CN105091604A - 一种微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置 - Google Patents
一种微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105091604A CN105091604A CN201510521945.2A CN201510521945A CN105091604A CN 105091604 A CN105091604 A CN 105091604A CN 201510521945 A CN201510521945 A CN 201510521945A CN 105091604 A CN105091604 A CN 105091604A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mullite
- lid
- cotton
- alumina fibre
- crucible
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Furnace Details (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明公开了一种微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置。所述装置包括外层莫来石箱体、耐高温氧化铝纤维棉和耐高温氧化铝泡沫砖构成的保温区以及碳化硅，石墨和活性炭粉末构成的辅助加热区。本装置在烧结过程中可承受近2000℃的烧结温度，保温效果优异。本发明中添加的石墨和活性炭粉末，增加了材料烧结体系中的碳势，起到防止材料氧化，保证材料质量的作用，辅助加热区域的合理设置，还可以实现一次烧结多块或不同形状尺寸的试件。本发明装置结构简单，互换性好，使用安全方便，同时保温效果好、加热时间短，成本低廉，利于商业化。
Description
技术领域
本发明属于微波烧结技术领域，特别是一种微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置。
背景技术
氧化物陶瓷(如Al2O3基等)和非氧化物陶瓷(如Si3N4基，TiCN基等)因其优异的综合力学性能而广泛应用于金属材料加工中切削刀具的制备。上述陶瓷材料制备的传统方法主要有热压烧结及真空无压烧结。但由于这些方法的加热过程属传统热传导和热辐射的形式，因此升温过程中能量损耗较大，设备运行成本也较高。微波烧结技术与传统的加热方式相比，可实现材料的快速烧结，能有效细化晶粒、提高材料力学性能。但由于上述陶瓷材料的烧结温度较高，这就为相对应的保温装置的设计提出了苛刻的要求。不合理的保温装置设计将会影响烧结过程中的保温效果，造成烧结过程中热量损失严重，升温速率降低，进而影响材料的烧结性能。
当前公开的关于微波烧结用的保温装置主要有两种形式，一种是只单纯起到保温作用，这种保温装置自身不提供加热热源，在针对低温下吸波性能较差的陶瓷材料的烧结中，将导致材料低温段升温速度极慢；另外一种是在烧结试样周围放置吸波良好的碳化硅棒(如专利申请公布号为CN102432303A的发明专利中提及的一种保温装置)，这种装置虽然在烧结时可提供额外的热源，但对于陶瓷刀具材料的烧结，这种辅助加热方式保温效果较差，热量散失较快，升温速度慢，并且在降温时温差变化过大，容易造成烧结试样承受较大的热应力而发生开裂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好保温效果，保温装置拆装便捷，成本低，可实现一次烧结多块试样并能在烧结过程实现辅助加热的微波烧结用保温及辅助加热装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置，包括莫来石箱体、氧化铝泡沫砖、氧化铝纤维棉、坩埚、莫来石盖子以及氧化铝纤维棉盖子；
其中莫来石箱体和莫来石盖子构成了装置的外层，莫来石盖子位于莫来石箱体的上方，莫来石箱体的腔体底部设置氧化铝泡沫砖，氧化铝泡沫砖的上方设置氧化铝纤维棉，氧化铝纤维棉的中部装有坩埚，氧化铝纤维棉的顶部设置氧化铝纤维棉盖子，氧化铝纤维棉盖子的上方为莫来石盖子，其中氧化铝纤维棉盖子位于坩埚的上方，氧化铝纤维棉盖子和莫来石盖子的中心均开有用于红外测温的通孔，上述两个通孔的中心线相重合；坩埚内盛满辅助加热粉末，辅助加热粉末的中心放置烧结试样。
本发明的工作原理为：
本发明所选用的莫来石箱体，氧化铝泡沫砖，氧化铝纤维棉具有良好的透波性，耐高温性能和低的热传导性。将烧结试样放置于坩埚内并将碳化硅、石墨以及活性炭组成的混合粉末将烧结试样完全覆盖，并依次盖上氧化铝纤维棉盖子和莫来石盖子。将上述装置放在微波烧结炉内，关闭炉门，启动开关。烧结时，微波炉自带的红外测温仪通过保温及辅助加热装置盖子上的探孔打到埋粉表面以实时测量温度。微波加热时，混合粉末和试样烧结体同时吸波升温，并通过控制微波炉的输出功率控制升温速率。
