CN106052392A - 一种热压烧结机及其温度均匀性控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热压烧结机及其温度均匀性控制方法，烧结机包括两个电极，n个温度传感器，以及温度控制装置，第一电极分为相互绝缘设置的n个电极版块，n≥2，每个电极版块连接有对应的供电线路，用于通入电流，使电流在对应的电极版块、模具和第二电极之间流通；温度传感器与电极版块一一对应，用于检测对应电极版块的温度，温度控制装置采样连接n个温度传感器，控制连接所有的供电线路，用于根据采集到的温度值相应调节对应供电线路中的电流。能够使所有部分电极上的温度趋于相等，进而控制石墨模具中的温度，使其分布均匀，消除了温度场不均匀的情况，从而保证了烧结制品性能的均一性，提高了烧结制品的质量。

Description

一种热压烧结机及其温度均匀性控制方法

技术领域

本发明涉及一种热压烧结机及其温度均匀性控制方法。

背景技术

热压烧结机作为常见的工业设备，具有广泛的应用。热压烧结机具有两个电极，根据与石墨模具的位置关系，这两个电极分别为上电极和下电极，石墨模具位于这两个电极之间，热压烧结机通过上、下电极对石墨模具施加较大电流，使模具依靠自身电阻发热并间接加热模具内的粉体原料，同时对模具内的粉体施加轴向压力，使粉体原料在温度与压力的作用下聚结形成特定形状的块体材料。热压烧结机广泛应用于粉末冶金，超硬材料制品，陶瓷材料，复合材料等多种材料的高温烧结。

传统热压烧结机通常采用一对上下电极与石墨模具两端面接触形成电流回路，并通过单一的加热控制系统对模具进行整体加热。但由于石墨模具不可避免存在电阻分布不均以及各部分接触电阻差异，当上下电极间的电压一定时，将在模具的小电阻区域形成较高的电流密度，或在大电阻区域形成较低的电流密度，导致模具发热量不均与温度分布的差异，这种温度分布的差异在烧结制品尺寸较大或形状较复杂时表现的尤为明显。由于热压烧结机采用整体加热控制的方式，对模具内部温度场的均匀性缺乏有效的控制，温度场分布不均最终对烧结制品性能的均一性造成不良影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种热压烧结机，用以解决传统的热压烧结机采用的整体加热方式会造成加热不均匀的问题。本发明同时提供一种热压烧结机温度均匀性控制方法。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种热压烧结机，包括两个电极，分别为第一电极和第二电极，所述第一电极分为相互绝缘设置的n个电极版块，n≥2，每个电极版块连接有对应的供电线路，用于通入电流，使电流在对应的电极版块、模具和第二电极之间流通；所述烧结机还包括n个温度传感器，以及温度控制装置，所述n个温度传感器与所述n个电极版块一一对应，用于检测对应电极版块的温度，所述温度控制装置采样连接所述n个温度传感器，控制连接所有的供电线路，用于根据采集到的温度值相应调节对应供电线路中的电流。

所述第一电极均分为所述n个电极版块。

所述n＝4。

4个电极版块均为等腰直角三角形。

所述温度控制装置的个数为n个，与所述n个温度传感器一一对应，每个温度控制装置采样连接对应的温度传感器，控制连接对应的供电线路。

所述温度传感器设置在对应电极版块上。

所述温度传感器为热电偶或红外温度检测仪。

所述烧结机还包括一个控制器，所述控制器与所述温度控制装置连接，用于向温度控制装置下发温度指令。

一种专用于上述热压烧结机的热压烧结机温度均匀性控制方法，温度传感器实时检测对应电极版块上的实际温度，并将检测到的实际温度传输给温度控制装置，温度控制装置根据接收到的实际温度与设定的温度指令值相应地控制对应供电线路中的电流。

实现所述根据接收到的实际温度与设定的温度指令值相应地控制对应供电线路中的电流的手段为：比较实际温度与设定的温度指令值的大小，当实际温度小于设定的温度指令值时，增大对应供电线路中的电流，以增大实际温度；当实际温度大于设定的温度指令值时，减小对应供电线路中的电流，以减小实际温度。

本发明提供了一种热压烧结机，将烧结机其中一个电极分为相互绝缘设置的多个电极版块，每个电极版块连接有对应的供电线路，用于通入电流，使电流在对应的电极版块、模具和第二电极之间流通；并且每个电极版块均设置有温度控制部分，通过温度控制部分来相应调节对应电极版块中通入的电流，利用电流流经石墨模具发热的原理，以实现对石墨模具的温度进行调节，实现石墨模具各部分的温度趋于相同。该方法解决了传统整体加热控制方式导致温度场分布不均匀的问题，并且能够对加热过程进行连续控制，实现对温度场的实时调控，确保整个加热过程中温度场的均匀稳定，从而保证了烧结制品性能的均一性，提高了烧结制品的质量。

