CN105276974A - 高真空高温高压力的功能材料制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于制备功能材料的热压设备技术领域，其目的是在一套烧结炉装置中实现高真空、高温、高压力这三种方式的工作环境，提出一种高真空高温高压力的功能材料制备装置。该装置烧结炉和气路系统，在烧结炉与抽真空泵之间设置一个密封阀门，在气源与烧结炉之间设置两个密封阀门，在放气系统气路也设置两个密封阀门，两个密封阀门相互串连接。该装置的优点是在一套装置中能够实现真空、温度和压力三方面环境条件，炉膛可达到高真空：≤5×10^-4Pa。有利于减少了气氛中有害成分对产品的不良影响，可改善液相对固相的润湿性，有利于收缩和改善合金的组织。

Description

高真空高温高压力的功能材料制备装置

技术领域

本发明属于制备功能材料的热压设备技术领域，特别是涉及工作在高真空高温高压力环境下的热压炉设备。

背景技术

航天、航空、电子工业界许多特殊产品用的高温合金、复合陶瓷、石英、LED等的功能材料需要在热压炉中加工。随着新的功能材料的性能和应用范围的不同，材料制备的方法也不同，其中借助高真空、高温、高压力环境熔融、烧结技术是当前新材料制备主要方法之一。制备的功能材料要求去除原料气氛中有害水、氧……等成分，消除对产品性能的不良影响。熔融、烧结技术的优点是：熔融、烧结前烧结炉的真空环境有利于排除吸附气体、孔隙中的残留气体以及反应气体产物，对促进材料制备后期的收缩有明显作用；真空可改善液相对固相的润湿性，有利于收缩和改善合金的组织；加温加压有利于增加粉体的活性，提高产品质量和生产效率。

目前有的加热炉例如申请号CN200610046219.0为“真空－热压烧结炉”，该真空一热压烧结炉包括烧结炉和抽真空部分；申请号200910187433.1为“1800度高温保护气氛真空烧结炉”，这种烧结炉也包括有烧结炉和抽真空部分。

根据真空行业惯例，按气体的稀薄程度划分真空环境：低真空10⁵～10²Pa、中真空10²～10^-1Pa、高真空10^-1～10^-5Pa、超高真空：≤10^-5Pa四级。目前在一套装置中能实现真空、温度和压力三方面环境条件的情况是：

一、高真空高温环境:真空可达到10^-4Pa，温度达到2000℃；

二、低真空高压高温环境：真空最高仅达到10^-1Pa，温度达到2000℃，压力可以到达100MPa；

三、高压高温环境：压力可以到达200MPa，温度达到2000℃。

随着的对材料高性能要求的提高，对炉内的真空环境要求更加苛刻，需要在一套装置中在高真空环境下真空度10^-1～10^-5Pa，甚至要达到超高真空度≤10^-5Pa，实现高温高压力工作。现有的烧结炉设备，对高真空、高温、高压力这三种方式空在一套装置中尚无法实现。

发明内容

本发明的目的是解决一套烧结炉装置中都能实现高真空、高温、高压力这三种方式的工作环境，提出一种新的高真空高温高压力的功能材料制备装置。

本发明的高真空高温高压力的功能材料制备装置采用下述技术方案，它包括烧结炉和气路系统，烧结炉为当前已有炉具，所述的气路系统包括抽真空子系统、充气子系统、放气子系统,抽真空子系统包括有真空泵及相应的管路,真空泵与烧结炉之间设置一个密封阀门；所述的充气子系统包括有气源、及相应的管路，在气源与烧结炉之间设置两个密封阀门，两个密封阀门相互串连接，装于气源4与烧结炉1之间；所述的放气子系统也包括有两个密封阀门，两个密封阀门相互串连接，串连接后的密封阀门的阀门开关的气体通道暴露于大气，另一气体通道接于烧结炉腔内；五个密封阀门为结构相同的构件。

