CN104197711B - 一种旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉 - Google Patents

Abstract

本发明针对现有电阻烧结炉的固有缺陷及无机新材料的研发对特种烧结技术的需求，设计了一种旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉，包括炉壳及内置于炉壳的炉膛，单侧或其它非均匀分布的发热体，半遮挡载物坩埚，坩埚支撑杆，穿过炉壳的固定架，传动装置，调速电机系统。调速电机输出低速转动通过齿轮或皮带等传动装置带动坩埚支撑杆旋转，使发热体作用到待烧样品上的辐射热在烧结过程中通过半遮挡载物坩埚的旋转处于周期性的被遮挡状态，使待烧样品的温度呈现3oC~100oC的周期性波动。本发明具有在烧结过程中使烧结体晶粒协调生长、晶粒大小均匀、物相稳定分布均匀、致密度高、孔隙率低，降低晶格畸变的优势。

Description

一种旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉

技术领域

本发明涉及一种电阻烧结炉，尤其涉及一种通过旋转带动半遮挡板对陶瓷等无机材料进行热冲击烧结的电阻烧结炉。

背景技术

烧结是陶瓷等无机材料制备工艺的核心环节。在烧结过程中材料形成独有的晶型结构、颗粒尺寸、形貌以及位错、缺陷等物理和化学特征，从而使材料具备特定的性能。当前国防工业领域与科技领域对材料的性能要求越来越高，对材料的制备设备要求越来越高。电阻烧结炉广泛应用于新材料的研制和生产中，一般电阻烧结炉中烧结体或烧结物料位置固定，烧结是利用的加热体中通以均匀的电流或缓慢变化的电流后的焦耳热的热辐射及空气等介质的热传导加热物体的，烧结体受到均匀或缓慢变化的热作用，烧结体或烧结物料各部分受热作用较为均匀、热量传递速度均匀或变化缓慢。这种烧结方式对于烧结普通的陶瓷等无机材料制品较为有利。对于具有特定的功能的新型功能陶瓷等无机功能材料，往往需要这些材料具有超细晶粒、低孔隙率、更纯的物相、更少的晶格畸变等特定的微观结构以实现其功能。通过在烧结温度附近的非均匀、温度快速变化的烧结方式可以助于实现超细晶粒、低孔隙率、特定的晶界或者适量的晶格畸变的微观结构。普通电阻烧结炉通过控制加热体的输入电流的变化难以实现快速、非均匀变化的热传动，这些无机功能材料的特定微观结构通过普通电阻烧结方式难以制备出来。

发明内容

本发明的目的是针对现有电阻烧结炉的固有缺陷及新材料研发对特种烧结技术的需求，通过使普通电阻炉中加热体呈现单侧或不均匀的分布，周期性遮挡作用到样品上的辐射热，设计了一种热冲击烧结电阻炉，可以在烧结体上实现温度快速交替变化的热冲击烧结，适应功能陶瓷等无机新材料烧结的需求。其主要包含以下构造。

一种旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉，包括炉壳及内置于炉壳的炉膛，单侧或其它不均匀分布的发热体，半遮挡载物坩埚，坩埚支撑杆，穿过炉壳的固定架，齿轮或皮带等传动装置，调速电机系统，其特征是，发热体呈现单侧或其它不均匀分布，炉膛中央设有半遮挡载物坩埚，坩埚与坩埚支撑杆相连，坩埚支撑杆通过炉壳上的固定架穿过炉壳，坩埚支撑杆另一端与位于炉壳外的电机传动装置连接，调速电机系统通过齿轮或皮带等传动装置带动坩埚支撑杆及半遮挡载物坩埚以一定速度旋转。

所述的旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉的工作温度范围为100oC~1800oC，烧结体或待烧物料放置于圆弧形半遮挡载物坩埚内的中心位置处，辐射热通过半遮挡载物坩埚的内面反射传动到烧结体或待烧物料靠近半遮挡载物坩埚被遮挡的一面。旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉的最高工作温度由电阻炉的额定工作温度及半遮挡载物坩埚和坩埚支撑杆的最高使用温度确定。