附图说明

图1是上电极的划分示意图；

图2是下电极的结构示意图；

图3是上、下电极与石墨模具之间的位置关系示意图；

图4是烧结机温度控制部分原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，将热压烧结机中的上电极分均为4部分，命名为：电极版块1、电极版块2、电极版块3和电极版块4，每部分均为等腰直角三角形。这4部分之间绝缘设置，绝缘的方式有：通过绝缘材料进行绝缘设置，或者间隔一定距离以实现绝缘设置，可选的间隔距离范围为1-10mm。而不对下电极进行特殊要求，比如不对下电极进行处理，直接使用即可，如图2所示，为一个导电整体。所以，上、下电极与石墨模具之间的位置关系如图3所示。由于上电极分为了四部分，所以，与这四个电极版块相对应，石墨模具也可以理解为分为了四个区域，每个电极版块下面的模具部分为一个区域，每一个区域与每个电极版块一一对应，每个电极版块中通入的电流用于对对应的模具区域进行加热。

每个电极版块连接有对应的供电线路，用于为电极版块提供电流，所以，四个版块对应有四条相互独立的供电线路，对于其中一个电极版块，对应的供电线路中的电流输出给该电极版块，电流依次流过该电极版块、石墨模具和下电极以形成电流回路，与该电极版块对应的石墨模具的区域由于电流以及本身电阻的关系而产生热量。具体为：第一供电线路对电极版块1通电，在电极版块1、石墨模具和下电极之间形成电流回路，石墨模具的对应区域由于电流以及本身电阻的关系而产生热量；第二供电线路对电极版块2通电，在电极版块2、石墨模具和下电极之间形成电流回路，石墨模具的对应区域由于电流以及本身电阻的关系而产生热量；第三供电线路对电极版块3通电，在电极版块3、石墨模具和下电极之间形成电流回路，石墨模具的对应区域由于电流以及本身电阻的关系而产生热量；第四供电线路对电极版块4通电，在电极版块4、石墨模具和下电极之间形成电流回路，石墨模具的对应区域由于电流以及本身电阻的关系而产生热量。所以，每个供电线路提供的电流均会形成对应的电流回路，以对模具中的对应区域进行加热。

另外，由于电流与发热量之间存在着一定的关系，所以通过改变通入的电流来调节对应电极版块和对应模具区域上的温度。

为了控制和调节通入的电流，该烧结机还包括一个加热控制系统，该加热控制系统包括一个可编程逻辑控制器(PLC)，以及四个温度控制部分，这四个温度控制部分与上电极分成的四个电极版块一一对应。如图4所示，这四个温度控制部分的结构相同，对于其中任意一个温度控制部分，包括温度传感器和温度控制装置，在本实施例中，温度传感器为热电偶，温度控制装置为控温装置(控温装置可以为控制芯片，比如单片机)。PLC与所有的控温装置连接，用于设定温度程序，以及向控温装置发送温度指令。控温装置采样连接对应的热电偶，控制连接对应的供电线路，根据实际温度通过改变可控硅导通角的大小来实时控制和调节供电线路中的电流。

以与电极版块1对应的温度控制部分为例，控温装置采样连接对应的热电偶，热电偶用于实时检测该电极版块1上的温度，热电偶的温度测量点设置在能够反映石墨模具温度的位置，优选地，热电偶直接设置在电极版块1上。当然，也可以采用非接触的形式采集电极版块1上的温度，比如红外测温仪等。热电偶将采集到的实际温度传输给控温装置，该控温装置控制连接对应的供电线路，并作为以下处理：求取热电偶反馈的实际温度信号与PLC发送的温度指令之间的偏差，并将该偏差值进行比例积分微分(PID)运算，根据运算结果对对应的供电线路中的电流(即通入电极版块1的电流)进行调节。比如：如果采集到的实际温度小于温度指令值时，控温装置就增加通入电极版块1的电流，通过增大电流实现增大发热量；如果采集到的实际温度大于温度指令值时，控温装置就减小通入电极版块1的电流，通过降低电流实现减小发热量。

所以，多个相互绝缘的上电极、对应的模具区域以及下电极形成多条电流回路，热电偶采集对应电极版块的实际温度信号并反馈给对应的控温装置，控温装置将热电偶反馈的温度信号与PLC发送的温度指令之间的偏差进行PID运算，根据运算结果调节对应供电线路中的电流。上述是一个控制过程，并且加热控制系统还可以执行上述所有步骤并不断循环。

