CN103400763A - 用于氧传感器芯片的烧结设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于氧传感器芯片的烧结设备，包括料台、烧结室、排胶机构、升降机构、传送机构、冷却机构以及控制装置。本发明结构简单，在具有烧结功能的基础上，能够将氧化锆板在烧结过程中产生的胶物排出，有效保证了氧传感器芯片的良好性能。

Description

用于氧传感器芯片的烧结设备

技术领域

本发明涉及机械设备领域中的一种高温烧结设备，特别是一种用于烧结氧传感器芯片的设备。

背景技术

氧传感器是汽车中一个非常重要的传感器，用来监测发动机排气中氧的含量或浓度，并根据所测得的数据输出一个信号电压，反馈给发动机控制器，从而控制喷油量的大小。氧传感器的核心部件为氧传感器芯片，氧传感器芯片由多个带有电路的氧化锆板叠压烧结而成，氧传感器芯片在烧结过程中要求烧结温度控制在1500℃左右。目前用于烧结氧传感器芯片仅具有烧结功能，烧结完成后通过自然冷却方式冷却氧传感器芯片，费时费力。另外，在氧化锆板在烧结时会有胶熔化，而目前的烧结设备不具备清除胶物的能力，必将影响氧传感器芯片的性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种结构简单、具有排胶功能的用于氧传感器芯片的烧结设备。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

用于氧传感器芯片的烧结设备，包括采用陶瓷纤维砌筑而成的用于对氧传感器芯片进行烧结的烧结室；所述烧结室的底层设置有送料口，送料口的下方设置有与送料口相配装的用于承载待烧结氧传感器芯片并封闭送料口的料台；所述烧结室内设置有用于对待烧结氧传感器芯片进行加热的硅钼棒以及向烧结室内吹送热风的碳化硅管，所述碳化硅管通过预热气管与位于烧结室旁侧的空气预热器连通，空气预热器的进风端连通变频风机；所述烧结室的顶壁上设置有与烧结室内腔连通的排风口，排风口处通过排气阀盖实现启闭；

所述硅钼棒以及变频风机通过设置在烧结室外的控制装置控制动作，控制装置的输入端连接设置在烧结室内壁上的用于测量烧结室温度的热电偶。

本发明的改进在于：所述碳化硅管垂直设置在烧结室内，烧结室的下部设置有水平的环形预热气管，环形预热气管与各碳化硅管连通，环形预热气管的进气端通过预热支管与空气预热器的出气口连通；所述各碳化硅管的侧壁上均设置有若干出气孔。

本发明所述料台的改进在于：所述料台的上方设置有陶瓷纤维隔热层，陶瓷纤维隔热层的形状与送料口的形状相应，陶瓷纤维隔热层与料台之间设置有粘附在料台上端面的密封圈。

本发明的改进在于：所述烧结室的下方设置有用于控制料台升降的升降机构；升降机构包括垂直设置的机体，机体包括支柱和固定连接在支柱顶端的用于承载烧结室的支撑台；机体的侧壁上设置有在控制装置作用下做上下运动的液压缸，液压缸的活塞杆与设置在机体上的横梁连接；所述支撑台的底面上设置有导向轮，所述横梁、导向轮与料台之间通过绕制在导向轮上的钢丝绳连接。

本发明的改进在于：所述机体的下部设置有用于传送料台的传送机构，传送机构包括水平设置的伸出机体外的导轨，所述钢丝绳绕过导向轮后连接导轨，导轨与设置在机体上的导向杆滑动配合并沿导向杆在液压缸的作用下上下运动；所述料台通过滚轮设置在导轨上，导轨上还设置有用于限位料台的定位销。

本发明的改进在于：所述导向杆的上下两端分别设置有用于对导轨进行限位的行程开关。

本发明的进一步改进在于：所述导轨的下方还设置有用于控制料台旋转的旋转机构，旋转机构包括通过支架安装在导轨下方的电机和变速器，变速器的输出轴连接陶瓷纤维隔热层的中心；所述电机与控制装置的输出端连接。

本发明的进一步改进在于：所述烧结室的侧旁还设置有用于对料台进行冷却的冷却机构，所述冷却机构包括水冷机，水冷机通过冷却水进水管与设置在料台中的环形水管连通，环形水管通过冷却水出水管与废水池连通。

