CN107747866B - 一种可视的真空气氛烧结炉 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可视的真空气氛烧结炉，其炉管的两端分别安装有一个水冷法兰，每个水冷法兰上均安装有一个视镜盲板组件；管式真空气氛炉的一侧设有平行光照射装置，另一侧设有成像系统；水冷法兰靠近炉管的外圆侧壁上设有循环水冷层；视镜盲板组件包括带有通孔的盲板和封堵该通孔的视镜；盲板与水冷法兰的端部密封固接，视镜置于水冷法兰内部，且与盲板之间密封连接。本发明通过炉管两端安装的水冷法兰，能够通过循环水冷层对炉管的端部进行降温，对视镜起到保护作用。同时，通过水冷法兰将隔热冷却、真空充气和视镜三种功能的结构进行集成组合，使得本发明的结构更加紧凑，成像更加清晰。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金、耐火材料、陶瓷、建材等加工设备技术领域，尤其是涉及一种可视的真空气氛烧结炉。
背景技术
陶瓷的烧结工艺研究是最重要的陶瓷研究领域，了解陶瓷烧结过程发生的物理化学变化至关重要。研究烧结工艺，其最重要的影响参数就是烧结温度以及烧结时间，准确的把握两者的数据就能最有效的控制产品的质量。但目前陶瓷烧结所使用的真空气氛炉都存在高温盲烧不可见的问题，仅仅限于对烧结陶瓷粉体的形貌和性质的表征及烧结后显微组织结构的表征，烧结过程的诸多信息难以测量和捕捉，成为严重困扰陶瓷研究学者的问题。如果能够用光学测量的方法直接观察陶瓷材料在炉子中烧结过程中发生的烧结现象及烧结过程中的形状和尺寸变化，进而计算出试样的线收缩率和体积收缩率将是一件非常有意义的事情，可以获得陶瓷烧结致密化曲线，直接指导陶瓷的烧结，对于陶瓷烧结工艺的研究具有重要意义。
采用上述光学测量的方法直观观察陶瓷材料在炉子中烧结过程中发生的烧结现象及烧结过程中的形状和尺寸变化，是采用镜头将烧结中的物料进行观察和拍摄，但是在物料烧结过程被加热至1300℃以上，物体自身也会发光，镜头无法拍摄出正常清晰的图像，图像清晰度较差，图像各处不均匀，因此也无法计算出物料的形状和尺寸的变化，因此高温操作下物料的烧结实验无法正常进行。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种可视的真空气氛烧结炉，以解决现有技术中，在真空气氛炉内的陶瓷烧结过程不可清晰观测记录的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种可视的真空气氛烧结炉，包括管式真空气氛炉，其炉管的两端分别安装有一个水冷法兰，每个水冷法兰上均安装有一个视镜盲板组件；管式真空气氛炉的一侧设有平行光照射装置，另一侧设有成像系统；水冷法兰，其一端与视镜盲板组件密封连接；另一端套装于炉管的外侧，且水冷法兰与炉管之间安装有O型密封圈；水冷法兰靠近炉管的外圆侧壁上设有循环水冷层；视镜盲板组件，其包括带有通孔的盲板和封堵该通孔的视镜；盲板与水冷法兰的端部密封固接，视镜置于水冷法兰内部，且与盲板之间密封连接。
进一步，所述管式真空气氛炉的壳体内部填装有多晶莫来石纤维层；壳体的上端安装有至少两组硅钼棒电热件，硅钼棒电热件对称分布于所述炉管的两侧；炉管为刚玉管。
进一步，所述平行光照射装置为一LED灯，LED灯发出的光为蓝色可见光。
进一步，所述成像系统包括一工业相机，所述工业相机上设有一双远心工业镜头，所述双远心工业镜头上设有一CCD传感器。
进一步，所述管式电炉内的烧结温度为1600～2000℃。
进一步，所述炉管内的真空度为10-4pa。
进一步，所述管式真空气氛炉与成像系统之间设有一窄带滤光片，窄带滤光片允许通过的光波宽度小于50nm。
进一步，所述水冷法兰包括内径较小的过气段和内径较大的管接段，所述视镜盲板组件安装于过气段的端部，过气段的外圆侧壁上还安装有与其内部连通的管接口；管接段的端部通过紧固螺栓安装有外法兰，外法兰上设有伸入管接段内部的止口；安装于管接段内部的O型密封圈共有两个，且两个O型密封圈之间还安装有内压环；管接段的外圆侧壁上周圈密封固接有外套，外套与管接段之间形成密闭的弧形腔；外套上还安装有进水接口和出水接口，且两者分别靠近弧形腔的两端。
进一步，其中一个所述水冷法兰上的管接口的内径较大，与真空抽气设备连接；另一个水冷法兰上的管接口内径较小，与进气设备连接。
进一步，所述盲板内壁上围绕所述通孔设有内止口，内止口焊接有与通孔同轴的视镜套；所述视镜置于视镜套内，且视镜套的开口端螺纹联接有视镜挡环；视镜与盲板之间以及视镜与视镜挡环之间分别安装有一个视镜胶圈。
