CN101655310B - 1800度高温保护气氛真空烧结炉 - Google Patents

Abstract

1800度高温保护气氛真空烧结炉，控制系统与设置在真空烧结炉中的电控执行部件相连，加热室内设有石墨密封箱，高温真空烧结炉的进、排气管道与石墨密封箱相连，其特征在于一炉适用两种工艺气氛烧结和真空烧结，并由控制程序实施功能转换措施，炉壳体上安装热电偶、铜电极，壳体柱体部位有管接口与真空系统的抽空机组相通，炉壳内装方体加热室、加热器固定在加热室四个内壁、加热器内部再安装密封箱和支撑料架；联通密封箱的进、排气管道通过石墨管穿过加热室和密封箱的上下壁与密封箱内相通，炉壳体一端安装气体循环冷却风机，密封箱内壁设热电偶、铜电极，铜电极通过石墨电极与加热器相连接。在真空烧结时，被封闭在密封箱内的挥发物不能散出，有效防止挥发物对加热器的污染损害，同时也使保护气体带走挥发物、保护炉料的效果，提高保护气体的利用率。

Description

1800度高温保护气氛真空烧结炉

技术领域

本发明属于特种陶瓷的制造装备，用于sic陶瓷器件的真空烧结。

背景技术

Sic陶瓷是一种性能优越新型材料，其应用领域正在迅速扩展，制造sic陶瓷器件的重要设备高温烧结炉，Sic陶瓷烧结温度较高，大多需在1450-1750度，烧结过程存在硅蒸汽挥发严重，易损坏设备的问题，烧结产品的成品率也较低。本发明的烧结炉，针对sic烧结过程存在的问题，在烧结室结构、烧结工艺过程方面进行全新设计，解决硅蒸汽污染问题，提高设备的可靠性，有利于提高产品性能。

发明内容

本发明提供一种1800度高温保护气氛真空烧结炉，用作sic陶瓷器件真空或气氛烧结。具有节能、环保的特点，一炉适用两种工艺，并提供气氛烧结和真空烧结的功能转换措施。

这种1800度高温保护气氛真空烧结炉，控制系统与设置在真空烧结炉中的电控执行部件相连，加热室内设有石墨密封箱，高温真空烧结炉的进、排气管道与石墨密封箱相连，其特征在于一炉适用两种工艺：气氛烧结和真空烧结，并由控制程序实施功能转换措施。炉壳体上安装热电偶、铜电极，壳体柱体部位有管接口与真空系统的抽空机组相通，炉壳内装方体加热室、加热器固定在加热室四个内壁、加热器内部再安装密封箱和支撑料架；加热器内的密封箱内壁设热电偶；联通密封箱的进、排气管道通过石墨管穿过加热室和密封箱的上、下壁与密封箱内相通，铜电极通过石墨电极与加热器相连接；炉壳体一端安装气体循环冷却风机。

本发明设备是将高温真空烧结技术与气体保护加热技术相结合的设备，对烧结炉的控制系统与工艺相匹配，设计了两种相应的程序，并提供气氛烧结和真空烧结的转换功能。可以真空烧结，也可以预抽真空后再充入保护气体加热，并一直处于微正压状态进行保护气氛烧结。烧结过程中的材料释放出来的挥发物杂质气体被循环流动的保护气体带走排出炉外，因此该设备还具有脱胶(脂)功能，可用于脱胶(粘结剂)烧结一次完成。在真空烧结时，由于进、排气管路直通密封箱，被封闭在密封箱内的挥发物不能散出，有效防止挥发物对加热器的污染损害，同时也使保护气体沿规定的路径流动，均匀扫过炉料，增强带走挥发物、保护炉料的效果，提高保护气体的利用率。

