CN107941009B - 一种真空脱脂烧结炉及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空脱脂烧结炉及方法，炉体上设有第一进气管和第二进气管，炉体通过立柱连接有料箱，料箱的中部设有导气盒，导气盒与第二进气管连通；第一烧结室和第二烧结室均设有一冷却口和一抽气口，抽气口通过脱脂管连通有真空泵；第一烧结室和第二烧结室的底部分别设有一导轨，导轨用于支撑和运输料架，料架上设有若干个料板，料架和料板的材料为钼、钼合金或钨。脱脂或烧结时，第一气源的气体进入炉内，第二气源的气体进入料箱中间的导气盒中，由导气盒上的气孔分流到料箱每层料板上，真空泵将气体抽出，保持炉内和料箱内设定压力。本发明可以节省人力和时间，并减少产品的碳污染。

Description

一种真空脱脂烧结炉及方法

技术领域

本发明涉及工业用炉技术领域，特别是涉及一种真空脱脂烧结炉及方法。

背景技术

目前粉末注射成形的制造程序为：制粉、混料造粒成喂料、注射成形、催化脱脂、热脱脂及烧结、整形及二次加工、表面处理，然后得到成品。

喂料注射成形后成产品坯体，需进行整列摆盘，将产品坯体一个个摆到陶瓷板上，再将陶瓷板一张张放到不锈钢料板上，将放满坯体的不锈钢料板一张张插入不锈钢料架，将不锈钢料架用料车输送推入催化脱脂炉进行催化脱脂，催化脱脂炉用硝酸作为催化剂，将产品坯体中的粘结剂脱出来，预留一定比例的粘结剂在坯体中以防坯体变形。催化脱脂结束，需将不锈钢料架从催化脱脂炉中拉出，将不锈钢料板一张张取出，然后将不锈钢料板上的陶瓷板再一张张取出倒到石墨料板上，然后将石墨料板一张张插入真空脱脂烧结炉中的石墨料箱里，一个石墨料箱20层左右，每一层均分为前后两张料板，即40张料板，一张料板可放20张陶瓷板，即满炉800张陶瓷板。产品从催化脱脂炉取出到真空脱脂烧结炉均需人工手动操作，该过程需要耗费较多的人力和时间。

上述技术问题的原因在于：加热情况下，硝酸与石墨会发生反应，而不锈钢与硝酸反应不明显。所以催化脱脂炉用不锈钢作为料架与料板。不锈钢的耐热极限温度是1000℃左右，1300℃已接近熔点，真空脱脂烧结炉烧结温度为1300℃左右，烘炉温度为1500℃左右，所以不锈钢不能作为料板放入真空脱脂烧结炉，而是用石墨作为料板，这就产生了上述倒陶瓷板的过程。

传统的真空脱脂烧结炉的工序为：炉内装满产品后，先对炉内抽真空(因为炉内石墨件在高温下会氧化，所以要在真空下，保护气氛下再加热)，使炉内达到一定负压力，抽真空工艺结束，脱脂工艺开始。然后开始升温，边升温边抽真空和充入保护气体，使炉内料箱外压力大于料箱内压力，促使气流单向流动，气体从料箱门板缝隙处进入到料箱内，达到一定压力后，料箱上的进气阀自动开启，料箱外气体进入到料箱内。在200℃～500℃左右，产品中的粘结剂会慢慢气化，随着载流的气体(从料箱外进入的气体)经过脱脂管，进入到管道捕脂装置中，载流气体不断带走粘结剂蒸气，待升温到600℃左右，保温一定时间后，脱脂工艺结束，进入烧结工艺。真空泵再将炉内气体抽出，并保持炉内设定压力，开始充入一定流量的气体，使料箱内外保证一定的压差，继续升温到产品烧结温度，一般在1300℃左右(视产品材料的烧结温度定)，保温一定时间，烧结工艺结束，进入冷却工艺。冷却开始从1300℃自然冷却到900℃左右，然后风机启动，料箱上盖打开，料箱内外压力平衡，气体循环流动，气体经过冷却器，温度下降，再由叶轮输送至前门，流经料箱，再流至冷却器，如此不断地循环进行热交换，来加速冷却，直到炉内温度达到室温，风机停止，冷却工艺结束，料箱上盖关闭，产品才可出炉。

