CN107314676A - 一种微型烧结系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型烧结系统，包括烧结装置、真空系统、气氛系统、温度系统，且四者集成一个微型柜体内，所述烧结装置设置在微型柜体左侧上方的竖向柜体上，所述竖向柜体一侧设置有用于控制烧结装置、真空系统、气氛系统以及温度系统操作的控制屏，另一侧则设置有温度系统中用于温度监控的温度监控仪，所述竖向柜体正面设置有烧结装置的密封盖，所述竖向柜体背面设置有用于气氛系统的充气线路，外接泵体，所述竖向柜体下方设置有用于支撑竖向柜体的横向柜体，所述横向柜体内部集成有烧结装置、真空系统、气氛系统以及温度系统的控制电路。本发明通过改变烧结系统原来结构设计来形成一个占地面积小集成度高以及便于操作的微型烧结系统。

Description

一种微型烧结系统

技术领域

本发明涉及烧结系统领域，具体为占地面积小集成度高的微型烧结系统。

背景技术

烧结是指把粉状物料转变为致密体，是一个传统的工艺过程。人们很早就利用这个工艺来生产陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高温材料等。一般来说，粉体经过成型后，通过烧结得到的致密体是一种多晶材料，其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。烧结过程直接影响显微结构中的晶粒尺寸、气孔尺寸及晶界形状和分布，进而影响材料的性能。

而烧结系统根据其加热环境以及加热方式的不同，可分为放电等离子烧结、热压烧结、电阻加热烧结，其中放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,简称SPS)工艺是将金属等粉末装入石墨等材质制成的模具内，利用上、下模冲及通电电极将特定烧结电源和压制压力施加于烧结粉末，经放电活化、热塑变形和冷却完成制取高性能材料的一种新的粉末冶金烧结技术，放电等离子烧结具有在加压过程中烧结的特点，脉冲电流产生的等离子体及烧结过程中的加压有利于降低粉末的烧结温度，放电等离子烧结法(SPS)通过在压粉坯粉粒间隙送入脉冲电能，将火花放电瞬时发生的高温等离子(放电等离子) 的高热能有效地应用于热扩散和电场扩散等，在由低温升温到 2000℃以上的超高温下，保温大约在5至20min左右的短时间内即可完成“烧结”或“烧结接合”，是新材料合成加工的新技术，这一新技术不同于传统的“放电烧结法”，所适用的材料种类非常多而且广泛，可用来合成包括纤维/颗粒复合材料、梯度功能材料、异种材料接合在内的复合材料，以及包括非晶态合金、磁性材料、金属间化合物、 硬质合金在内的金属材料，也可能用于多孔材料的结构控制，应用前景十分广泛。而热压烧结是将干燥粉料充填入模型内，再从单轴方向边加压边加热，使成型和烧结同时完成的一种烧结方法。其特点为热压烧结由于加热加压同时进行，粉料处于热塑性状态，有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程的进行，因而成型压力仅为冷压的1/10；还能降低烧结温度，缩短烧结时间，从而抵制晶粒长大，得到晶粒细小、致密度高和机械、电学性能良好的产品。无需添加烧结助剂或成型助剂，可生产超高纯度的陶瓷产品。而电阻加热烧结

但是上述系统均存在设备体积大，造成占地面积大，尤其是对科研单位及大专院校，其实验场地比较小，不适宜放置在常规实验室中，放置场所需要重新设计，造成大量浪费。

发明内容

本发明的目的在于通过改变烧结系统原来结构设计来形成一个占地面积小集成度高以及便于操作的微型烧结系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微型烧结系统，其特征在于，包括烧结装置、真空系统、气氛系统、温度系统，且四者集成一个微型柜体内，其中，所述烧结装置设置在微型柜体左侧上方的竖向柜体上，所述竖向柜体一侧设置有用于控制烧结装置、真空系统、气氛系统以及温度系统操作的控制屏，另一侧则设置有温度系统中用于温度监控的温度监控仪，所述竖向柜体正面设置有烧结装置的密封盖，所述竖向柜体背面设置有用于气氛系统的充气线路，外接泵体，所述竖向柜体下方设置有用于支撑竖向柜体的横向柜体，所述横向柜体内部集成有烧结装置、真空系统、气氛系统以及温度系统的控制电路。

优选地，所述烧结装置采用放电等离子烧结模块，其包括加压装置和脉冲电流发生器。

优选地，所述烧结装置采用热压烧结模块，其包括加压装置和感应线圈组。

优选地，所述烧结装置采用真空烧结模块，其包括加压装置和石墨碳管。

优选地，所述加压装置设置在竖向柜体顶部，包括设置烧结装置中烧结模块上方的上压头，且烧结模块外部的水冷真空室。

优选地，所述加压装置设置有压力控制器及位移控制系统，其中所述压力控制器发出的脉冲压力大小为0～200kN，频率为0～100Hz，所述压力控制器与驱动上压头的驱动元件相连接，所述位移控制系统包括依次相连接的传感器、采集卡、上位机、PLC控制系统和伺服阀，所述伺服阀用以控制上压头。