烧结过程中，莫来石箱体，氧化铝泡沫砖，氧化铝纤维棉起到了保温作用，而辅助加热区的碳化硅粉末，在提供额外热源的同时，也因自身较低的热传导性，起到了保温效果。同时，混合粉末中的石墨以及活性炭，还增加了烧结体系中的碳势，防止了高温烧结时可能的氧化。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的装置结构设计合理，保温性能良好，可以实现快速升温，并承受近2000℃的高温，适用于快速制备各类型的陶瓷刀具材料；2)本发明的装置以低温高损耗介质材料碳化硅粉末代替传统的碳化硅棒作为辅助加热热源，通过埋粉的方式保证了烧结试样的整体吸热，同时，碳化硅较低的热传导性能又能够避免烧结过程中热量的散失，在辅助加热的同时也起到了保温的作用；3)本发明辅助加热装置中的混合粉末中包括一定比例的石墨以及活性炭粉末以增加烧结体系中的碳势，防止高温烧结时可能的氧化；4)本装置的结构布局合理，装拆方便，可对局部损坏的配件进行更换，互换性良好，避免保温及辅助加热材料的浪费，同时可实现多块烧结，利于实现产业化。
附图说明
图1为本发明的微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置剖面图。
图2为烧结氧化铝基陶瓷刀具材料时的烧结工艺曲线图。
图3为烧结碳氮化钛基陶瓷刀具材料时的烧结工艺曲线图。
图中编号所代表的含义为：1-莫来石箱体；2-氧化铝泡沫砖；3-氧化铝纤维棉；4-坩埚；5-烧结试样；6-莫来石盖子；7-氧化铝纤维棉盖子；8-探孔；9-混合粉末。
具体实施方式
本发明的一种微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置，包括莫来石箱体1、氧化铝泡沫砖2、氧化铝纤维棉3、坩埚4、莫来石盖子6以及氧化铝纤维棉盖子7；
其中莫来石箱体1和莫来石盖子6构成了装置的外层，莫来石盖子6位于莫来石箱体1的上方，莫来石箱体1的腔体底部设置氧化铝泡沫砖2，氧化铝泡沫砖2的上方设置氧化铝纤维棉3，氧化铝纤维棉3的中部装有坩埚4，氧化铝纤维棉3的顶部设置氧化铝纤维棉盖子7，氧化铝纤维棉盖子7的上方为莫来石盖子6，其中氧化铝纤维棉盖子7位于坩埚4的上方，氧化铝纤维棉盖子7和莫来石盖子6的中心均开有用于红外测温的通孔，上述两个通孔的中心线相重合；坩埚4内盛满辅助加热粉末9，辅助加热粉末9的中心放置烧结试样5。
所述辅助加热粉末9为碳化硅、石墨以及活性炭组成的混合粉末，其体积比为7：1：1。
所述氧化铝纤维棉盖子7中心开有的通孔与莫来石盖子6中心开有的通孔直径相同，均为10mm。
莫来石箱体1的外形为圆柱体。
所述的坩埚4为耐高温的柱形刚玉坩埚或者氮化硅坩埚。
所述辅助加热粉末9的粒径为微米级。
下面进行更详细的描述：
本发明的一种微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置中，氧化铝泡沫砖2、氧化铝纤维棉3及氧化铝纤维棉盖子7构成了装置的保温区，坩埚4及由碳化硅、石墨以及活性炭组成的混合粉末9构成了装置的辅助加热区。
所述氧化铝泡沫砖2、氧化铝纤维棉3、坩埚4和氧化铝纤维棉盖子7均位于莫来石箱体1内，其中氧化铝泡沫砖2置于莫来石箱体1的底部，氧化铝纤维棉3和坩埚4位于氧化铝泡沫砖2上方，其中氧化铝纤维棉3紧密包裹在坩埚4周围，在氧化铝纤维棉3和坩埚4上方设置了氧化铝纤维棉盖子7，氧化铝纤维棉盖子7的上方设置了莫来石盖子6，其中氧化铝纤维棉盖子7和莫来石盖子6的中部均开有直径约10mm左右的红外测温探孔，两个探孔的中心线相重合。
所述的莫来石箱体1、氧化铝泡沫砖2、氧化铝纤维棉3、莫来石盖子6以及氧化铝纤维棉盖子7具有良好的透波性和低的热传导性。
所述的坩埚4为耐高温的柱形刚玉坩埚或者氮化硅坩埚，坩埚的容积根据所烧结试样的尺寸和数量来确定。
坩埚4所填满的混合粉末9是粒径为微米级的碳化硅、石墨以及活性炭。
以下结合具体实施例来说明本发明的技术方案：
实施例1
氧化铝基陶瓷材料的烧结。将待烧结试样放置于坩埚内部并以微米级的碳化硅，石墨和活性炭混合粉末完全填充坩埚并依次盖好氧化铝纤维棉盖子和莫来石盖子。将装置放入微波炉腔体内，调整好测温仪中红外与坯体的相对位置，保证红外可以通过探孔打进辅助加热区，然后关闭炉门，开启微波电源开关，以图2所示的烧结工艺曲线示意图完成烧结，在50min左右的时间烧结试样的温度就达到了1800℃，随后保温10min，整个烧结过程持续约60min左右，烧结完成后，随炉冷却到室温。所制得的烧结试样的相对密度为99.4±0.22％，硬度为22±0.4GPa，断裂韧性为4.3±0.18MPa·m1/2，满足刀具材料的使用要求。
实施例2
碳氮化钛基陶瓷刀具材料的烧结。将待烧结试样放置于坩埚内部并以微米级的碳化硅，石墨和活性炭混合粉末完全填充坩埚并依次盖好氧化铝纤维棉盖子和莫来石盖子。将装置放入微波炉腔体内，调整好测温仪中红外与坯体的相对位置，保证红外可以通过探孔打进辅助加热区，然后关闭炉门，开启微波电源开关，以图3所示的烧结工艺曲线示意图完成烧结，在30min左右的时间内烧结试样的温度就达到了1550℃，随后保温10min，整个烧结过程持续约40min左右，烧结完成后，随炉冷却到室温。所制得的烧结试样的相对密度为98.2±0.29％，硬度为15.49±0.21GPa，断裂韧性为10±0.55MPa·m1/2，满足刀具材料的使用要求。
上述两个实施例中微波烧结炉的工作频率为2.45GHz，其额定输出功率为0-5KW，烧结炉腔体的上方和下方分别均匀分布了3个磁控管，测温仪的工作范围为350-2400℃。