相对于现有技术，本发明所述的可视的真空气氛烧结炉具有以下优势：
本发明所述的可视的真空气氛烧结炉，采用蓝色可见平行光作为光源能够与高温下的物体产生的光区分开，不受高温下物体自身发出的光的影响，双远心工业镜头能够提高测量的景深，CCD图像传感器能够提高测量的精度，窄带滤光片能够将在高温下物体自身发出的光过滤掉，并且仅允许光波宽度小于50nm的光通过，使镜头拍摄到的图像清晰度高，边界清晰，各处均匀，更加方便计算出物料的形状和尺寸的变化，使成像的精度小于8μm，减少实验误差。通过硅钼棒电热件能够将炉管内的温度加热到1600℃以上，且通过多晶莫来石纤维层能够有效的阻隔热能向外壳外辐射。通过炉管两端安装的水冷法兰，能够通过循环水冷层对炉管的端部进行降温，对视镜起到保护作用。同时，通过水冷法兰将隔热冷却、真空充气和视镜三种功能的结构进行集成组合，使得本发明的结构更加紧凑，成像更加清晰。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的可视的真空气氛烧结炉的主视向局部剖视图；
图2为本发明实施例所述的可视的真空气氛烧结炉的水冷法兰的主视向剖视图；
图3为本发明实施例所述的可视的真空气氛烧结炉的视镜盲板组件的主视向剖视图。
附图标记说明：
1-平行光照射装置；2-水冷法兰；201-过气段；202-管接段；203-止口；204-外法兰；205-弧形腔；206-内压环；207-管接口；208-外套；3-硅钼棒电热件；4-多晶莫来石纤维层；5-炉管；6-窄带滤光片；7-成像系统；8-视镜盲板组件；801-盲板；802-内止口；803-视镜套；804-视镜胶圈；805-视镜挡环；806-视镜。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-3，可视的真空气氛烧结炉，包括管式真空气氛炉，其炉管5的两端分别安装有一个水冷法兰2，每个水冷法兰2上均安装有一个视镜盲板组件8；管式真空气氛炉的一侧设有平行光照射装置1，另一侧设有成像系统7；水冷法兰2，其一端与视镜盲板组件8密封连接；另一端套装于炉管5的外侧，且水冷法兰2与炉管5之间安装有O型密封圈；水冷法兰2靠近炉管5的外圆侧壁上设有循环水冷层；视镜盲板组件8，其包括带有通孔的盲板801和封堵该通孔的视镜806；盲板801与水冷法兰2的端部密封固接，视镜806置于水冷法兰2内部，且与盲板801之间密封连接。
上述管式真空气氛炉的壳体内部填装有多晶莫来石纤维层4；壳体的上端安装有至少两组硅钼棒电热件3，硅钼棒电热件3对称分布于上述炉管5的两侧；炉管5为刚玉管。
上述平行光照射装置1为一LED灯，LED灯发出的光为蓝色可见光。
上述成像系统7包括一工业相机，上述工业相机上设有一双远心工业镜头，上述双远心工业镜头上设有一CCD传感器。窄带滤光片6与平行光照射装置1发出的平行光之间的角度为90°，窄带滤光片6包括一玻璃片，玻璃片上涂覆有一层水晶玻璃镀膜，玻璃片的尺寸为60*60mm，玻璃片的厚度为1mm，水晶玻璃镀膜的厚度为0.2mm，窄带滤光片6允许通过的光波宽度小于50nm，成像的精度小于8μm，成像系统7还连接一电脑设备。
上述管式电炉内的烧结温度为1600～2000℃。上述炉管5内的真空度为10-4pa。
上述管式真空气氛炉与成像系统7之间设有一窄带滤光片6，窄带滤光片6允许通过的光波宽度小于50nm。
上述水冷法兰2包括内径较小的过气段201和内径较大的管接段202，上述视镜盲板组件8安装于过气段201的端部，过气段201的外圆侧壁上还安装有与其内部连通的管接口207；管接段202的端部通过紧固螺栓安装有外法兰204，外法兰204上设有伸入管接段202内部的止口203；安装于管接段202内部的O型密封圈共有两个，且两个O型密封圈之间还安装有内压环206；管接段202的外圆侧壁上周圈密封固接有外套208，外套208与管接段202之间形成密闭的弧形腔205；外套208上还安装有进水接口和出水接口，且两者分别靠近弧形腔205的两端。
弧形腔205即循环水冷层，其通过进水接口和出水接口与水源即水泵连接，使其内部形成冷却流体介质的冷却循环。
其中一个上述水冷法兰2上的管接口207的内径较大，与真空抽气设备连接；另一个水冷法兰2上的管接口207内径较小，与进气设备连接。
上述盲板801内壁上围绕上述通孔设有内止口802，内止口802焊接有与通孔同轴的视镜套803；上述视镜806置于视镜套803内，且视镜套803的开口端螺纹联接有视镜挡环805；视镜806与盲板801之间以及视镜806与视镜挡环805之间分别安装有一个视镜胶圈804。