优选地，所述温度系统包括依次连接的温度监控仪、PLC控制系统和脉冲电流发生器或感应线圈组或石墨碳管三者之一，所述烧结装置左侧设置有一个用于红外检测温度的通孔。

优选地，所述气氛系统包括进气系统和排气系统；所述进气系统包括一条快充气线路和一条慢充气线路，所述快充气线路包括快充阀和流量计，所述慢充气线路包括慢充阀和流量计，所述快充气线路的流速在3～30L/mim，所述慢充气线路的流速在1～10L/min，所述排气系统包括依次连接的气氛压力传感器、真空计、排气阀、手动放气阀和调节阀，所述调节阀可以改变阀口的大小，控制电流范围在4～20mA之间，所述调节阀后连接有过滤器和旋片式直连泵。

而一种微型烧结系统的烧结方法，包括以下步骤：

S1、将竖向柜体中烧结装置密封盖打开，被烧结物放入烧结装置中，密封后通过控制屏控制微型烧结系统抽取真空至5pa；

S2、通过控制屏控制加压装置中的上压头位移，对模具施加压力，压力范围在2-15kN,稳压1-5min；

S3、通过控制屏控制温度系统中的脉冲电流发生器或感应线圈组或石墨碳管三者之一，使得温度调整在500-2000℃波动，保持一定时间；

S4、加工完成后，待被烧结物冷却至室温取出。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本微型烧结系统在其结构优化，通过合理的布置，使得整个烧结系统的占地面积小，且竖向高度控制在一定范围内，便于实验室或其他研究机构进行使用；

2、本微型烧结系统可根据用户需要制备烧结装置，可是放电等离子烧结装置，也可是热压烧结装置，更可是真空烧结装置，且三种形式的外部结构一致，只需调整烧结装置中的加热方式，有利于工业化定制服务，可加快制造速度；

3、本微型烧结系统具有其他大型烧结系统的全部功能，且智能化、集成度高，操作人员可直接通过控制屏完成烧结系统的全部操作，并通过控制屏查看整个烧结过程中各个部位的具体参数。

附图说明

图1为本发明微型烧结系统的正视图；

图2为本发明微型烧结系统的示意图；

图3为本发明实施例1的示意图；

图4为本发明实施例2的示意图；

图5为本发明实施例3的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：该微型烧结系统，包括烧结装置1、真空系统、气氛系统、温度系统，且四者集成一个微型柜体100内，其中，所述烧结装置1设置在微型柜体100左侧上方的竖向柜体101上，所述竖向柜体101一侧设置有用于控制烧结装置1、真空系统、气氛系统以及温度系统操作的控制屏5，另一侧则设置有温度系统中用于温度监控的温度监控仪4，所述竖向柜体101正面设置有烧结装置1的密封盖11，所述竖向柜体101背面设置有用于气氛系统的充气线路3，外接泵体31，所述竖向柜体101下方设置有用于支撑竖向柜体101的横向柜体102，所述横向柜体102内部集成有烧结装置1、真空系统、气氛系统以及温度系统的控制电路。

实施例1

所述烧结装置1采用放电等离子烧结模块，其包括加压装置6和脉冲电流发生器。其中所述脉冲电流发生器中电极71设置在上压头上。

实施例2

所述烧结装置1采用热压烧结模块，其包括加压装置6和感应线圈组72。所述感应线圈组设置在烧结模具8外。

实施例3

所述烧结装置1采用真空烧结模块，其包括加压装置6和石墨碳管73。所述石墨碳管布置在烧结模具8中。

所述加压装置6设置在竖向柜体101顶部，包括设置烧结装置1中烧结模块上方的上压头61，且烧结模块外部的水冷真空室2。

所述加压装置6设置有压力控制器及位移控制系统，其中所述压力控制器发出的脉冲压力大小为0～200kN，频率为0～100Hz，所述压力控制器与驱动上压头61的驱动元件相连接，该驱动元件可以为液压缸或者气缸或者其他机械传动方式，以此来实现单侧压头的脉冲式或单一式压合，其中多选用单侧压头的脉冲式或单一式压合方式，带来的压合效果更好，稳定性更高。所述位移控制系统包括依次相连接的传感器、采集卡、上位机、PLC控制系统和伺服阀，所述伺服阀用以控制上压头61。所述传感器包括力传感器与位移传感器，力传感器和位移传感器设置在上压头处，便于传感的精准性。由于本系统数据量较为庞大，采用普通的PLC控制系统自带的采集模块无法完成采集，因此PLC配合采集卡、上位机进行数据的采集和分析，同时采集卡采用10KHz的规格，保证数据的正常采集。

