CN102967140B - 一种整体式微波真空烧结炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种整体式微波真空烧结炉，包括：整体式炉架；设置于整体式炉架内的卧式炉体，炉体的炉门位于整体式炉架外部；设置于炉体内的炉衬，炉衬内设有用于放置物料的物料支承结构，炉衬采用微波透射材料；用于对炉衬内进行抽真空的真空系统；用于对炉体进行冷却的冷却系统；波导管和磁控管，波导管与炉体外侧连接，磁控管安装在波导管上。本发明是一种由内向外、迅速而均匀的加热方式。并且在微波电磁能的作用下，材料内部分子或离子的动能增加，使烧结活化能降低，扩散系数提高，可进行低温快速烧结，使晶粒来不及长大就己被烧结。本发明用于硬质合金的烧结时，可使硬质合金的硬度、抗弯强度和矫顽磁力均获提高。
Description
技术领域
本发明涉及真空烧结炉技术领域，更具体地说，涉及一种整体式微波真空烧结炉。
背景技术
真空烧结炉是在真空环境中对被加热物品进行保护性烧结的炉子，主要适用于硬质合金、粉末冶金、磁性材料的烧结和热处理。
但是，现有的真空烧结炉使用高温钼、石墨及钨带等加热，用辐射及传导方式对产品加热，产品由外向内受热，加热时间长，温度梯度大，能耗高，晶粒易长大。
另外，现有的真空烧结炉结构不紧凑，占地面积大，安全性能不好，运输不方便。
因此，如何提高加热速度，减少加热时间，继而降低耗能，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种整体式微波真空烧结炉，以提高加热速度，减少加热时间，继而降低耗能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种整体式微波真空烧结炉，包括：
整体式炉架；
设置于所述整体式炉架内的炉体，所述炉体为卧式结构，所述炉体的炉门位于所述整体式炉架外部；
设置于所述炉体内的炉衬，所述炉衬内设有用于放置物料的物料支承结构，所述炉衬采用微波透射材料；
用于对所述炉衬内进行抽真空的真空系统；
用于对所述炉体和炉门进行冷却的水冷却系统；
用于对烧结后物料进行冷却的气冷却系统；
波导管和磁控管，所述波导管与所述炉体外侧连接，所述磁控管安装在所述波导管上。所述波导管与所述炉体用透波耐压密封窗密封，所述透波耐压密封窗内侧填充有透波隔热材料层。
用于测量所述炉衬内物料温度的测温装置，所述测温装置为热电偶或红外线测温仪；所述热电偶具有不透波的保护管；
所述测温装置为具有双层保护管的热电偶，所述双层保护管的外保护管为刚玉管，内保护管为钼管;
用于控制磁控管、真空系统、水冷却系统和气冷却系统工作的电气控制系统。
优选地，在上述整体式微波真空烧结炉中，所述磁控管按所述炉体表面均匀分布。
优选地，在上述整体式微波真空烧结炉中，所述磁控管以120°的方向间隔分组均匀布置在所述炉体上。
优选地，在上述整体式微波真空烧结炉中，所述波导管与所述炉体采用厚聚四氟乙烯板作为密封窗密封，或者采用石英玻璃、硼硅玻璃或硅铝玻璃与薄聚四氟乙烯板的组合密封方式作为密封窗密封。
优选地，在上述整体式微波真空烧结炉中，炉体截面为正多边形结构或圆筒形结构。
优选地，在上述整体式微波真空烧结炉中，所述物料支承结构包括支承杆和支承板，所述支承杆以不锈钢框架固定在所述炉体内壁上，所述支承板平放在所述支承杆上，与支承杆以榫卯结构固定，且所述支承板位于所述炉衬内，所述物料支承结构为耐高温陶瓷材料。
优选地，所述磁控管为工业级水冷磁控管，发射的微波频率为2450MHz；
优选地，在上述整体式微波真空烧结炉中，所述炉衬材料为以氧化铝为主要成份的纤维棉板。
优选地，在上述整体式微波真空烧结炉中，所述热电偶为钨铼热电偶或S分度热电偶。
优选地，所述不透波的保护管为钼管。
优选地，在上述整体式微波真空烧结炉中，所述炉体和炉门为双层金属水冷结构，且内层金属为不锈钢；
所述水冷却系统包括所述炉体的水套、所述炉门的水套、磁控管水套，以及与之连通的水管、阀门和集水槽。
优选地，在上述整体式微波真空烧结炉中，所述磁控管为工业级水冷磁控管，发射的微波频率为2450MHz。
优选地，在上述整体式微波真空烧结炉中，所述波导管截面尺寸为86.4×43.2mm的长方形。