所述的旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉，其特征是，炉壳开有小孔，小孔位于炉壳底部，固定架通过小孔穿过炉壳，固定架紧密卡在炉壳上，坩埚支撑杆通过固定架固定并可以自由转动。

所述的旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉，其特征是，半遮挡载物坩埚，坩埚支撑杆，穿过炉壳的固定架，齿轮或皮带等传动装置，调速电机系统组成旋转周期热冲击烧结装置，半遮挡载物坩埚、坩埚支撑杆和穿过炉壳的固定架的材料包括三氧化二铝、二氧化锆、氧化镁、氧化铍、氮化硼，碳化硼、碳化硅、氮化硅、氮化铝在内的陶瓷、耐高温玻璃或石墨，包括高温合金钢、碳化钨、碳化钛、钛铝合金、不锈钢在内的高温高强度合金。

所述的旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉，其特征是，调速电机可以输出可调速旋转，转速从1转/分钟到100转/分钟可调，输出低速转动通过齿轮或皮带等传动装置带动坩埚支撑杆以同样的速度旋转，使待烧样品在烧结过程中通过旋转处于周期性的被遮挡状态，将发热体的辐射热等热作用周期性的进行遮挡，待烧样品的所受温度呈现周期性波动，波动温度根据不同的炉内温度、材料，转速可以在3oC~100oC之间变化。

所述的旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉，其特征是，发热体的安装不限于竖式安装方式，还包括炉膛顶部或侧面横式安装方式；旋转支撑杆不限于通过炉壳底部竖式安装方式，还包括炉膛顶部竖式或侧面横式安装方式；载物坩埚不限于和旋转支撑杆一体化形式，还包括分立形式；电阻炉的结构不限于箱式结构，还包括圆柱状结构或管式结构；烧结气氛不限于空气气氛，还包括真空、氢气、氧气、氩气、氮气、一氧化碳等气氛烧结。

本发明具有如下的有益效果：

（1）阻止单相晶粒持续长大，使不同晶粒协调生长：在交替温度变换的热冲击作用下，陶瓷等无机多晶材料的不同物相的晶粒的最佳生长温度不同，单一温度下容易造成某种相的晶粒生长速度较大，而其它相的晶粒生长速度较小。在遮挡式旋转产生的变换温度下在不同温度下具有最优生长速度的晶粒在各自最佳烧结温度下长大，不同物相晶粒生长相差不大，晶粒大小均匀性更好。这对于多相陶瓷材料的烧结制备具有非常明显的优势。

（2）在烧结温度附近的快速温度变化加速破坏原有物相结构，促进材料生成烧结温度范围内稳定的物相：在烧结温度附近，烧结快速进行，一定范围内快速变化的温度，使原有物相结构加速破坏，减少了生成新物相结构的阻力，有利于全部生成在该温度范围内最稳定的物相，该温度范围内不够稳定的物相结构通过温度变化得到抑制和转换成稳定物相。

（3）烧结体致密度高、孔隙率低：不同物相的微观颗粒在遮挡式旋转产生的变换温度下不断变化的生长速度使大小不同的微观颗粒都能有机会生长填充空隙，从而使烧结体密度高。此外，烧结过程中出现液相的烧结体在变换温度下适宜通过液相传质生长出不同物相的比液相密度更大的晶粒，使液相更少，密度更高，结构更致密。

（4）控制晶格畸变：在单一生长温度下，晶格畸变随时间持续变大，影响材料的性能。在交替变换的温度下，晶粒生长速度不断变化，晶粒生长中产生的晶格畸变得到抑制，且更加分散。

（5）适应性广：在材料的许可温度范围内，几乎适用于一切固体材料，尤其适宜烧结无机多相或多晶材料。

附图说明

附图1为旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉竖式底装正视示意图；

附图2为旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉竖式底装俯视示意图；

附图3为旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉横式侧装正视示意图；

附图4为旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉横式侧装俯视示意图；

附图5为旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉竖式顶装正视示意图；

图中标号：1－炉壳，2－发热体，3－待烧样品，4－半遮挡载物坩埚，5－弧形半遮挡板，6－载物坩埚，7－坩埚支撑架，8－旋转支撑杆，9－防掉卡位，10－固定架，11－传动装置，12－调速电机。