本发明的进一步改进在于：所述烧结室的外部还套装有由钢板制成的用于防护烧结室的烧结室外壳。

本发明的改进还在于：所述烧结室外壳的顶部设置有用于控制排气阀盖启闭的伸缩杆。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步在于：

本发明结构简单，在具有烧结功能的基础上，能够将氧化锆板在烧结过程中产生的胶物排出，有效保证了氧传感器芯片的良好性能。排胶功能的实现是通过空气预热器给氧化锆板提供排胶温度，通过鼓风机提供排胶所需要的气流，从而将将胶物从烧结室顶部的排风口排出。

本发明料台上设置的陶瓷纤维隔热层，用于防止在烧结过程中，温度过高烧坏料台；结合料台上的密封圈能够起到对烧结室保温的作用。升降机构和传送机构的设置，可以通过机械结构代替人工从烧结室内取放氧传感器芯片，避免高温烫伤事故的发生。旋转机构的设置可以使待烧结氧传感器芯片在烧结过程中受热均匀。冷却机构用于对料台及料台上方的陶瓷纤维隔热层以及烧结后的氧传感器芯片进行快速冷却，提高烧结效率。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的左视图。

其中：1.变频风机，2.空气预热器，3.机体，4.电机，5.横梁，6.滚轮，7.钢丝绳，8.导向轮，9、预热支管，10.环形预热气管，11、19.碳化硅管，12、21.硅钼棒，13.烧结室外壳，14.液压缸，15.伸缩杆，16.排风口，17.排气阀盖，18.烧结室，20、22.热电偶，23.导向杆，24.陶瓷纤维隔热层，25.变速器， 26.密封圈， 28.料台，29.定位销， 32.导轨，33、34.行程开关，35.冷却水进水管，36.冷却水出水管，37.水冷机。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

一种用于氧传感器芯片的烧结设备，其结构如图1所示，包括料台28、烧结室18、排胶机构、升降机构、传送机构、冷却机构以及控制装置，料台用于放置待烧结的氧传感器芯片，烧结室用于对待烧结的氧传感器芯片进行烧结；传送机构用于将料台进行水平传送，升降机构用于控制料台上下运动，方便进出烧结室；冷却机构用于快速冷却料台以及烧结后的氧传感器芯片；排胶机构用于在烧结过程中排放熔化的胶物。控制装置用于分别控制并协调烧结室、排胶机构、升降机构、传送机构以及冷却机构工作。

其中，烧结室18采用1700陶瓷纤维（表面硬化）、1500陶瓷纤维以及1260陶瓷纤维砌筑，用于对氧传感器芯片进行烧结，整体耐火保温结构具有重量轻、蓄热低、节能效果好的优点。烧结室的外部还套装有烧结室外壳13，烧结室外壳13由多块钢板拼接而成，钢板之间采用硅胶密封，用于防护烧结室。烧结室18的底层设置有送料口，送料口的下方设置有料台28，料台28与送料口相配装，用于承载待烧结氧传感器芯片并封闭送料口。

烧结室18内设置有硅钼棒12、21，用于在控制装置的控制下对待烧结的氧传感器芯片进行加热。烧结室内腔分为上下两个加热温区，上温区内均匀分布8支硅钼棒，下温区均匀分布10支硅钼棒。烧结室的内壁上设置有热电偶20、22，分别用于测量上下两个加热温区的温度值，并实时传递给控制装置，控制装置根据热电偶反馈的温度值，通过可控硅控制流经硅钼棒的电流大小，进一步控制烧结室内的温度。

料台28的上方设置有陶瓷纤维隔热层24，陶瓷纤维隔热层24的形状与送料口的形状相应，陶瓷纤维隔热层24与料台28之间设置有粘附在料台上端面的密封圈26。在进行烧结时，待烧结的氧传感器芯片放置在陶瓷纤维隔热层24上方，并位于烧结室内，密封圈用于密封料台和送料口。

升降机构设置在烧结室的下方，用于控制料台升降。升降机构包括垂直设置的机体3，机体3包括支柱和固定连接在支柱顶端的用于承载烧结室的支撑台。机体的侧壁上设置有在控制装置作用下做上下运动的液压缸14，液压缸的活塞杆与设置在机体上的横梁5连接。所述支撑台的底面上设置有四个导向轮8，所述横梁、导向轮与料台之间通过绕制在导向轮上的钢丝绳7连接。