优选地，在上述整体式微波真空烧结炉中，所述透波耐压密封窗内侧填充的透波隔热材料层为主要成份为氧化铝的保温棉。
优选地，在上述整体式微波真空烧结炉中，构成炉膛的棉板厚度为50～250mm。
优选地，在上述整体式微波真空烧结炉中，构成炉膛的棉板结构为内腔为长方体的组合结构。
优选地，在上述整体式微波真空烧结炉中，物料支承结构包括支承杆和支承条。其中，支承条为左右各一条平放在支承杆上，与支承杆以榫卯结构固定，所述物料支承结构为耐高温陶瓷材料。
优选地，在上述整体式微波真空烧结炉中，所述整体式炉架的上部具有吊环，底部具有支承脚。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供的整体式微波真空烧结炉，采用微波加热的方式对物料进行加热，是一种由内向外、迅速而均匀的加热方式。并且在微波电磁能的作用下，材料内部分子或离子的动能增加，使烧结活化能降低，扩散系数提高，可进行低温快速烧结，使晶粒来不及长大就己被烧结。本发明用于硬质合金的烧结时，可使硬质合金的硬度、抗弯强度和矫顽磁力均获提高。本发明采用微波加热的方式对物料进行加热，提高了加热速度，减少了加热时间，继而降低了耗能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的整体式微波真空烧结炉的主视图；
图2为本发明实施例提供的整体式微波真空烧结炉的后视图；
图3为本发明实施例提供的整体式微波真空烧结炉的俯视图；
图4为图3沿A-A面的剖视图。
其中，1为整体式炉架，2为炉门，3为炉门铰链，4为吊环，5为支承脚，6为观察孔，7为真空压力表，8为炉体，9为磁控管，10为热电偶，11为集水槽，12为真空泵，13为电气控制系统，14为真空管道，15为炉衬，16为支承板，17为支承杆，18为真空阀门，19为进气管，20为排气管。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种整体式微波真空烧结炉，以提高加热速度，减少加热时间，继而降低耗能。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图4，图1为本发明实施例提供的整体式微波真空烧结炉的主视图；图2为本发明实施例提供的整体式微波真空烧结炉的后视图；图3为本发明实施例提供的整体式微波真空烧结炉的俯视图；图4为图3沿A-A面的剖视图。
本发明实施例提供的整体式微波真空烧结炉，包括整体式炉架1、炉体8、炉衬15、真空系统、水冷却系统、气冷却系统、电气控制系统、波导管和磁控管9。
其中，整体式炉架1为方框形金属结构，整体式炉架1的上部可设置吊环4，底部可设置支承脚5。本发明采用整体式炉架1，占地面积小、使用安全、运输方便。
炉体8设置于整体式炉架1内，炉体8的炉门2位于整体式炉架1的外部。炉门2与炉体8通过炉门铰链3连接，炉门2露出整体式炉架1，便于开门进出料。炉门2与炉体8配合部分装有密封与锁紧装置，炉门2关闭后由锁紧装置锁紧，保持气密封并防止微波外泄。炉门2在整体式炉架1的对侧为电气控制系统安装柜及门，电气控制系统安装柜内设有电气控制系统13。整体式炉架1左右侧为安装调试检修门。
炉衬15设置于炉体8内，炉衬15内设有用于放置物料的物料支承结构，炉衬15采用微波透射材料，优选地采用氧化铝为主要成份的棉板结构。棉板结构以不锈钢框架固定在炉体8的内壁。炉衬15的棉板结构及炉门2上的棉板结构构成炉膛。优选地，构成炉膛的棉板厚度为50～250mm。优选地，构成炉膛的棉板结构为内腔为长方体的组合结构。
真空系统用于对炉衬15内进行抽真空，真空系统包括真空泵12、真空管道14、真空阀门18和真空表等，真空管道14与炉体8相连通。若在真空系统上增加排胶罐，便形成了对物料进行排胶的排胶系统。
水冷却系统用于对所述炉体8和炉门2进行冷却，气冷却系统用于对烧结后的物料进行冷却。电气控制系统用于控制磁控管9、真空系统、水冷却系统和气冷却系统的工作。波导管与炉体8外侧连接，磁控管9安装在波导管上。波导管可与炉体8通过螺栓连接，优选地，波导管截面尺寸为86.4×43.2mm的长方形。磁控管9是一种用来产生微波能的电真空器件，实质上是一个置于恒定磁场中的二极管。二极管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下，与高频电磁场发生相互作用，把从恒定电场中获得能量转变成微波能量，从而达到产生微波能的目的。
本发明提供的整体式微波真空烧结炉，采用微波加热的方式对物料进行加热，是一种由内向外、迅速而均匀的加热方式。并且在微波电磁能的作用下，材料内部分子或离子的动能增加，使烧结活化能降低，扩散系数提高，可进行低温快速烧结，使晶粒来不及长大就己被烧结。本发明用于硬质合金的烧结时，可使硬质合金的硬度、抗弯强度和矫顽磁力均获提高。
进一步地，磁控管9沿炉体8的外表面均匀分布。在本实施例中，磁控管9为三组，且以120°的方向间隔分组均匀布置在炉体8上。
在本发明一具体实施例中，波导管与炉体8采用厚聚四氟乙烯板作为密封窗密封，因而既能透过微波又能承受大气压力。优选地，厚聚四氟乙烯板厚度为5至15mm。
在本发明另一具体实施例中，波导管与炉体8采用石英玻璃、硼硅玻璃或硅铝玻璃与薄聚四氟乙烯板的组合密封方式作为密封窗密封，同样能透过微波和承受大气压力。
另外，波导管与炉体8密封还可采用石英玻璃、硼硅玻璃或硅铝玻璃以特殊胶粘合的方式密封，使玻璃不受螺栓紧固力作用。
在本发明一具体实施例中，波导管与炉体8的密封窗内侧填充有透波隔热材料层，以保护密封窗并防止微波真空打火。优选地，密封窗内侧填充的透波隔热材料层主要成份为氧化铝的保温棉。
在本发明一具体实施例中，物料支承结构包括支承杆17和支承板16，支承杆17以不锈钢框架固定在炉体8内壁上，支承板16平放在支承杆17上，与支承杆17以榫卯结构固定，且支承板16位于炉衬15内。支承杆17的数量可为4个或6个，通常设计为成对出现。将支承板16放置在由多个支承杆17形成的顶部平面上。
物料支承结构也可包括支承杆17和支承条。其中，支承条为左右各一条平放在支承杆17上，与支承杆17以榫卯结构固定。当物料支承结构为本结构时，物料放置在匣钵中或棚板上后再放在支承条上。
支承杆17、支承板16和支承条均可为耐高温的陶瓷材料，例如氧化铝或碳化硅等。
在本发明一具体实施例中，本发明还可包括用于测量炉衬15内温度的测温装置。该测温装置可为以钼管作为热电偶丝保护管的热电偶10或红外线测温仪。以钼管作为热电偶丝保护管能够防止微波对热电偶10信号的干扰。优选地，钼管外使用刚玉管作为对钼管的保护，防止钼管受到腐蚀性气氛侵蚀。
在本发明一具体实施例中，炉体8为双层金属水冷结构，且内层金属为不锈钢，冷却系统包括炉体8的水套和炉门2的水套连通的水冷系统，以及与炉衬15连通的气冷系统。
炉门2内侧安装有保温棉板，保温棉板以不锈钢框架固定在炉门2的内壁。炉门2关闭时，炉门2内侧的保温棉板与炉体8内炉衬15配合，保持物料应有的温度。炉门2上有观察孔6以便于观察炉膛内情况。观察孔6上方安装一只真空压力表7以显示炉内工作压力。
炉门2和炉体8之间的密封条为导电橡胶条或硅橡胶条。更进一步地，硅橡胶条外表镀金属膜或贴金属膜，优选地，金属膜为铝箔纸。
水冷系统包括水泵、阀门、管道、集水槽11等。从水泵来的等却水分别冷却炉门2、炉体8、磁控管9后由集水槽11汇合由出水总管排出。
气冷系统包括进气管19、进气阀、排气管20、排气阀等。烧结结束后，开启进气阀、排气阀，冷却气体(氮气或氩气)经进气管19进入炉膛冷却物料后从排气管20排出。
进一步地，本发明的炉内真空压力大小、热电偶10读数、水温、阀门动作、真空泵12启停、微波功率控制等可全部由电气控制系统13统一控制，使本发明的优点更加突出。
本发明的具体工作过程如下：将物料放在支承板16上，关上炉门2。开启冷却水，让炉体水套、炉门水套、磁控管水套中充满冷却水。开启真空泵12、真空阀门18，当炉体8中真空度达到要求时，开启微波电源加热物料。当炉内温度达到排胶温度时，炉内胶气从炉底斜管向下流入管底(管底即为排胶罐，可开启并排胶)并冷凝，废气由真空泵12抽出。当炉内真空不再下降时，关闭真空泵12。烧结结束后，开启进气管19上的进气阀门和排气管20上的排气阀门，冷却气体从炉底斜管进入到炉膛中冷却物料后从排气管20排出，达到快速冷却物料的效果，炉内充气压力由炉门2上的真空压力表7显示。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (1)