所述温度系统包括依次连接的温度监控仪4、PLC控制系统和脉冲电流发生器71或感应线圈组72或石墨碳管73三者之一，所述烧结装置1左侧设置有一个用于红外检测温度的通孔41。

所述气氛系统包括进气系统和排气系统；所述进气系统包括一条快充气线路和一条慢充气线路，所述快充气线路包括快充阀和流量计，所述慢充气线路包括慢充阀和流量计，所述快充气线路的流速在3～30L/mim，所述慢充气线路的流速在1～10L/min，所述排气系统包括依次连接的气氛压力传感器、真空计、排气阀、手动放气阀和调节阀，所述调节阀可以改变阀口的大小，控制电流范围在4～20mA之间，所述调节阀后连接有过滤器和旋片式直连泵。

而一种微型烧结系统的烧结方法，包括以下步骤：

S1、将竖向柜体101中烧结装置1密封盖11打开，被烧结物放入烧结装置1中，密封后通过控制屏5控制微型烧结系统抽取真空至5pa；

S2、通过控制屏5控制加压装置6中的上压头61位移，对模具施加压力，压力范围在2-15kN,稳压1-5min；

S3、通过控制屏5控制温度系统中的脉冲电流发生器71或感应线圈组72或石墨碳管73三者之一，使得温度调整在500-2000℃波动，保持一定时间；

S4、加工完成后，待被烧结物冷却至室温取出。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种微型烧结系统，其特征在于，包括烧结装置、真空系统、气氛系统、温度系统，且四者集成一个微型柜体内，其中，所述烧结装置设置在微型柜体左侧上方的竖向柜体上，所述竖向柜体一侧设置有用于控制烧结装置、真空系统、气氛系统以及温度系统操作的控制屏，另一侧则设置有温度系统中用于温度监控的温度监控仪，所述竖向柜体正面设置有烧结装置的密封盖，所述竖向柜体背面设置有用于气氛系统的充气线路，外接泵体，所述竖向柜体下方设置有用于支撑竖向柜体的横向柜体，所述横向柜体内部集成有烧结装置、真空系统、气氛系统以及温度系统的控制电路。

2.根据权利要求1所述的一种微型烧结系统，其特征在于，所述烧结装置采用放电等离子烧结模块，其包括加压装置和脉冲电流发生器。

3.根据权利要求1所述的一种微型烧结系统，其特征在于，所述烧结装置采用热压烧结模块，其包括加压装置和感应线圈组。

4.根据权利要求1所述的一种微型烧结系统，其特征在于，所述烧结装置采用真空烧结模块，其包括加压装置和石墨碳管。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种微型烧结系统，其特征在于，所述加压装置设置在竖向柜体顶部，包括设置烧结装置中烧结模块上方的上压头，且烧结模块外部的水冷真空室。

6.根据权利要求5所述的一种微型烧结系统，其特征在于，所述加压装置设置有压力控制器及位移控制系统，其中所述压力控制器发出的脉冲压力大小为0～200kN，频率为0～100Hz，所述压力控制器与驱动上压头的驱动元件相连接，所述位移控制系统包括依次相连接的传感器、采集卡、上位机、PLC控制系统和伺服阀，所述伺服阀用以控制上压头。

7.根据权利要求6所述的一种微型烧结系统，其特征在于，所述温度系统包括依次连接的温度监控仪、PLC控制系统和脉冲电流发生器或感应线圈组或石墨碳管三者之一，所述烧结装置左侧设置有一个用于红外检测温度的通孔。

8.根据权利要求7所述的一种微型烧结系统，其特征在于，所述气氛系统包括进气系统和排气系统；所述进气系统包括一条快充气线路和一条慢充气线路，所述快充气线路包括快充阀和流量计，所述慢充气线路包括慢充阀和流量计，所述快充气线路的流速在3～30L/mim，所述慢充气线路的流速在1～10L/min，所述排气系统包括依次连接的气氛压力传感器、真空计、排气阀、手动放气阀和调节阀，所述调节阀可以改变阀口的大小，控制电流范围在4～20mA之间，所述调节阀后连接有过滤器和旋片式直连泵。

9.一种根据权利要求7所述的一种微型烧结系统的烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将竖向柜体中烧结装置密封盖打开，被烧结物放入烧结装置中，密封后通过控制屏控制微型烧结系统抽取真空至5pa；

S2、通过控制屏控制加压装置中的上压头位移，对模具施加压力，压力范围在2-15kN,稳压1-5min；

S3、通过控制屏控制温度系统中的脉冲电流发生器或感应线圈组或石墨碳管三者之一，使得温度调整在500-2000℃波动，保持一定时间；

S4、加工完成后，待被烧结物冷却至室温取出。