由上可知，本发明的装置，辅助加热及保温效果明显，较快的升温速率极大地缩短了烧结时间，有效地提高了生产效率，同时烧结的产品综合力学性能较高，满足刀具材料的使用要求。
Claims (6)
1.一种微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置，其特征在于，包括莫来石箱体(1)、氧化铝泡沫砖(2)、氧化铝纤维棉(3)、坩埚(4)、莫来石盖子(6)以及氧化铝纤维棉盖子(7)；
其中莫来石箱体(1)和莫来石盖子(6)构成了装置的外层，莫来石盖子(6)位于莫来石箱体(1)的上方，莫来石箱体(1)的腔体底部设置氧化铝泡沫砖(2)，氧化铝泡沫砖(2)的上方设置氧化铝纤维棉(3)，氧化铝纤维棉(3)的中部装有坩埚(4)，氧化铝纤维棉(3)的顶部设置氧化铝纤维棉盖子(7)，氧化铝纤维棉盖子(7)的上方为莫来石盖子(6)，其中氧化铝纤维棉盖子(7)位于坩埚(4)的上方，氧化铝纤维棉盖子(7)和莫来石盖子(6)的中心均开有用于红外测温的通孔，上述两个通孔的中心线相重合；坩埚(4)内盛满辅助加热粉末(9)，辅助加热粉末(9)的中心放置烧结试样(5)。
2.根据权利要求1所述的微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置，其特征在于，所述辅助加热粉末(9)为碳化硅、石墨以及活性炭组成的混合粉末，其体积比为7：1：1。
3.根据权利要求1或2所述的微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置，其特征在于，氧化铝纤维棉盖子(7)中心开有的通孔与莫来石盖子(6)中心开有的通孔直径相同，均为10mm。
4.根据权利要求1或2所述的微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置，其特征在于，莫来石箱体(1)的外形为圆柱体。
5.根据权利要求1或2所述的微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置，其特征在于，所述的坩埚(4)为耐高温的柱形刚玉坩埚或者氮化硅坩埚。
6.根据权利要求2所述的微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置，其特征在于，所述辅助加热粉末(9)的粒径为微米级。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510521945.2A CN105091604A (zh) | 2015-08-24 | 2015-08-24 | 一种微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510521945.2A CN105091604A (zh) | 2015-08-24 | 2015-08-24 | 一种微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105091604A true CN105091604A (zh) | 2015-11-25 |
Family
ID=54572573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510521945.2A Pending CN105091604A (zh) | 2015-08-24 | 2015-08-24 | 一种微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105091604A (zh) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105627760A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-06-01 | 南京信息工程大学 | 一种高温烧结用的微波盛料装置 |
| CN106116590A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-11-16 | 南京理工大学 | 一种氮化硅‑碳化硅微米复合陶瓷刀具材料及其微波烧结制备方法 |
| CN106187259A (zh) * | 2016-07-18 | 2016-12-07 | 南京理工大学 | 一种石墨烯纳米片增韧的复合陶瓷刀具及其微波制备工艺 |
| CN106288785A (zh) * | 2016-08-13 | 2017-01-04 | 南京理工大学 | 一种陶瓷刀具用多腔体微波烧结保温装置 |
| CN106986625A (zh) * | 2017-03-17 | 2017-07-28 | 山东师范大学 | 一种石墨烯/羟基磷灰石复合陶瓷材料的制备方法 |
| CN107664308A (zh) * | 2016-07-28 | 2018-02-06 | 南京理工大学 | 一种简易真空微波炉装置 |
| CN108036649A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-05-15 | 南京理工大学 | 一种耐用型陶瓷刀具微波烧结专用保温箱 |
| CN108731475A (zh) * | 2017-04-20 | 2018-11-02 | 南京理工大学 | 一种陶瓷材料微波烧结用保温装置 |
