CN102980389A - 一种微米级测控真空热压烧结炉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于制备功能陶瓷材料的设备系统，具体涉及一种能精确控压并对材料烧结曲线进行微米级动态测量的微米级测控真空热压烧结炉系统。其主要由计算机数据测控系统、电子试验机加压系统和高温真空烧结炉系统构成；其中所述的电子试验机加压系统中的电子试验机压头与计算机数据测控系统中的压力位移传感器相连接；高温真空烧结炉系统中的高温烧结炉的底座和下压头放在电子试验机加压系统中的伺服电机的上面。本发明的微米级测控真空热压烧结炉系统，在对高温烧结样品进行精确控压的同时，能实现对烧结样品的烧结曲线进行微米级的动态测量，有利于缩短研究功能陶瓷材料烧结特性的实验周期，提高科研甚至生产效率，节约能源。
Description
技术领域
本发明属于制备功能陶瓷材料的设备系统，具体涉及一种能精确控压并对材料烧结曲线进行微米级动态测量的微米级测控真空热压烧结炉系统。
背景技术
功能陶瓷材料的致密度、晶粒尺寸等性质对产品性能影响巨大，如何控制其烧结工艺，使材料既能烧结致密，又能避免高温烧结引起的晶粒粗化，是功能陶瓷材料制备研究的关键问题之一。真空热压烧结是能满足功能陶瓷材料烧结要求的少数几种有效手段之一。但现有的真空热压烧结炉的加压系统均采用油压驱动。采用油压系统存在的问题是：加压速率控制精度低；压力控制不稳定，过压、欠压波动大；压头位移测量不准确，对烧结过程中材料收缩量不能精确测量，无法在短实验周期内掌握材料烧结的最佳工艺等。这些问题都不利于烧结陶瓷质量稳定性、可重复性和研制效率的提高。
发明内容
本发明的目的是针对现有油压驱动的真空热压烧结炉的不足之处，提供一种能在精确控压的同时，对材料烧结曲线进行微米级动态测量的微米级测控真空热压烧结炉系统。
本发明的设计原理是在现有真空热压烧结炉系统的基础上，更换加压系统，即改变其油压驱动的加压模式，参考万能电子试验机的伺服电机加压模式，采用加高加宽电子试验机代替油压加压系统，同时采用计算机数据测控系统，实现烧结过程中的功能陶瓷材料收缩量的动态精确测量。
本发明的微米级测控真空热压烧结炉系统如图1所示，主要由计算机数据测控系统、电子试验机加压系统和高温真空烧结炉系统构成；其中，电子试验机加压系统中的电子试验机压头与计算机数据测控系统中的压力位移传感器相连接(可通过焊接固定在一起)；高温真空烧结炉系统中的高温烧结炉的底座和下压头放在电子试验机加压系统中的伺服电机的上面(可通过铆钉固定在一起)。计算机数据测控系统控制电子试验机加压系统及高温真空烧结炉系统为高温烧结炉提供压力，并在功能陶瓷材料的烧结过程中，采集电子试验机加压系统中的电子试验机压头的工作数据，从而实现对功能陶瓷材料烧结收缩情况的动态测量。
所述的电子试验机加压系统主要由电子试验机压头、移动横梁(该移动横梁可上下移动)、伺服电机和主机框架构成；其中只是所述的主机框架经过加高加宽处理。该系统的各部分结构及连接情况等技术方案与原电子试验机加压系统的技术方案基本相同，在此不再赘述。所述的电子试验机加压系统的压力输出范围为1～500KN，控制精度能达到±1N，保证了烧结过程中对烧结样品所施加的压力的稳定性。
所述的计算机数据测控系统主要由压力位移传感器和计算机构成，二者通过数据线连接；所述的压力位移传感器的一面与所述的电子试验机加压系统中的电子试验机压头固定相连(可焊接在一起)，所述的压力位移传感器的另一面固定在所述的电子试验机加压系统中的所述的移动横梁的下面，实现了计算机数据测控系统与电子试验机加压系统的连接，并可采集电子试验机加压系统的工作数据，包括所施加的压力和电子试验机压头的位移量，经压力位移传感器采集后，输入计算机。工作人员可根据计算机数据测控系统采集的实时数据了解当前烧结条件下，被烧结样品的收缩情况，并可进一步处理得到当前烧结条件下，被烧结样品的动态烧结曲线。
所述的高温真空烧结炉系统主要由高温烧结炉、烧结炉控制柜和真空系统构成，其中所述的高温烧结炉的底座和下压头放在电子试验机加压系统中的伺服电机的上面(可通过铆钉固定在一起)，完成所述的电子试验机加压系统与所述的高温真空烧结炉系统的组装。该系统的各部分结构及连接情况等与原高温真空烧结炉系统的技术方案基本相同，在此不再赘述。只是所述的高温烧结炉的尺寸应不大于上述大型电子试验机工作空间尺寸，也就是说只要尺寸适宜，目前现有的高温真空热压炉系统均可用于本发明的组装。