1.一种整体式微波真空烧结炉，其特征在于，包括：
整体式炉架(1)，所述整体式炉架(1)的上部具有吊环(4)，底部具有支承脚(5)；
设置于所述整体式炉架(1)内的炉体(8)，所述炉体(8)为卧式结构，所述炉体(8)的炉门(2)位于所述整体式炉架(1)外部，炉体截面为正多边形结构或圆筒形结构；
设置于所述炉体(8)内的炉衬(15)，所述炉衬(15)材料为以氧化铝为主要成份的纤维棉板，构成炉膛的棉板厚度为50～250mm，构成炉膛的棉板结构为内腔为长方体的组合结构，所述炉衬(15)内设有用于放置物料的物料支承结构，所述物料支承结构包括支承杆(17)和支承板(16)，所述支承杆(17)以不锈钢框架固定在所述炉体(8)内壁上，所述支承板(16)平放在所述支承杆(17)上，与支承杆(17)以榫卯结构固定，且所述支承板(16)位于所述炉衬(15)内，所述物料支承结构为耐高温陶瓷材料，或者，物料支承结构包括支承杆(17)和支承条，其中，支承条为左右各一条平放在支承杆(17)上，与支承杆(17)以榫卯结构固定，所述物料支承结构为耐高温陶瓷材料；所述炉衬(15)采用微波透射材料；
用于对所述炉衬(15)内进行抽真空的真空系统；
用于对所述炉体(8)和炉门(2)进行冷却的水冷却系统，所述炉体(8)和炉门(2)为双层金属水冷结构，且内层金属为不锈钢；所述水冷却系统包括所述炉体(8)的水套、所述炉门(2)的水套及磁控管水套、集水槽、水管和阀门；
用于对烧结后物料进行冷却的气冷却系统；
波导管和磁控管(9)，所述波导管与所述炉体(8)外侧连接，所述磁控管(9)安装在所述波导管上；所述磁控管(9)以120°的方向间隔分组均匀布置在所述炉体(8)上，所述波导管与所述炉体(8)用透波耐压密封窗密封，所述透波耐压密封窗内侧填充有透波隔热材料层；
用于测量物料温度的测温装置，所述测温装置为具有双层保护管的热电偶(10)，所述双层保护管的外保护管为刚玉管，内保护管为钼管；
用于控制磁控管(9)、真空系统、水冷却系统和气冷却系统工作的电气控制系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20201109 Address after: 224300 No. 100, Beihuan West Road, Hede Town, Sheyang County, Yancheng City, Jiangsu Province Patentee after: Yancheng Silk Road Information Technology Service Co.,Ltd. Address before: 412200, Zhuzhou, Hunan province Liling Yang Three Stone Office Yang East Village Patentee before: HUNAN YANGDONG MICROWAVE TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20221212 Address after: 215222 2F, complex building, pangjin industrial building, No. 1801, pangjin Road, Jiangling street, Wujiang District, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Suzhou bukos New Material Technology Co.,Ltd. Address before: No. 100, Beihuan West Road, Hede Town, Sheyang County, Yancheng City, Jiangsu Province Patentee before: Yancheng Silk Road Information Technology Service Co.,Ltd. |