| CN110822899A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-21 | 南京理工大学 | 一种微波烧结用辅热保温装置 |
| CN114777474A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-07-22 | 山东大学 | 一种碳氮化钛基金属陶瓷材料微波烧结用保温装置 |
| CN115814565A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-03-21 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种推板窑煅烧制备钒氮合金的钾钠吸收方法及吸收剂 |
| CN115838291A (zh) * | 2022-10-26 | 2023-03-24 | 山东大学 | 一种采用微波快速合成高熵碳氮化物陶瓷粉体的方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5202541A (en) * | 1991-01-28 | 1993-04-13 | Alcan International Limited | Microwave heating of workpieces |
| US5808282A (en) * | 1994-03-31 | 1998-09-15 | Microwear Corporation | Microwave sintering process |
| CN101570440A (zh) * | 2009-06-10 | 2009-11-04 | 付明 | 一种ptc陶瓷微波烧结方法 |
| CN102432303A (zh) * | 2011-09-27 | 2012-05-02 | 郑州航空工业管理学院 | 一种莫来石复合材料的混合微波烧结法 |
| CN103868354A (zh) * | 2014-01-14 | 2014-06-18 | 南京理工大学 | 一种微波烧结用保温装置 |
-
2015
- 2015-08-24 CN CN201510521945.2A patent/CN105091604A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5202541A (en) * | 1991-01-28 | 1993-04-13 | Alcan International Limited | Microwave heating of workpieces |
| US5808282A (en) * | 1994-03-31 | 1998-09-15 | Microwear Corporation | Microwave sintering process |
| CN101570440A (zh) * | 2009-06-10 | 2009-11-04 | 付明 | 一种ptc陶瓷微波烧结方法 |
| CN102432303A (zh) * | 2011-09-27 | 2012-05-02 | 郑州航空工业管理学院 | 一种莫来石复合材料的混合微波烧结法 |
| CN103868354A (zh) * | 2014-01-14 | 2014-06-18 | 南京理工大学 | 一种微波烧结用保温装置 |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105627760A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-06-01 | 南京信息工程大学 | 一种高温烧结用的微波盛料装置 |
| CN106116590A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-11-16 | 南京理工大学 | 一种氮化硅‑碳化硅微米复合陶瓷刀具材料及其微波烧结制备方法 |
| CN106187259A (zh) * | 2016-07-18 | 2016-12-07 | 南京理工大学 | 一种石墨烯纳米片增韧的复合陶瓷刀具及其微波制备工艺 |
| CN107664308A (zh) * | 2016-07-28 | 2018-02-06 | 南京理工大学 | 一种简易真空微波炉装置 |
| CN106288785A (zh) * | 2016-08-13 | 2017-01-04 | 南京理工大学 | 一种陶瓷刀具用多腔体微波烧结保温装置 |
| CN106986625A (zh) * | 2017-03-17 | 2017-07-28 | 山东师范大学 | 一种石墨烯/羟基磷灰石复合陶瓷材料的制备方法 |
| CN106986625B (zh) * | 2017-03-17 | 2019-11-05 | 山东师范大学 | 一种石墨烯/羟基磷灰石复合陶瓷材料的制备方法 |
| CN108731475B (zh) * | 2017-04-20 | 2019-10-18 | 南京理工大学 | 一种陶瓷材料微波烧结用保温装置 |