具体实施方式

本发明提供了一种旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉，下面通过附图说明和具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例1：如图1旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉竖式底装正视示意图及图2旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉竖式底装俯视示意图所示，本发明提供的旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉的机械旋转遮挡部分为半遮挡载物坩埚和旋转支撑杆一体化形式，炉壳1底部开有小孔，三氧化二铝材质的固定架10通过小孔穿过炉壳1，固定架10上部外径比下部外径稍大，紧密卡在炉壳1的小孔中，一体化的半遮挡载物坩埚4、旋转支撑杆8及防掉卡位9的材质为三氧化二铝，旋转支撑杆8通过固定架10固定，旋转支撑杆8的外壁及固定架10的内壁光滑，旋转支撑杆8的外径比固定架10的稍小，坩埚支撑架在固定架的上部有防掉卡位9，防掉卡位9可防止半遮挡载物坩埚4及旋转支撑杆8往下掉，防掉卡位9下部光滑，连同半遮挡载物坩埚4及旋转支撑杆8可以在固定架10上自由转动，不下移且不倾斜。旋转支撑杆8的下端通过卡位或外螺纹连接到传动装置11上，传动装置11通过皮带连接到调速电机12的传动头的皮带槽上。调速电机速度从1转/分钟到100转/分钟可调。烧结时，将待烧样品3放入半遮挡载物坩埚4上，设定好温度制度并开始加热，打开调速电机12，或者根据烧成需要在一定温度下打开调速电机12，使调速电机12以一定的转速转动，通过皮带带动半遮挡载物坩埚4以一定速度转动，对待烧样品进行热冲击烧结。本实施例中最高烧结温度为1600oC左右，热冲击最大波动温度100oC左右。

实施例2：如图3旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉横式侧装正视示意图及图4横式侧装俯视示意图所示，本发明提供的旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉的机械旋转遮挡部分为半遮挡载物坩埚和旋转支撑杆分立的形式，炉壳1侧面开有小孔，高温合金钢材质的固定架10通过炉壳1侧面小孔穿过炉壳1，固定架10紧密卡在炉壳1的小孔中，一体化的弧形半遮挡板5、旋转支撑杆8的材质为高温合金钢，一体化的载物坩埚6、坩埚支撑架7的材质为高温合金钢，旋转支撑杆8通过固定架10固定，旋转支撑杆8的外壁及固定架10的内壁光滑，旋转支撑杆8的外径比固定架10的稍小，一体化的弧形半遮挡板5及旋转支撑杆8可以在固定架10上自由转动，不侧移且不倾斜。旋转支撑杆8的外端通过卡位或外螺纹连接到传动装置11上，传动装置11通过齿轮连接到调速电机12的传动头的齿轮上。调速电机速度从1转/分钟到100转/分钟可调。烧结时，将待烧样品3放入载物坩埚6上，设定好温度制度并开始加热，打开调速电机12，或者根据烧成需要在一定温度下打开调速电机12，使调速电机12以一定的转速转动，通过齿轮带动弧形半遮挡板5以一定速度转动，对待烧样品进行热冲击烧结。本实施例中最高烧结温度为750oC左右，热冲击最大波动温度50oC左右。