传送机构设置在机体的下部，用于传送料台。传送机构包括水平设置的伸出机体外的导轨32，所述钢丝绳绕过导向轮后连接导轨，导轨32与设置在机体上的导向杆23滑动配合，并沿导向杆在液压缸的作用下上下运动；导向杆23的上下两端分别设置有用于对导轨32进行限位的行程开关33、34。所述料台通过滚轮6设置在导轨上，导轨上还设置有用于限位料台的定位销29。

旋转机构设置在导轨的下方，用于控制料台旋转。旋转机构包括通过支架安装在导轨下方的电机4和变速器25，变速器的输出轴连接陶瓷纤维隔热层24的中心；所述电机与控制装置的输出端连接，在控制装置的控制下动作。

冷却机构如图2所示，设置在烧结室的侧旁，用于对料台进行冷却。冷却机构包括水冷机37，水冷机37通过冷却水进水管35与设置在料台28中的环形水管连通，环形水管通过冷却水出水管36与废水池连通。

排胶机构包括设置在烧结室内的碳化硅管11、19，碳化硅管通过预热气管与位于烧结室旁侧的空气预热器2连通，空气预热器的进风端连通变频风机1；变频风机在控制装置控制下动作。烧结室18的顶壁上设置有与烧结室内腔连通的排风口16，排风口处通过排气阀盖17实现启闭。烧结室外壳13的顶部设置有用于控制排气阀盖17启闭的伸缩杆15。

碳化硅管垂直设置在烧结室内，烧结室的下部设置有水平的环形预热气管10，环形预热气管与各碳化硅管连通，环形预热气管的进气端通过预热支管9与空气预热器2的出气口连通。本发明中各碳化硅管的侧壁上均设置有若干5mm的出气孔，用于向烧结室内吹送热风，不仅可以使烧结室内的预热空气更加均匀，而且还可将烧结室内的排胶物在预热空气的作用下从排风口排出烧结室。

本发明的使用方法如下所述：

装料时，先将导轨上的定位销29取出，将料台28顺着导轨32拉出，滚轮6会在导轨上滚动。将待烧结的氧传感器芯片装在料钵内码垛在料台28上。等工件摆放完毕后，将料台28顺着导轨32推到原位。再将定位销29放入定位孔内，使料台固定。

此时按下料台上升按钮，控制装置会控制液压缸14动作，向下推动横梁5，横梁5拉动钢丝绳7，钢丝绳经导向轮反向后将导轨吊起，从而吊起料台28。

导轨碰到行程开关33时液压缸14停止动作。此时陶瓷纤维隔热层24和上面堆放的工件便处在烧结室内。料台28上的密封圈26将料台和烧结室之间密封。

然后按下加热开关，控制装置开始给烧结室内的硅钼棒12和21供电。控制装置内可设置加热程序，根据热电偶20和热电偶22反馈的温度，利用可控硅来控制通过硅钼棒的电流大小来控制烧结室温度。

加热开始后，按下料台旋转按钮，电机4开始动作，通过变速器25减速后的动力传给陶瓷纤维隔热层24，带动工件旋转，使得工件受热均匀。

在氧传感器芯片烧结过程中的排胶阶段时，通过控制装置打开变频风机1和空气预热器2，使得变频风机1吹出的空气在空气预热器2中升温后再通过预热支管9和环形预热气管10吹入碳化硅管11和19中。

空气预热器温度是可控的，通过电热丝和热电偶配合，控温更准确。排胶过程中，打开烧结室上方的排气阀盖17，使变频风机吹入的预热空气及时把排胶物通过排风口16排出烧结室。本发明的排风口16处接排气管，引导氧传感器芯片中粘接剂废气和加热湿气气流，使其定向排放。

排胶阶段结束后，烧结室进入高温阶段。控制装置控制变频风机1和空气预热器2关闭，同时控制伸缩杆15推动排气阀盖17，使得排气阀盖关闭。

此时，控制装置控制水冷机37开始工作，水冷机通过冷却水进水管35和冷却水出水管36给料台28降温，料台28中空设置，冷却水可以在料台内的环形水管内循环一周后排出，从而给密封圈26和变速器25降温，使其能正常工作。

烧结结束后，按下料台下降按钮，控制装置控制液压缸14开始动作，料台开始下降，当导轨碰到行程开关34时料台液压缸停止动作，此时便可将料台可以拉出。导向杆23在料台上升和下降时起导向作用，使料台更平稳。