传统的陶瓷板(主要材料为Al₂O₃)在石墨料板上，在高温、真空环境下，会发生互相扩散，扩散到一定程度，Al₂O₃会发生碳热还原，污染热场，污染产品。其次，由于原有技术进气不均匀性，低温热脱脂时，残留在热场的碳，在高温烧结时挥发出来形成游离碳，游离碳会使产品渗碳或局部渗碳。使用石墨热场高温烧结时，由于整体碳势较高，烧结低碳不锈钢时，碳含量超标。

发明内容

本发明的目的是提供一种真空脱脂烧结炉及方法，以解决上述现有技术存在的问题，以简化产品从催化脱脂炉倒到真空脱脂烧结炉中的工序，节省人力和时间，并避免碳污染及Al₂O₃陶瓷板与石墨相接触后产生的热分解，污染炉内环境。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种真空脱脂烧结炉，包括炉体和设置在所述炉体内的隔热筒和隔热门，所述隔热门设置在所述隔热筒两端，所述隔热筒的内部设有加热体；所述炉体的两端铰接有炉门，两个所述炉门中的任一个上设有冷却系统，所述炉体上设有第一进气管、第二进气管和排气口，所述第一进气管用于连通第一气源，所述第二进气管用于连通第二气源，所述排气口连通有一真空泵；

所述炉体通过立柱连接有料箱，所述料箱位于所述隔热筒内部，所述料箱的两端设有箱门，所述料箱的中部设有导气盒，所述导气盒与所述第二进气管连通；所述导气盒将所述料箱内部分隔为第一烧结室和第二烧结室，所述第一烧结室和所述第二烧结室均设有一冷却口和一抽气口，所述冷却口能够由设置于所述炉体上的活动上盖封闭，所述抽气口通过脱脂管连通所述真空泵；所述第一烧结室和所述第二烧结室的底部分别设有一导轨，所述导轨上设有若干个滚轮，所述导轨用于支撑和运输料架，所述料架上设有若干个料板，所述料板用于放置产品，所述料架和所述料板的材料为钼、钼合金或钨。

优选地，所述导轨的末端可拆卸连接有后挡块，所述导轨的前端可拆卸连接有前挡块。

优选地，所述第一气源中的气体为氮气或惰性气体，所述第二气源中的气体为氢气、氮气、惰性气体或氮气及惰性气体与氢气的混合气体。

优选地，所述导气盒的两侧均设有导气孔，所述导气孔的直径、数量和高度与所述料板匹配。

优选地，所述料箱的上部和下部分别设有一温度传感器。

优选地，所述冷却系统包括风机、叶轮、冷却器和挡风罩，所述风机设置在所述炉门上，所述叶轮设置在所述炉体内部且与所述风机的输出轴相连，所述冷却器设置在所述叶轮的前端，所述挡风罩设置在所述冷却器与所述隔热门之间，所述冷却器的一端设有冷却液进口，所述冷却器的另一端设有冷却液出口。

优选地，两个所述冷却口分别设置在所述料箱上部的两端，两个所述抽气口分别设置在所述料箱下部的两端。

本发明还提供了一种真空脱脂烧结方法，包括如下步骤：

S1：抽真空；

S2：热脱脂，炉内达到一定压力后，边抽真空边升温边充气，第一气源的气体通过第一进气管进入炉内，第二气源的气体通过第二进气管进入料箱中间的导气盒中，并使所述料箱外部的压力大于所述料箱内部的压力，所述第二气源的气体由导气盒两旁的导气孔分流到第一烧结室和第二烧结室，所述第二气源的气体分别由所述第一烧结室和所述第二烧结室的抽气口抽出；保持所述料箱外部的压力大于所述料箱内部的压力，升温到一定温度后，保温一定时间；