本发明的微米级测控真空热压烧结炉系统，在对高温烧结样品进行精确控压的同时，能实现对烧结样品的烧结曲线进行微米级的动态测量，有利于缩短研究功能陶瓷材料烧结特性的实验周期，提高科研甚至生产效率，节约能源。由于在功能陶瓷材料的热压烧结过程中所施加的压力稳定，所制备的功能陶瓷材料的质量一致，可重复性高，能够为功能陶瓷材料的制备工作特别是科研工作提供可靠的工艺数据。
附图说明
图1.本发明微米级测控真空热压烧结炉系统的方框图。
图2.本发明实施例1的微米级测控真空热压烧结炉系统的结构示意图。
图3.本发明实施例1中利用微米级测控真空热压烧结炉系统获得的高温烧结过程中样品的动态烧结曲线图。
附图标记
1.电子试验机压头 2.移动横梁 3.伺服电机
4.压力位移传感器 5.计算机 6.高温烧结炉
7.烧结炉控制柜 8.真空系统 9.主机框架
10.底座 11.下压头 12.上压头
具体实施方式
实施例1
请参见图1和2，微米级测控真空热压烧结炉系统主要由计算机数据测控系统、电子试验机加压系统和高温真空烧结炉系统构成；其中，电子试验机加压系统中的电子试验机压头1与计算机数据测控系统中的压力位移传感器4通过焊接固定在一起；高温真空烧结炉系统中的高温烧结炉6的底座10和下压头11通过铆钉固定在电子试验机加压系统中的伺服电机3的上面。
所述的电子试验机加压系统主要由电子试验机压头1、移动横梁2、伺服电机3和主机框架9构成；其中只是所述的主机框架9经过加高加宽处理，为该系统提供了0.6m×0.6m×1m的大型电子试验机工作空间。该系统的各部分结构及连接情况等技术方案与原电子试验机加压系统的技术方案基本相同。所述的电子试验机加压系统的压力输出范围为1～500KN，控制精度能达到±1N，保证了烧结过程中对烧结样品所施加的压力的稳定性。
所述的计算机数据测控系统主要由压力位移传感器4和计算机5构成，二者通过数据线连接；所述的压力位移传感器4的一面与所述的电子试验机加压系统中的电子试验机压头1固定焊接在一起，所述的压力位移传感器4的另一面固定在所述的电子试验机加压系统中的移动横梁2的下面。
所述的高温真空烧结炉系统主要由高温烧结炉6、烧结炉控制柜7和真空系统8构成，其中高温烧结炉6的底座10和下压头11通过铆钉固定在电子试验机加压系统中的伺服电机3的上面，完成所述的电子试验机加压系统与所述的高温真空烧结炉系统的组装。该系统的各部分结构及连接情况等与原高温真空烧结炉系统的技术方案基本相同：如烧结炉控制柜7通过电源线与高温烧结炉6的热电偶相连接；真空系统8的真空泵与高温烧结炉6的气体出口通过管路相连通。只是所述的高温烧结炉6的尺寸应不大于0.6m×0.6m×1m的大型电子试验机工作空间尺寸。
将上述微米级测控真空热压烧结炉系统应用于功能陶瓷烧结，按照摩尔百分比为50(Al2O3)∶30(Y2O3)∶20(SiO2)进行配料并进行真空烧结制备透明YAG玻璃陶瓷。采用上述各组分的非晶粉体作为原料，装入Φ20mm的石墨模具中，在真空条件下烧结，压力为20KN，即60MPa，烧结温度为960℃，保温10分钟，保温过程中，微米级测控真空热压烧结炉系统获得的被烧结样品的动态烧结曲线如图3所示，由图3可见，采用该微米级测控真空烧结炉系统获得的YAG透明玻璃陶瓷的动态烧结曲线的测量精度可达到1.0μm。
Claims (2)
1.一种微米级测控真空热压烧结炉系统，主要由计算机数据测控系统、电子试验机加压系统和高温真空烧结炉系统构成；其特征是：所述的电子试验机加压系统中的电子试验机压头与计算机数据测控系统中的压力位移传感器相连接；高温真空烧结炉系统中的高温烧结炉的底座和下压头放在电子试验机加压系统中的伺服电机的上面。
2.根据权利要求1所述的微米级测控真空热压烧结炉系统，其特征是：所述的计算机数据测控系统主要由压力位移传感器和计算机构成，二者通过数据线连接；所述的压力位移传感器的一面与所述的电子试验机加压系统中的电子试验机压头固定相连，所述的压力位移传感器的另一面固定在所述的电子试验机加压系统中的移动横梁的下面。
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