本发明的导轨可是分两段设置，位于机体内的一段能够沿导向杆上下运动，位于机体外的一段固定连接在机体上，待料台行至下部的行程开关34处时，机体内的导轨和机体外的导轨实现并轨，从而可以减轻液压缸的负荷。

Claims (10)

1.用于氧传感器芯片的烧结设备，其特征在于：包括采用陶瓷纤维砌筑而成的用于对氧传感器芯片进行烧结的烧结室（18）；所述烧结室（18）的底层设置有送料口，送料口的下方设置有与送料口相配装的用于承载待烧结氧传感器芯片并封闭送料口的料台（28）；所述烧结室（18）内设置有用于对待烧结氧传感器芯片进行加热的硅钼棒（12、21）以及向烧结室内吹送热风的碳化硅管（11、19），所述碳化硅管通过预热气管与位于烧结室旁侧的空气预热器（2）连通，空气预热器的进风端连通变频风机（1）；所述烧结室（18）的顶壁上设置有与烧结室内腔连通的排风口（16），排风口处通过排气阀盖（17）实现启闭；

所述硅钼棒以及变频风机通过设置在烧结室外的控制装置控制动作，控制装置的输入端连接设置在烧结室内壁上的用于测量烧结室温度的热电偶。

2.根据权利要求1所述的用于氧传感器芯片的烧结设备，其特征在于：所述碳化硅管垂直设置在烧结室内，烧结室的下部设置有水平的环形预热气管（10），环形预热气管与各碳化硅管连通，环形预热气管的进气端通过预热支管（9）与空气预热器（2）的出气口连通；所述各碳化硅管的侧壁上均设置有若干出气孔。

3.根据权利要求1所述的用于氧传感器芯片的烧结设备，其特征在于：所述料台（28）的上方设置有陶瓷纤维隔热层（24），陶瓷纤维隔热层（24）的形状与送料口的形状相应，陶瓷纤维隔热层（24）与料台（28）之间设置有粘附在料台上端面的密封圈（26）。

4.根据权利要求3所述的用于氧传感器芯片的烧结设备，其特征在于：所述烧结室的下方设置有用于控制料台升降的升降机构；升降机构包括垂直设置的机体（3），机体（3）包括支柱和固定连接在支柱顶端的用于承载烧结室的支撑台；机体的侧壁上设置有在控制装置作用下做上下运动的液压缸（14），液压缸的活塞杆与设置在机体上的横梁（5）连接；所述支撑台的底面上设置有导向轮（8），所述横梁、导向轮与料台之间通过绕制在导向轮上的钢丝绳（7）连接。

5.根据权利要求4所述的用于氧传感器芯片的烧结设备，其特征在于：所述机体的下部设置有用于传送料台的传送机构，传送机构包括水平设置的伸出机体外的导轨（32），所述钢丝绳绕过导向轮后连接导轨，导轨（32）与设置在机体上的导向杆（23）滑动配合并沿导向杆在液压缸的作用下上下运动；所述料台通过滚轮（6）设置在导轨上，导轨上还设置有用于限位料台的定位销（29）。

6.根据权利要求5所述的用于氧传感器芯片的烧结设备，其特征在于：所述导向杆（23）的上下两端分别设置有用于对导轨（32）进行限位的行程开关（33、34）。

7.根据权利要求5所述的用于氧传感器芯片的烧结设备，其特征在于：所述导轨的下方还设置有用于控制料台旋转的旋转机构，旋转机构包括通过支架安装在导轨下方的电机（4）和变速器（25），变速器的输出轴连接陶瓷纤维隔热层（24）的中心；所述电机与控制装置的输出端连接。

8.根据权利要求1所述的用于氧传感器芯片的烧结设备，其特征在于：所述烧结室的侧旁还设置有用于对料台进行冷却的冷却机构，所述冷却机构包括水冷机（37），水冷机（37）通过冷却水进水管（35）与设置在料台（28）中的环形水管连通，环形水管通过冷却水出水管（36）与废水池连通。

9.根据权利要求1所述的用于氧传感器芯片的烧结设备，其特征在于：所述烧结室的外部还套装有由钢板制成的用于防护烧结室的烧结室外壳（13）。

10.根据权利要求9所述的用于氧传感器芯片的烧结设备，其特征在于：所述烧结室外壳（13）的顶部设置有用于控制排气阀盖（17）启闭的伸缩杆（15）。

Images