S3：烧结，真空泵将第一气源和第二气源的气体抽出，使炉内达到一定压力后，边抽真空边升温和充气，第一气源的气体通过第一进气管进入真空脱脂烧结炉内，第二气源的气体通过第二进气管进入料箱中间的导气盒中，并且使所述料箱外部的压力大于料箱内部的压力，所述第二气源的气体由导气盒两旁的导气孔分流到第一烧结室和第二烧结室，所述第二气源的气体分别由所述第一烧结室和所述第二烧结室的抽气口抽出；保持所述料箱外部的压力大于所述料箱内部的压力，通过PID算法控制所述料箱内的压力和气体流量，升温到一定温度后，保温一定时间；

S4：冷却。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

钼的熔点为2600℃左右，在常温和高温下强度很高，导电、导热性能好，纯度高，蒸气压低，与酸反应不明显。将钼作为催化脱脂炉和真空脱脂烧结炉共用的料架和料板。整列摆盘将产品坯体摆到料板上，将料板插入料架，用推车输送料架进入催化脱脂炉，等酸脱结束，可用推车输送料架直接进入到真空脱脂烧结炉。节省了人工倒陶瓷板的时间和人力，也不容易损坏产品坯体。

用钼、钼合金或钨制成料架和料板取代石墨料板，能避免产品的长毛现象(高温下陶瓷板与石墨料板的反应物聚集在产品表面，长毛体会影响产品外观，并为后续处理增加麻烦)，产品的外观更加美观。料架出炉后，将料板上的陶瓷板取出，将陶瓷板上的产品倒入盛放箱，不会有石墨粉产生。如果是石墨料板的话，陶瓷板在倒入和取出过程中会摩擦石墨料板，容易产生石墨粉尘，在工艺过程中会将粉尘带到陶瓷板上，产品出炉时，容易随产品一起带入盛放箱中，产品会比较脏。本发明的料板比石墨料板薄，在层间距不变的情况下，钼料板层数比石墨料板层数要多。

本发明通过在料箱中间设置导气盒，使气流直接通过导气盒上的导气孔流经料箱的每层料板，流经产品的气流非常均匀，避免了热脱脂时残留在热场的碳在高温烧结时挥发出来形成游离碳，而游离碳会使产品渗碳或局部渗碳，解决了使用石墨热场烧结低碳不锈钢时，由于整体碳势较高，碳含量超标的问题。均匀的气流也保证了产品的尺寸公差。而且由中间导气孔进气，避免了气体与料箱外石墨件和隔热材接触，保持了气氛的干净，并使气体预热，保证产品的质量，也解决了原有技术中气流由两旁向中间流动而造成的中间区域碳势分布严重的问题。另外，第二气源的气体直接进入料箱，可避免炉体在微漏的情况下产品因氧化而影响其外观及质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明真空脱脂烧结炉的主视结构示意图；

图2为本发明真空脱脂烧结炉的侧视结构示意图；

其中：1-炉体，2-隔热筒，3-隔热门，4-加热体，5-炉门，6-冷却系统，7-料箱，8-箱门，9-导气盒，10-冷却口，11-抽气口，12-活动上盖，13-脱脂管，14-导轨，15-料架，16-料板，17-温度传感器。

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。

本发明的目的是提供一种真空脱脂烧结炉及方法，以解决上述现有技术存在的问题，以简化产品从催化脱脂炉倒到真空脱脂烧结炉中的工序，节省人力和时间，并避免碳污染及Al2O3陶瓷板与石墨相接触后产生的热分解，污染炉内环境。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例提供了一种真空脱脂烧结炉，包括炉体1和设置在炉体1内的隔热筒2和隔热门3，隔热门3设置在隔热筒2两端(其中一个隔热门3未画出)，隔热筒2的内部设有加热体4。炉体1的两端铰接有炉门5(其中一个炉门5未画出)，两个炉门5中的任一个上设有冷却系统6，冷却系统6包括风机、叶轮、冷却器和挡风罩，风机设置在炉门5上，叶轮设置在炉体1内部且与风机的输出轴相连，冷却器设置在叶轮的前端，挡风罩设置在冷却器与隔热门3之间，冷却器的一端设有冷却液进口，冷却器的另一端设有冷却液出口。炉体1上部设有第一进气管、第二进气管和排气口，第一进气管用于连通第一气源，第一气源中的气体为氮气或氩气等惰性气体，第二进气管用于连通第二气源，第二气源中的气体为氢气或氮气、氩气等惰性气体，也可以是氮气、氩气等惰性气体与氢气的混合气体，排气口连通有一真空泵。