本发明提供的烧结机以及温度均匀性控制方法通过检测电极版块的温度来达到检测石墨模具的温度的目的，并通过控制使所有电极版块上的温度趋于相等，进而实现石墨模具中的各个区域的温度趋于相同的目的，使整个石墨模具温度分布均匀，消除了温度场不均匀的情况，从而保证了烧结制品性能的均一性，提高了烧结制品的质量。

上述实施例中，加热控制系统中包括一个PLC，用于温度指令的下发，作为其他的实施例，还可以使用其他类型的控制器进行下发温度指令，比如：单片机。

上述实施例中，上电极均分为了4份，每部分均为等腰直角三角形，作为其它的实施例，每部分还可以为其它形状，比如矩形，并且，上电极还可以分为其它个数，如果对模具中的温度的均匀度要求较高的话，可以将上电极分为更多份，比如：6个电极版块，这样每个电极版块对应的模具中的区域更小，温度控制更加精确，更加便于实现模具整体的温度的均衡，当然，就需要更多的温度控制部分来进行温度的调节，投入成本较高；同样地，如果对模具中的温度的均匀度要求不是很高的话，可以将上电极分为更少份，，比如2份或者3份，这样每个电极版块对应的模具中的区域更大，相较于分为4份，不便于精确控制温度，也就不便于实现模具整体的温度的均衡，当然，这样所需的温度控制部分就少，投入成本较低。但是，上电极分为的份数有一个下限值，为2份。

上述实施例中，每个温度控制部分中均包括一个控温装置，作为其他的实施例，所有的温度控制部分还可使用同一个控温装置，该控温装置采样连接所有的温度传感器，控制连接所有的供电线路，实现一个控温装置同时进行所有的电流控制，而控制原理与上述实施例中的相同。

上述实施例中，对上电极进行了均分，这样便于控制，当然，还可以不均分，同样能够进行相应的控制。

上述实施例中，对上电极进行划分，作为其他的实施例，也可以对下电极进行划分，电流就从下电极中的各个电极版块流过，然后再经模具和上电极形成电流回路，该方式下的工作过程与工作原理与上述实施例中的相同。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种热压烧结机，包括两个电极，分别为第一电极和第二电极，其特征在于，所述第一电极分为相互绝缘设置的n个电极版块，n≥2，每个电极版块连接有对应的供电线路，用于通入电流，使电流在对应的电极版块、模具和第二电极之间流通；所述烧结机还包括n个温度传感器，以及温度控制装置，所述n个温度传感器与所述n个电极版块一一对应，用于检测对应电极版块的温度，所述温度控制装置采样连接所述n个温度传感器，控制连接所有的供电线路，用于根据采集到的温度值相应调节对应供电线路中的电流。

2.根据权利要求1所述的热压烧结机，其特征在于，所述第一电极均分为所述n个电极版块。

3.根据权利要求2所述的热压烧结机，其特征在于，所述n＝4。

4.根据权利要求3所述的热压烧结机，其特征在于，4个电极版块均为等腰直角三角形。

5.根据权利要求1所述的热压烧结机，其特征在于，所述温度控制装置的个数为n个，与所述n个温度传感器一一对应，每个温度控制装置采样连接对应的温度传感器，控制连接对应的供电线路。

6.根据权利要求1所述的热压烧结机，其特征在于，所述温度传感器设置在对应电极版块上。

7.根据权利要求1所述的热压烧结机，其特征在于，所述温度传感器为热电偶或红外温度检测仪。

8.根据权利要求1所述的热压烧结机，其特征在于，所述烧结机还包括一个控制器，所述控制器与所述温度控制装置连接，用于向温度控制装置下发温度指令。

9.一种专用于权利要求1所述热压烧结机的热压烧结机温度均匀性控制方法，其特征在于，温度传感器实时检测对应电极版块上的实际温度，并将检测到的实际温度传输给温度控制装置，温度控制装置根据接收到的实际温度与设定的温度指令值相应地控制对应供电线路中的电流。

10.根据权利要求9所述的热压烧结机温度均匀性控制方法，其特征在于，实现所述根据接收到的实际温度与设定的温度指令值相应地控制对应供电线路中的电流的手段为：比较实际温度与设定的温度指令值的大小，当实际温度小于设定的温度指令值时，增大对应供电线路中的电流，以增大实际温度；当实际温度大于设定的温度指令值时，减小对应供电线路中的电流，以减小实际温度。