和粉末冶金制品最佳性能的頻率范圍。
[0011]4、可以進(jìn)行不同振動(dòng)幅度/壓力下粉末冶金制品的制備，研究獲得高性能陶瓷和粉末冶金制品最佳性能的振幅范圍。
[0012]5、可以進(jìn)行不同氣氛下高性能陶瓷和粉末冶金制品的燒結(jié)，從而針對各種不同的材料選用合適的氣氛介質(zhì)。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明中提出的一種雙向熱壓高溫?zé)Y(jié)爐組成系統(tǒng)示意簡圖。
[0014]圖2是雙向熱壓高溫?zé)Y(jié)爐示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合本實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0016]如圖1所示，本實(shí)驗(yàn)裝置包括熱壓燒結(jié)爐體I和電磁諧振施壓裝置，在本實(shí)施例中，電磁諧振施壓裝置分別由置于上壓頭頂部的上電磁諧振施壓裝置4和置于下壓頭底部的下電磁諧振施壓裝置8。爐體外連接氣控系統(tǒng)2、溫控系統(tǒng)3和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)6，通過電控系統(tǒng)5對整套實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行控制。壓力系統(tǒng)采用雙向加壓方式，在上壓頭頂部和下壓頭底部均設(shè)置有在熱壓燒結(jié)的同時(shí)提供振動(dòng)頻率O -300 Hz可調(diào)，振動(dòng)幅度/壓力可調(diào)的電磁諧振施壓裝置。實(shí)驗(yàn)裝置通過紅外測溫儀7和壓力傳感器可以控制和顯示爐體內(nèi)加熱室的溫度和壓強(qiáng)。上下壓頭采用高強(qiáng)度石墨塊制成，壓頭所承壓力不低于60 MPa。爐體為單室蛤殼式，前開門，立式安裝，爐體內(nèi)存在加熱室，加熱室用于真空或保護(hù)氣氛，發(fā)熱體采用高純石墨制成。
[0017]氣控系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)抽真空和充保護(hù)氣氛操作，保護(hù)氣氛可為氬氣或氮?dú)狻?br>[0018]本發(fā)明的工作原理是在原有普通熱壓燒結(jié)爐的基礎(chǔ)上于頂部和底部加上一個(gè)通過電磁諧振原理設(shè)計(jì)的可調(diào)頻率和振幅/壓力裝置，通過這個(gè)可調(diào)頻率和振幅/壓力裝置實(shí)現(xiàn)高性能陶瓷和粉末冶金制品的振動(dòng)熱壓燒結(jié)，從而提高燒結(jié)制品的致密度和性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙向熱壓高溫振蕩燒結(jié)爐，主要結(jié)構(gòu)包括爐體、溫控系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述壓力系統(tǒng)采用雙向加壓方式，在上壓頭頂部和下壓頭底部均設(shè)置有在熱壓燒結(jié)的同時(shí)提供振動(dòng)頻率O -300 Hz可調(diào)，振動(dòng)幅度/壓力可調(diào)的電磁諧振施壓裝置。2.如要求I所述的雙向熱壓高溫振蕩燒結(jié)爐，其特征在于:所述電磁諧振施壓裝置在預(yù)加載壓力的基礎(chǔ)之上，額外實(shí)現(xiàn)振動(dòng)加壓，壓力波動(dòng)范圍在O—預(yù)加載壓力*25% MPa可調(diào)。3.如權(quán)利要求1所述的雙向熱壓高溫振蕩燒結(jié)爐，其特征在于:所述上下壓頭采用高強(qiáng)度石墨塊制成，壓頭所承壓力不低于60 MPa。4.如權(quán)利要求1所述的雙向熱壓高溫振蕩燒結(jié)爐，其特征在于:所述爐體為單室蛤殼式，前開門，立式安裝，爐體內(nèi)存在加熱室，加熱室用于真空或保護(hù)氣氛，發(fā)熱體采用高純石墨制成。5.如權(quán)利要求1所述的雙向熱壓高溫振蕩燒結(jié)爐，其特征在于:氣控系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)抽真空和充保護(hù)氣氛操作。6.如權(quán)利要求5所述的雙向熱壓高溫振蕩燒結(jié)爐，其特征在于:氣控系統(tǒng)保護(hù)氣氛為氬Ho7.如權(quán)利要求6所述的雙向熱壓高溫振蕩燒結(jié)爐，其特征在于:氣控系統(tǒng)保護(hù)氣氛為氮?dú)狻?br>【文檔編號】F27D9/00GK105865205SQ201610334409
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】劉金鈴, 安立楠
【申請人】西南交通大學(xué)