炉体1通过立柱连接有由石墨制成的料箱7，料箱7位于隔热筒2内部，料箱7的两端设有箱门8(其中一个箱门8未画出)，料箱7的上部和下部分别设有一温度传感器17，温度传感器17分别用于检测料箱7上部和下部的温度。料箱7的中部设有导气盒9，导气盒9与第二进气管连通，导气盒9的两侧均设有导气孔，导气孔的直径、数量和高度与料板16匹配。导气盒9将料箱7内部分隔为第一烧结室和第二烧结室，第一烧结室和第二烧结室均设有一冷却口10和一抽气口11，两个冷却口10分别设置在料箱7上部的两端，两个抽气口11分别设置在料箱7下部的两端，冷却口10能够由设置于炉体1上的活动上盖12封闭，活动上盖12由固设在炉体1上的气缸驱动，活动上盖12打开时，起到加速冷却的作用，关闭时起到安全阀的作用。抽气口11通过脱脂管13连通有真空泵，脱脂管13的末端贯穿隔热筒2和炉体1，且脱脂管13和炉体1之间密封。第一烧结室和第二烧结室的底部分别设有一导轨14，导轨14上设有若干个滚轮，导轨14用于支撑和运输料架15，导轨14的末端可拆卸连接有后挡块，导轨14的前端可拆卸连接有前挡块(后挡块和前挡块未在图中画出)，后挡块用于将料架15推进后的定位且不常拆卸，使导气盒9和料架15之间存在一定的间距，前挡块用于固定料架15。料架15上设有若干个料板16，料板16用于放置产品，料架15和料板16的材料为钼、钼合金或钨。

本实施例还提供了一种真空脱脂烧结方法，包括如下步骤：

S1：抽真空；抽真空的具体步骤与传统的真空脱脂烧结炉相似，区别仅在于由两个脱脂管13同时进行抽真空；

S2：热脱脂，炉内达到一定压力后，边抽真空边升温边充气，第一气源的气体通过第一进气管进入炉内，第二气源的气体通过第二进气管进入料箱7中间的导气盒9中，并使料箱7外部的压力大于料箱7内部的压力，第二气源的气体由导气盒9两旁的导气孔分流到第一烧结室和第二烧结室，第二气源的气体分别由第一烧结室和第二烧结室的抽气口11抽出；保持料箱7外部的压力大于料箱7内部的压力，升温到一定温度后，保温一定时间；

S3：烧结，真空泵将第一气源和第二气源的气体抽出，使炉内达到一定压力后，边抽真空边升温和充气，第一气源的气体通过第一进气管进入真空脱脂烧结炉内，第二气源的气体通过第二进气管进入料箱7中间的导气盒9中，并且使料箱7外部的压力大于料箱7内部的压力，第二气源的气体由导气盒9两旁的导气孔分流到第一烧结室和第二烧结室，第二气源的气体分别由第一烧结室和第二烧结室的抽气口11抽出；保持料箱7外部的压力大于料箱7内部的压力，通过PID算法控制料箱7内的压力和气体流量，升温到一定温度后，保温一定时间；