使用时，先通过真空抽气设备对炉管5内抽真空(若需要，通过进气设备向炉管5内充入气氛)。当炉管5内的气压达到所需压力后，硅钼棒电热件3开始对炉管5内的物料进行烧结，本实施例内安装可以感知物料加热温度的热电偶。烧结中的物料在平行光照射装置1的照射下，经过窄带滤光片6，由成像系统7成像后记录在电脑设备上。
本发明所述的真空气氛烧结数据分析试验仪，采用蓝色可见平行光作为光源能够与高温下的物体产生的光区分开，不受高温下物体自身发出的光的影响，双远心工业镜头能够提高测量的景深，CCD图像传感器能够提高测量的精度，窄带滤光片6能够将在高温下物体自身发出的光过滤掉，并且仅允许光波宽度小于50nm的光通过，使镜头拍摄到的图像清晰度高，边界清晰，各处均匀，更加方便计算出物料的形状和尺寸的变化，使成像的精度小于8μm，减少实验误差。通过硅钼棒电热件3能够将炉管5内的温度加热到1600℃以上，且通过多晶莫来石纤维层4能够有效的阻隔热能向外壳外辐射。通过炉管5两端安装的水冷法兰2，能够通过循环水冷层对炉管5的端部进行降温，对视镜806起到保护作用。同时，通过水冷法兰2将隔热冷却、真空充气和视镜三种功能的结构进行集成组合，使得本发明的结构更加紧凑，成像更加清晰。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种可视的真空气氛烧结炉，其特征在于，包括：
管式真空气氛炉，其炉管(5)的两端分别安装有一个水冷法兰(2)，每个水冷法兰(2)上均安装有一个视镜盲板组件(8)；管式真空气氛炉的一侧设有平行光照射装置(1)，另一侧设有成像系统(7)；
水冷法兰(2)，其一端与视镜盲板组件(8)密封连接；另一端套装于炉管(5)的外侧，且水冷法兰(2)与炉管(5)之间安装有O型密封圈；水冷法兰(2)靠近炉管(5)的外圆侧壁上设有循环水冷层；
视镜盲板组件(8)，其包括带有通孔的盲板(801)和封堵该通孔的视镜(806)；盲板(801)与水冷法兰(2)的端部密封固接，视镜(806)置于水冷法兰(2)内部，且与盲板(801)之间密封连接。
所述管式真空气氛炉的壳体内部填装有多晶莫来石纤维层(4)；壳体的上端安装有至少两组硅钼棒电热件(3)，硅钼棒电热件(3)对称分布于所述炉管(5)的两侧；炉管(5)为刚玉管。
所述平行光照射装置(1)为一LED灯，LED灯发出的光为蓝色可见光，
所述成像系统(7)包括一工业相机，所述工业相机上设有一双远心工业镜头，所述双远心工业镜头上设有一CCD传感器。
管式真空气氛炉内的烧结温度为1600～2000℃。
2.根据权利要求1所述的可视的真空气氛烧结炉，其特征在于：所述炉管(5)内的真空度为10-4pa。
3.根据权利要求1所述的可视的真空气氛烧结炉，其特征在于：所述管式真空气氛炉与成像系统(7)之间设有一窄带滤光片(6)，窄带滤光片(6)允许通过的光波宽度小于50nm。
4.根据权利要求1所述的可视的真空气氛烧结炉，其特征在于：所述水冷法兰(2)包括内径较小的过气段(201)和内径较大的管接段(202)，所述视镜盲板组件(8)安装于过气段(201)的端部，过气段(201)的外圆侧壁上还安装有与其内部连通的管接口(207)；
管接段(202)的端部通过紧固螺栓安装有外法兰(204)，外法兰(204)上设有伸入管接段(202)内部的止口(203)；安装于管接段(202)内部的O型密封圈共有两个，且两个O型密封圈之间还安装有内压环(206)；
管接段(202)的外圆侧壁上周圈密封固接有外套(208)，外套(208)与管接段(202)之间形成密闭的弧形腔(205)；外套(208)上还安装有进水接口和出水接口，且两者分别靠近弧形腔(205)的两端。
5.根据权利要求4所述的可视的真空气氛烧结炉，其特征在于：其中一个所述水冷法兰(2)上的管接口(207)的内径较大，与真空抽气设备连接；另一个水冷法兰(2)上的管接口(207)内径较小，与进气设备连接。
6.根据权利要求1所述的可视的真空气氛烧结炉，其特征在于：所述盲板(801)内壁上围绕所述通孔设有内止口(802)，内止口(802)焊接有与通孔同轴的视镜套(803)；所述视镜(806)置于视镜套(803)内，且视镜套(803)的开口端螺纹联接有视镜挡环(805)；视镜(806)与盲板(801)之间以及视镜(806)与视镜挡环(805)之间分别安装有一个视镜胶圈(804)。
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