实施例3：如图5旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉竖式顶装正视示意图所示，本发明提供的旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉的机械旋转遮挡部分为半遮挡载物坩埚和旋转支撑杆分立的形式，炉壳1顶部开有小孔，氧化铝材质的固定架10通过小孔穿过炉壳1，固定架10上部外径比下部外径稍大，紧密卡在炉壳1的小孔中，一体化的弧形半遮挡板5、旋转支撑杆8的材质为高纯石墨，一体化的载物坩埚6、坩埚支撑架7的材质为高纯石墨，旋转支撑杆8通过固定架10固定，旋转支撑杆8的外壁及固定架10的内壁光滑，旋转支撑杆8的外径比固定架10的稍小，坩埚支撑架在固定架的上部有防掉卡位9，防掉卡位9可防止半遮挡载物坩埚4及旋转支撑杆8往下掉，防掉卡位9下部光滑，连同弧形半遮挡板5及旋转支撑杆8可以在固定架10上自由转动，不下移且不倾斜。旋转支撑杆8的上端通过卡位或外螺纹连接到传动装置11上，传动装置11通过皮带连接到调速电机12的传动头的皮带槽上。调速电机速度从1转/分钟到100转/分钟可调。烧结时，将待烧样品3放入载物坩埚4上，设定好温度制度并开始加热，打开调速电机12，或者根据烧成需要在一定温度下打开调速电机12，使调速电机12以一定的转速转动，通过皮带带动弧形半遮挡板5以一定速度转动，对待烧样品进行半遮挡旋转热冲击烧结。本实施例中最高烧结温度为1000oC左右，热冲击最大波动温度70oC左右。

Claims (6)

1.一种旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉，包括炉壳及内置于炉壳的炉膛，单侧或其它不均匀分布的发热体，半遮挡载物坩埚，坩埚支撑杆，穿过炉壳的固定架，齿轮或皮带传动装置，调速电机系统，其特征是，发热体呈现单侧或其它不均匀分布，炉膛中央设有半遮挡载物坩埚，坩埚与坩埚支撑杆相连，坩埚支撑杆通过炉壳上的固定架穿过炉壳，坩埚支撑杆另一端与位于炉壳外的电机传动装置连接，调速电机系统通过齿轮或皮带传动装置带动坩埚支撑杆及半遮挡载物坩埚以一定速度旋转。

2.根据权利要求l所述的旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉，其特征是，旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉的工作温度范围为100oC~1800oC，烧结体或待烧物料放置于半遮挡载物坩埚内，旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉的最高工作温度由电阻炉的额定工作温度及半遮挡载物坩埚和坩埚支撑杆的使用温度确定。

3.根据权利要求l所述的旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉，其特征是，炉壳开有小孔，小孔位于炉壳底部，固定架通过小孔穿过炉壳，坩埚支撑杆通过固定架固定并可以自由转动。

4.根据权利要求l所述的旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉，其特征是，半遮挡载物坩埚，坩埚支撑杆，穿过炉壳的固定架，齿轮或皮带传动装置，调速电机系统组成旋转周期热冲击烧结装置，半遮挡载物坩埚、坩埚支撑杆和穿过炉壳的固定架的材料包括三氧化二铝、二氧化锆、氧化镁、氧化铍、氮化硼，碳化硼、碳化硅、氮化硅、氮化铝在内的陶瓷、耐高温玻璃或石墨，包括高温合金钢、碳化钨、碳化钛、钛铝合金、不锈钢在内的高温高强度合金。

5.根据权利要求l所述的旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉，其特征是，调速电机可以输出可调速旋转，转速从1转/分钟到100转/分钟可调，输出低速转动通过齿轮或皮带传动装置带动坩埚支撑杆以同样的速度旋转，使待烧样品在烧结过程中通过旋转处于周期被遮挡的状态，将发热体的热辐射周期性的进行一定程度的遮挡，待烧样品的所受温度呈现周期性波动，波动温度根据不同的炉内温度、材料，转速可以在3oC~100oC之间变化。

6.根据权利要求l所述的旋转式半遮挡热冲击烧结电阻炉，其特征是，发热体的安装包括竖式安装方式，还包括炉膛顶部或侧面横式安装方式；旋转支撑杆包括通过炉壳底部竖式安装方式，还包括炉膛顶部竖式或侧面横式安装方式；载物坩埚包括和旋转支撑杆一体化形式，还包括分立形式；电阻炉的结构包括箱式结构，还包括圆柱状结构或管式结构；烧结气氛包括空气气氛，还包括真空、氢气、氧气、氩气、氮气、一氧化碳气氛烧结。