| CN108731475A (zh) * | 2017-04-20 | 2018-11-02 | 南京理工大学 | 一种陶瓷材料微波烧结用保温装置 |
| CN108036649B (zh) * | 2017-12-01 | 2019-06-21 | 南京理工大学 | 一种耐用型陶瓷刀具微波烧结专用保温箱 |
| CN108036649A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-05-15 | 南京理工大学 | 一种耐用型陶瓷刀具微波烧结专用保温箱 |
| CN110822899A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-21 | 南京理工大学 | 一种微波烧结用辅热保温装置 |
| CN110822899B (zh) * | 2019-11-07 | 2021-03-02 | 南京理工大学 | 一种微波烧结用辅热保温装置 |
| CN114777474A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-07-22 | 山东大学 | 一种碳氮化钛基金属陶瓷材料微波烧结用保温装置 |
| CN114777474B (zh) * | 2022-04-02 | 2024-04-26 | 山东大学 | 一种碳氮化钛基金属陶瓷材料微波烧结用保温装置 |
| CN115838291A (zh) * | 2022-10-26 | 2023-03-24 | 山东大学 | 一种采用微波快速合成高熵碳氮化物陶瓷粉体的方法 |
| CN115814565A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-03-21 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种推板窑煅烧制备钒氮合金的钾钠吸收方法及吸收剂 |
| CN115814565B (zh) * | 2022-11-30 | 2024-05-31 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种推板窑煅烧制备钒氮合金的钾钠吸收方法及吸收剂 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105091604A (zh) | 一种微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置 | |
| CN105627760B (zh) | 一种高温烧结用的微波盛料装置 | |
| CN104569046B (zh) | 超高温隔热性能试验装置及试验方法 | |
| CN101323529A (zh) | 微波烧结中的梯度透波结构及其用于制备陶瓷材料的方法 | |
| CN108534553A (zh) | 利用高频感应加热快速制备块体陶瓷材料的装置及方法 | |
| CN103542696A (zh) | 一种木材真空干燥碳化一体窑 | |
| CN2687594Y (zh) | 可控气氛微波高温加热炉 | |
| CN208091193U (zh) | 一种钨钴合金烧结炉 | |
| CN103626501A (zh) | 一种SiC陶瓷辊棒的微波烧结方法 | |
| CN103868354A (zh) | 一种微波烧结用保温装置 | |
| CN107144130B (zh) | 一种阴极用可视化微波烧结设备 | |
| CN103323311B (zh) | 一种瓷支柱绝缘子人工裂纹缺陷制造方法 | |
| CN102432303B (zh) | 一种莫来石复合材料的混合微波烧结法 | |
| CN106288785A (zh) | 一种陶瓷刀具用多腔体微波烧结保温装置 | |
| CN202400978U (zh) | 氧化物复合材料微波烧结法专用辅助加热与保温装置 | |
| CN106348777A (zh) | 一种氧化铝基复合陶瓷刀具材料及其微波制备方法 | |
| CN201585163U (zh) | 微波高温加热炉 | |
| CN204538071U (zh) | 辊道式太阳电池辐照退火炉 | |
| CN208043725U (zh) | 微波热解污泥热重分析装置 | |
| CN203216257U (zh) | 一种氮化钒微波、电混合加热合成烧成推板窑 | |
| CN203691667U (zh) | 新型箱式电磁感应加热炉 | |
| CN108731475B (zh) | 一种陶瓷材料微波烧结用保温装置 | |
| CN201926306U (zh) | 一种微波烧结盒 | |
| CN206089060U (zh) | 微波干燥箱 | |
| Kogut et al. | The research of ceramic materials for applications in the glass industry including microwave heating techniques |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151125 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |