CN108061462A - 一种烧结装置 - Google Patents

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戴煜
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Abstract

本申请公开了一种烧结装置，包括烧结炉、真空系统、进气系统、过滤系统，所述烧结炉用于容纳待烧结物料，并对物料进行加热烧结；所述真空系统与所述烧结炉相连通，用于提供烧结炉内的真空环境；所述进气系统与所述烧结炉相连通，用于向所述烧结炉内通入烧结反应所需的气体；所述过滤系统设置在所述烧结炉与所述真空系统之间，所述烧结炉排出的气体，经所述过滤系统过滤后再进入所述真空系统中。本申请提供的烧结装置，尤其适用于碳化硅的烧结，对反应炉内排出的气体进行过滤净化，提高烧结炉的烧结质量的同时，能够避免污染物对真空系统的影响，维持烧结过程中气压的稳定。

Description

一种烧结装置
技术领域
本申请涉及材料处理设备技术领域，特别是涉及一种烧结装置。
背景技术
碳化硅陶瓷具有优良的常温力学性能(高的抗弯强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗磨性、低的摩擦系数)与高温力学性能(强度、抗蠕变性等)，而融合了复合材料技术优势发展起来的以碳化硅陶瓷为基的复相陶瓷，如纤维补强陶瓷、二相粒子强化陶瓷以及功能梯度陶瓷等，更进一步改善了单体材料的韧性和强度。上述材料广泛应用于石油、化工、微电子、汽车、航空、航天等领域，
当前，常见的制备碳化硅陶瓷的方法有无压烧结、热压烧结、热等静压烧结以及反应烧结等。虽然各类方法制备的碳化硅陶瓷性能不尽相同，但其制备过程存在两个共性，一是碳化硅陶瓷的烧结温度比较高，一般达到了2000℃左右，这要求烧结设备除能耐高温外，还具有炉温均匀性好、控温精度高、测温精度高等特性；二是烧结过程中存在硅蒸汽挥发，胶质蜡、焦油挥发等现象，污染加热室与真空系统，并造成烧结室内气压不稳，这要求烧结设备具有完善的副产物收集处理功能与气压自动调节功能。常规的碳化硅陶瓷烧结设备很难满足上述要求，故生产过程中往往存在产品质量不达标、产品一致性不高等问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的为提供一种烧结装置；本发明提供的烧结装置，尤其适用于碳化硅的烧结，对反应炉内排出的气体进行过滤净化，提高烧结炉的烧结质量的同时，能够避免污染物对真空系统的影响，维持烧结过程中气压的稳定。
本发明提供的技术方案如下：
一种烧结装置，包括烧结炉、真空系统、进气系统、过滤系统，
所述烧结炉用于容纳待烧结物料，并对物料进行加热烧结；
所述真空系统与所述烧结炉相连通，用于提供烧结炉内的真空环境；
所述进气系统与所述烧结炉相连通，用于向所述烧结炉内通入烧结反应所需的气体；
所述过滤系统设置在所述烧结炉与所述真空系统之间，所述烧结炉排出的气体，经所述过滤系统过滤后再进入所述真空系统中。
优选地，所述过滤系统包括相连通的冷凝部件、过滤部件，所述烧结炉排出的气体依次经过冷凝部件、过滤部件，再进入所述真空系统中。
优选地，所述过滤部件设有多层过滤介质，所述多层过滤介质中至少一层的最小截留粒径与其他层的最小截留粒径不同。
优选地，所述过滤部件通过第一管路与所述真空系统相连通，所述冷凝部件还设有与所述真空系统直接连通的第二管路，所述第一管路、第二管路分别设有阀门。
优选地，所述烧结炉包括炉体，用于加热炉体的加热部件，用于检测炉体内温度的测温部件，所述炉体包括炉壳、设置在炉壳内部的保温层，设置在保温层内部的烧结箱，所述加热部件设置在所述烧结箱与所述保温层之间。
优选地，所述测温部件包括热电偶测温元件与红外测温元件。
优选地，所述进气系统设有用于提供脱脂气体的脱脂气源、用于提供惰性气体的惰性气源，所述脱脂气源、惰性气源分别通过管路与所述烧结炉连通。
优选地，所述惰性气源通过常规管路、快充管路分别与所述烧结炉相连通，所述常规管路、快充管路分别设有阀门。
优选地，所述进气系统还设有用于提供反应气体的反应气源，所述反应气源通过管路与所述烧结炉连通。
优选地，还设有快冷系统，所述快冷系统的进气管路、出气管路分别与所述烧结炉相连通，用于对烧结炉内产品进行快速冷却。