本发明中支承加热器的绝缘结构，采用了高级陶瓷绝缘材料，并设计成特殊的组合结构，解决了高温时即绝缘又密封问题，提高设备可靠性及节能效果。

该设备是一大型高温真空炉，主要技术指标如下：

最高温度：1800℃

工作区空间：800x800x1000mm

极限真空：2x10-1pa

最大装炉量：800KG

附图说明

图1是本发明真空烧结炉的设备结构轴向剖视图；

图2是图的径向剖视图；

图3是加热室内密封箱及充排气管路系统图；

图4是穿入密封箱的石墨管与密封环结构图；

图5是电极部位的组合绝缘结构图；

图6是有保护气烧结和真空烧结两种方式的控制程序框图；

图7是电控系统结构图。

具体实施方式

本发明的1800度高温保护气氛真空烧结炉，见图1、图2：炉壳体1为圆柱体，轴向水平安装，炉端开门，其特征在于炉壳体1内装方体加热室2，石墨加热器3固定在加热室2内四壁上，在加热器3内再安装密封箱6，支撑料架5的底板平行固定在壳体1内，其垂直立柱穿过加热室2、密封箱6，立柱上端在密封箱6内安装水平板。联通密封箱6的进气管道10、排气管道12通过石墨管16穿过加热室2和密封箱6的上下壁与箱内相通，见图3，测量温度的热电偶4固定在壳体1上，其测温端进入到密封箱6内。壳体1上还固定铜电极8，与铜电极8相连的石墨电极9穿入加热室2与加热器3相连接，将电能输入到加热器3；炉壳体1一端门上安装循环风机7，风机7的作用是冷却时驱动炉壳内气体循环，加快冷却速度。壳体1柱体部位有管接口与真空系统的抽空机组11相通。

加热室2起到保温隔热作用，其六面所用材料用高温成型的硬质复合碳纤维毡制造，加热器3、密封箱6、支撑料架5及与密封箱6相连的通气管道16等均采用优质石墨制造，耐高温，本身挥发物少。

进、排气管道12、10均通过石墨管16与密封箱6内相通，如图4所示，石墨管16穿过加热室2保温层与石墨的密封箱6相连通，为提高接口处的密闭性，在石墨管16与密封箱6内壁之间加一石墨密封环15，该环下面紧贴密封箱内壁板，将石墨密封箱6与石墨管16之间较大的环形间隙挡严，增加石墨密封箱6的密封性。进气管路12上装有进气控制阀19，流量控制器20。排气管路10出口加装冷却器17，冷却石墨箱排出的高温气体，冷却器17的出口安装排气阀18。

图5所示为与加热器3相连的石墨电极9垂直穿过加热室2的隔热层壁，由内刚玉陶瓷管22，外层刚玉管21依次同轴套在电极9外周与加热室2隔热层外壁之间，内刚玉陶瓷管22和外层刚玉管21的长度约占在隔热层壁的外侧2/3厚度，再将氮化硼绝缘管23、起增强作用的氮化硼绝缘环24依次同轴套在电极9外周与加热室2隔热层内壁之间，氮化硼绝缘管23一端外径大于管外径形成外凸台，管长度与电极9剩余部分相等。氮化硼绝缘环24内径与氮化硼绝缘管23外径其匹配，套在外凸台上。内刚玉陶瓷管22、氮化硼绝缘管23作用是保证保温材料与石墨电极间的绝缘、外层刚玉管21的作用阻止保温材料碎屑进入内刚玉陶瓷管22和氮化硼绝缘管23之间可能形成的间隙中，提高抗污染能力。外层刚玉管21一端有外沿，突出于加热室2保温外壁，起固定作用。

控制系统设置见图7：

采用人机界面(10.4英寸触摸屏)作为整个控制系统的管理中心，实时显示炉子运行过程中的一些重要数据，如通过设置的温度控制仪表将设备上的热电偶、功率控制器传输温度设定值、温度测量值、通过压力控制仪表传输设备上的压力传感器、流量控制器所显示的运行时间、真空度、进气流量等信息反馈给管理中心，这些数据还可以以曲线、棒图等多种方式显示。设备的泵、阀等动作控制、安全连锁保护、报警处理及部分数据采集(如炉子功率、真空度、进气流量等)采用PLC(可编程控制器)完成。温度控制采用专用单回路温度控制器，接受炉子热电偶的温度采集型号，经过仪表本身的PID运算后，控制可控硅功率控制器的导通角，使炉子加热功率连续可调。气氛烧结时的压力控制，采用一台压力控制仪表，接受炉子压力传感器的输入信号，与设定信号比较后，经过仪表本身的PID运算，通过流量控制器控制炉子的进气流量，达到控制压力目的。在“人机界面上”上可编制温度-时间工艺，开机时选择真空处理方式或气氛处理方式以及气氛处理时需要控制的炉内压力等参数。这些参数存储在“人机界面上”的数据单元内。炉子运行时，把预先设定好的这些参数下载到温度控制器和压力控制仪表，由下位仪表执行温度和压力的控制。在“人机界面上”设计了炉子运行的动态流程图，使炉子整个工作状况一目了然；流程图上相应的位置设有软按钮，当用户以“负责人”方式登录到“人机界面上”时，可用这些软按钮对炉子直接进行操作或修改设定参数。USB存储器保存整个炉子工作过程的历史数据。打印机可随时打印历史数据表格或历史曲线。