本发明的高真空高温高压力的功能材料制备装置的优点是在一套装置中能够实现真空、温度和压力三方面环境条件，炉膛内可达高真空：≤5×10^-4Pa。有利于：

(1)减少了气氛中有害成分(水、氧、氮)等对产品的不良影响；

(2)真空可改善液相对固相的润湿性，有利于收缩和改善合金的组织；

(3)真空有利于排除吸附气体、孔隙中的残留气体以及反应气体产物，对促进材料制备后期的收缩有明显作用；

(4)加温加压有利于增加粉体的活性，提高产品质量和生产效率。

附图说明

图1高真空高温高压力下的功能材料制备装置炉内真空气氛示意图；

图2高真空高温高压力下的功能材料制备装置炉内高压气氛示意图；

图3密封阀门结构示意图。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明高真空高温高压力的功能材料制备装置作详细描述。图1为本发明高真空高温高压力的功能材料制备装置的炉内真空气氛示意图；图2为本发明高真空高温高压力的功能材料制备装置的炉内高压气氛示意图。本发明高真空高温高压力的功能材料制备装置包括烧结炉1和气路系统，所述的烧结炉1为经设计改进过的压力容器，使其同时适用于高真空密封。所述的气路系统包括抽真空子系统、充气子系统、放气子系统,所述的抽真空子系统由真空泵2、第一密封阀门3及相应的管路组成,第一密封阀门3装于真空泵2与烧结炉1之间；所述的充气子系统由气源4、第二密封阀门5、第三密封阀门6及相应的管路组成，第二密封阀门5与第三密封阀门6串连接装于气源4与烧结炉1之间；所述的放气子系统由第四密封阀门7、第五密封阀门8及相应的管路组成，第四密封阀门7与第五密封阀门8串连接，串连接后的第四密封阀门7的阀门开关13的气体通道暴露于大气，第五密封阀门8的阀门开关13的气体通道接于烧结炉1腔内；五个密封阀门为结构相同的构件，图3给出了密封阀门结构放大示意图，该密封阀门由筒体9、密封塞垫10、密封塞杆11、密封塞驱动装置12、阀门开关13及相应的管路，筒体9底部开有气体进出口14，阀门开关13装于筒体9上部侧壁，密封塞驱动装置12通过密封塞杆11带动密封塞垫10在筒体9上下移动，密封阀门的驱动机构设有手动和自动操作两种功能。图1和图2中的箭头表示气流方向。其中，连接在真空泵2与烧结炉1之间的第一密封阀门(3)的通气量大于其余四个密封阀门的排气量。

下面对本实施例的高真空高温高压力的功能材料制备装置的工作过程作简要描述。

抽真空的工作过程

经配制的待加工功能材料原料装入炉腔后，关闭炉门，分别启动第二密封阀门5、第三密封阀门6、第四密封阀门7、第五密封阀门8的密封塞驱动装置，移动密封塞垫压紧密封阀门筒体底部的气体出入口，启动第一密封阀门3的密封塞驱动装置，提升密封阀门3的密封塞垫，敞开筒体底部的气体出入口，上述的抽真空的准备工作完成后，启动真空泵2，在抽真空的过程中监视烧结炉1上的炉内压力指示表，当指示表指示的炉内负压达到设计值时，继续保持真空泵2工作一定时间，使炉内功能材料原料缝隙中残留有害气体尽全部析出，真空泵2保持工作时间的长短取决于代加工原料的状态，颗粒度大的原料真空泵2保持工作时间小于颗粒度小的原料；松散粒度大的原料真空泵2保持工作时间小于有粘稠度的原料。图1所示为炉内处于真空气氛时的各个密封阀门的密封工作状态，其中，在真空泵2运行过程中第三密封阀门6和第五密封阀门8的密封塞垫离开了密封阀门筒体底部的气体出入口微小，密封塞垫的该微小离开是由于第二密封阀门5、第四密封阀门7受炉膛外大气压作用，向炉膛内有微气流压力形成的。这种状态表明炉膛内外大气压差分别由第二密封阀门5和第三密封阀门6、第四密封阀门7和第五密封阀门8两道密封件承担，减小了对密封阀门密封性能的苛刻要求，进而克服了一道密封件难以实现炉膛内外压差过大的密封难题，通过两个密封阀门的串接，实现了炉膛内工作负压达到≤5×10^-4Pa高真空状态；

充气的工作过程

关闭真空泵2和第一密封阀门3，将气源4接入第二密封阀门5的气体输入端，第四密封阀门7、第五密封阀门8处于关闭的密封状态，启动第二密封阀门5和第三密封阀门6的密封塞驱动装置，提升密封塞垫，打开第二密封阀门5和第三密封阀门6，气源4或采用液氮，或采用液氩，气源4对炉膛膛腔充高压惰性气体，膛内达到设计的工作压力状态，为炉内功能材料原料的融聚提供适应高压工作环境，之后关闭第二密封阀门5和第三密封阀门6，撤出气源；

放气的工作过程

熔聚工作结束，即可开启第四密封阀门7和第五密封阀门8放气。

Claims (2)

1.一种高真空高温高压力的功能材料制备装置，它包括烧结炉(1)和气路系统，所述的烧结炉(1)为经设计改进过的压力容器，使其同时适用于高真空密封。

2.所述的气路系统包括抽真空子系统、充气子系统、放气子系统,所述的抽真空子系统包括有真空泵(2)、及相应的管路,所述的充气子系统包括有气源(4)、及相应的管路，其特征是：

所述的抽真空子系统还包括有第一密封阀门(3)，该第一密封阀门(3)装于真空泵(2)与烧结炉(1)之间；所述的充气子系统还包括有第二密封阀门(5)、第三密封阀门(6)，第二密封阀门(5)与第三密封阀门(6)串连接装于气源(4)与与烧结炉(1)之间；

所述的放气子系统包括有第四密封阀门(7)、第五密封阀门(8)及相应的管路组成，第四密封阀门(7)与第五密封阀门门(8)串连接，串连接后的第四密封阀门(7)的阀门开关(13)的气体通道暴露于大气，第五密封阀门(8)的阀门开关(13)的气体通道接于烧结炉(1)腔内；所述的第一密封阀门(3)、第二密封阀门(5)、第三密封阀门(6)、第四密封阀门(7)、第五密封阀门(8)为结构相同的密封阀门构件，该密封阀门构件由筒体(9)、密封塞垫(10)、密封塞杆(11)、密封塞驱动装置(12)、阀门开关(13)及相应的管路组成，筒体(9)底部开有气体进出口14，阀门开关(13)装于筒体(9)上部侧壁，密封塞驱动装置(12)通过密封塞杆(11)带动密封塞垫(10)在筒体(9)上下移动，密封阀门的驱动机构设有手动和自动操作两种功能；其中，第一密封阀门(3)的通气流量大于其余四个密封阀门的排气量。