S4：冷却，冷却的具体步骤与传统的真空脱脂烧结炉相同。

冷却后产品就可出炉了，需要依次打开炉门5、隔热门3和箱门8，然后拿掉前挡块，拉出料架15即可。再推入一个装满产品并经催化脱脂后的料架15，循环进行上述工序即可进行后续的生产加工。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种真空脱脂烧结炉，其特征在于：包括炉体和设置在所述炉体内的隔热筒和隔热门，所述隔热门设置在所述隔热筒两端，所述隔热筒的内部设有加热体；所述炉体的两端铰接有炉门，两个所述炉门中的任一个上设有冷却系统，所述炉体上设有第一进气管、第二进气管和排气口，所述第一进气管用于连通第一气源，所述第二进气管用于连通第二气源，所述排气口连通有一真空泵；

所述炉体通过立柱连接有料箱，所述料箱位于所述隔热筒内部，所述料箱的两端设有箱门，所述料箱的中部设有导气盒，所述导气盒与所述第二进气管连通；所述导气盒将所述料箱内部分隔为第一烧结室和第二烧结室，所述第一烧结室和所述第二烧结室均设有一冷却口和一抽气口，所述冷却口能够由设置于所述炉体上的活动上盖封闭，所述抽气口通过脱脂管连通所述真空泵；所述第一烧结室和所述第二烧结室的底部分别设有一导轨，所述导轨上设有若干个滚轮，所述导轨用于支撑和运输料架，所述料架上设有若干个料板，所述料板用于放置产品，所述料架和所述料板的材料为钼、钼合金或钨。

2.根据权利要求1所述的真空脱脂烧结炉，其特征在于：所述导轨的末端可拆卸连接有后挡块，所述导轨的前端可拆卸连接有前挡块。

3.根据权利要求1所述的真空脱脂烧结炉，其特征在于：所述第一气源中的气体为氮气或惰性气体，所述第二气源中的气体为氢气、氮气、惰性气体或氮气及惰性气体与氢气的混合气体。

4.根据权利要求1所述的真空脱脂烧结炉，其特征在于：所述导气盒的两侧均设有导气孔，所述导气孔的直径、数量和高度与所述料板匹配。

5.根据权利要求1所述的真空脱脂烧结炉，其特征在于：所述料箱的上部和下部分别设有一温度传感器。

6.根据权利要求1所述的真空脱脂烧结炉，其特征在于：所述冷却系统包括风机、叶轮、冷却器和挡风罩，所述风机设置在所述炉门上，所述叶轮设置在所述炉体内部且与所述风机的输出轴相连，所述冷却器设置在所述叶轮的前端，所述挡风罩设置在所述冷却器与所述隔热门之间，所述冷却器的一端设有冷却液进口，所述冷却器的另一端设有冷却液出口。

7.根据权利要求1所述的真空脱脂烧结炉，其特征在于：两个所述冷却口分别设置在所述料箱上部的两端，两个所述抽气口分别设置在所述料箱下部的两端。

8.一种真空脱脂烧结方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：抽真空；

S2：热脱脂，炉内达到一定压力后，边抽真空边升温边充气，第一气源的气体通过第一进气管进入炉内，第二气源的气体通过第二进气管进入料箱中间的导气盒中，并使所述料箱外部的压力大于所述料箱内部的压力，所述第二气源的气体由导气盒两旁的导气孔分流到第一烧结室和第二烧结室，所述第二气源的气体分别由所述第一烧结室和所述第二烧结室的抽气口抽出；保持所述料箱外部的压力大于所述料箱内部的压力，升温到一定温度后，保温一定时间；

S3：烧结，真空泵将第一气源和第二气源的气体抽出，使炉内达到一定压力后，边抽真空边升温和充气，第一气源的气体通过第一进气管进入真空脱脂烧结炉内，第二气源的气体通过第二进气管进入料箱中间的导气盒中，并且使所述料箱外部的压力大于料箱内部的压力，所述第二气源的气体由导气盒两旁的导气孔分流到第一烧结室和第二烧结室，所述第二气源的气体分别由所述第一烧结室和所述第二烧结室的抽气口抽出；保持所述料箱外部的压力大于所述料箱内部的压力，通过PID算法控制所述料箱内的压力和气体流量，升温到一定温度后，保温一定时间；

S4：冷却。