工艺流程的控制程序，见图6：检查设备电源、气源、水源，触摸屏上编制加热工艺流程、启动炉子，对炉内抽真空、两种用途选择：一是真空加热，根据编制的工艺内容，真空状态下自动启动加热程序，对炉子加热、按照编制的工艺升温，最终升温到1700～1800℃，保持工艺要求时间，如4小时；另一种用途采用保护气氛烧结工艺时：先抽真空，然后充惰性保护气，如氩气，到微正压时充气完成，排气阀打开，气体不断流动，即可自动启动加热程序，炉子在保护气氛下加热，保护气体循环带走挥发物，按照编制的工艺升温，最终升至1700～1800℃，保持工艺要求时间，如4小时加热烧结，直到烧结结束，冷却；上述两种用途共同使用的步骤：加热过程结束，停止加热，开始自然降温，降温到设定的温度后，继续充入惰性气体，然后启动风机，炉子进入强制冷却过程，降温到设定的温度后，继续冷却，并开始计时，到达设定时间后冷却停止，出炉。

采用保护气氛烧结工艺时也可以不抽真空，直接向炉内充保护气，置换到空气后，就可以加热，但这种方法作业效率较低。

采用真空烧结工艺时的冷却，也可充惰性气体冷却，或者采用真空冷却，结束。

Claims (6)

1.一种1800度高温保护气氛真空烧结炉，控制系统与设置在真空烧结炉中的电控执行部件相连、真空烧结炉与真空系统和进、排气管道相连，其特征在于一炉适用两种工艺：气氛烧结和真空烧结，并由控制程序实施功能转换措施；炉壳体两端开门、一端门上安装循环风机，炉壳体上安装热电偶、铜电极，并有管道与真空系统相连，炉壳体内装方体加热室、固定在加热室四个内壁上的加热器、加热器内部再安装密封箱和支撑料架；联通密封箱的进、排气管道通过石墨管分别穿过加热室和密封箱的上、下壁与密封箱内相通，测量温度的热电偶固定在炉壳体上，热电偶测温端进入到密封箱内，铜电极通过石墨电极与加热器相连接。

2.根据权利要求1所述的1800度高温保护气氛真空烧结炉，其特征在于进气管道(10)与排气管道(12)均通过石墨管(16)与密封箱(6)连接，石墨管(16)穿过加热室(2)隔热层壁与石墨的密封箱(6)相连通，为提高接口处的密闭性，在石墨管(16)与密封箱内壁之间加一石墨密封环(15)，该环下面紧贴密封箱内壁板，将密封箱与石墨管(16)之间较大的环形间隙挡严，增加密封箱(6)的密封性。

3.根据权利要求1所述的1800度高温保护气氛真空烧结炉，其特征在于加热室(2)六个面的隔热层壁用高温成型的硬质复合碳纤维毡制造，加热器(3)、密封箱(6)、支撑料架(5)及与密封箱(6)相连的石墨管(16)均采用耐高温，本身挥发物少的优质石墨制造。

4.根据权利要求1所述的1800度高温保护气氛真空烧结炉，其特征在于与加热器(3)相连的石墨电极(9)垂直穿过加热室(2)的隔热层壁，并由内刚玉陶瓷管(22)，外层刚玉管(21)依次同轴套在石墨电极(9)外周与加热室(2)隔热层壁的外壁之间，外层刚玉管(21)一端有外沿，突出于加热室(2)隔热层壁的外壁固定，再将氮化硼绝缘管(23)、起增强作用的氮化硼绝缘环(24)依次同轴套在石墨电极(9)外周与加热室(2)隔热层壁的内壁之间。

5.根据权利要求4所述的1800度高温保护气氛真空烧结炉，其特征在于氮化硼绝缘管(23)一端形成外凸台，起增强作用的氮化硼绝缘环(24)套在外凸台上，氮化硼绝缘环(24)内径与氮化硼绝缘管(23)外径相匹配。

6.根据权利要求1所述的1800度高温保护气氛真空烧结炉，其特征在于真空烧结炉的工艺流程控制：准备工作是检查真空烧结炉的电源、气源、水源，在触摸屏上编制加热工艺流程、启动真空烧结炉，对炉内抽真空；两种用途选择：一是真空加热，根据编制的加热工艺流程内容，真空状态下自动启动加热程序，对真空烧结炉加热、按照编制的加热工艺流程升温，最终升温到1700～1800℃，保持加热工艺流程要求时间；另一种保护气氛烧结用途：根据编制的加热工艺流程内容，对炉内密封箱充入惰性气体，充气完成后，自动启动加热程序，真空烧结炉在保护气氛下加热，惰性气体排出带走挥发物，按照编制的加热工艺流程升温，最终升至1700～1800℃，保持加热工艺流程要求时间；上述两种用途共同使用的步骤：加热过程结束，停止加热，开始自然降温、降温到设定的温度后，继续充入惰性气体，然后启动风机，真空烧结炉进入强制冷却过程，降温到设定的温度后，继续冷却，并开始计时，到达设定时间后冷却停止，出炉。

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