本发明针对现有技术中的烧结炉烧结时，挥发的物质或副产物等污染炉内空间与真空系统的问题，提供一种烧结装置，在烧结炉与真空系统之间设置过滤系统，对烧结过程中挥发的物质进行过滤，使过滤后的气体再进入真空系统中，减少烧结炉以及真空系统内气体中的副产物。本发明提供的烧结装置，在提高烧结炉的烧结质量的同时，能够避免污染物对真空系统的影响，维持烧结过程中气压的稳定。例如，在碳化硅陶瓷烧结过程中，存在硅蒸汽挥发，胶质蜡、焦油挥发，通过过滤系统，过滤并截留气体中的硅蒸汽、胶质蜡、焦油等物质，使过滤净化后的空气再进入真空系统中，减少副产物对设备以及烧结过程的影响。通常在烧结过程中，由进气系统提供反应所需的气体(如反应气体，或维持炉内惰性氛围的惰性气体等)，同时由真空系统将炉内气体抽出，通过不断的通气排气，将烧结炉内的副产物、杂质等物质随气流排出，并经过滤系统进行过滤净化。通过更换过滤介质、调整参数等方式，本发明提供的烧结装置不仅可以适用于碳化硅陶瓷的烧结，也可适用于其他种类物料的烧结。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请中记载的一些实施例，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为本发明实施例中烧结装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中烧结炉的结构示意图；
图3为本发明实施例中过滤系统的结构示意图；
图4为本发明实施例中进气系统的结构示意图；
附图标记：1-烧结炉；11-炉体；12-加热部件；13-测温部件；2-真空系统；3-进气系统；31-脱脂气源；32-惰性气源；33-反应气源；4-过滤系统；41-冷凝部件；42-过滤部件；43-第一管路；44-第二管路；5-快冷系统。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
请如图1至图4所示，本发明实施例提供一种烧结装置，包括烧结炉1、真空系统2、进气系统3、过滤系统4，
所述烧结炉1用于容纳待烧结物料，并对物料进行加热烧结；
所述真空系统2与所述烧结炉1相连通，用于提供烧结炉1内的真空环境；
所述进气系统3与所述烧结炉1相连通，用于向所述烧结炉1内通入烧结反应所需的气体；
所述过滤系统4设置在所述烧结炉1与所述真空系统2之间，所述烧结炉1排出的气体，经所述过滤系统4过滤后再进入所述真空系统2中。
本发明针对现有技术中的烧结炉烧结时，挥发的物质或副产物等污染炉内空间与真空系统的问题，提供一种烧结装置，在烧结炉1与真空系统2之间设置过滤系统4，对烧结过程中挥发的物质进行过滤，使过滤后的气体再进入真空系统2中，减少烧结炉1以及真空系统2内气体中的副产物。本发明提供的烧结装置，在提高烧结炉1的烧结质量的同时，能够避免污染物对真空系统2的影响，维持烧结过程中气压的稳定。例如，在碳化硅陶瓷烧结过程中，存在硅蒸汽挥发，胶质蜡、焦油挥发，通过过滤系统4，过滤并截留气体中的硅蒸汽、胶质蜡、焦油等物质，使过滤净化后的空气再进入真空系统2中，减少副产物对设备以及烧结过程的影响。通常在烧结过程中，由进气系统3提供反应所需的气体(如反应气体，或维持炉内惰性氛围的惰性气体等)，同时由真空系统2将炉内气体抽出，通过不断的通气排气，将烧结炉内的副产物、杂质等物质随气流排出，并经过滤系统4进行过滤净化。通过更换过滤介质、调整参数等方式，本发明提供的烧结装置不仅可以适用于碳化硅陶瓷的烧结，也可适用于其他种类物料的烧结。
优选地，所述过滤系统4包括相连通的冷凝部件41、过滤部件42，所述烧结炉1排出的气体依次经过冷凝部件41、过滤部件42，再进入所述真空系统2中。
过滤系统4具体包括冷凝部件41与过滤部件42。冷凝部件41用于对从烧结炉内出来的高温气体流进行冷凝。反应副产物，如金属蒸汽、胶质蜡、焦油等，快速从气态冷凝成液态，并被冷凝部件41汇聚、收集。冷凝部件41通常由冷凝管道与收集罐组成，也可采用其他的方式设置。冷凝可以通过空气冷却，也可通过水冷等其他方式实现。经冷凝部件41初步处理后的气体继续流动，进入过滤部件42，经过滤介质二次纯化后被真空系统2抽走。冷凝部件41与过滤部件42复合进行冷凝过滤，可以对反应副产物进行有效的处理，降低环境污染，稳定设备运行。
优选地，所述过滤部件42设有多层过滤介质，所述多层过滤介质中至少一层的最小截留粒径与其他层的最小截留粒径不同。
作为优选，过滤部件42设有多层过滤介质，且其中至少一层过滤介质与其他层的过滤介质的最小截留粒径不同。最小截留粒径是反映过滤介质过滤微粒能力的参数，指过滤介质能够过滤去除(即截留)的微粒的最小粒径。最小截留粒径与过滤介质的材质、孔径等有关。设置至少一层过滤介质的最小截留粒径与其他层不同，则其他中尺寸不同的微粒会被不同过滤介质截留去除。
本发明中可以设置两层过滤介质，如设置两层过滤网，一层孔径较大，一层孔径较小，气体经两层滤网过滤，除去副产物等杂质，过滤后的气体进入真空系统2中被抽出。
优选地，所述过滤部件42通过第一管路43与所述真空系统2相连通，所述冷凝部件41还设有与所述真空系统2直接连通的第二管路44，所述第一管路43、第二管路44分别设有阀门。
通过设置第一管路43、第二管路44，则气体进入过滤系统4的冷凝部件41处理后，可以进入过滤部件42过滤后，由第一管道43进入真空系统2中；也可不进入过滤部件42，直接由第二管路44进入真空系统2中，第一管路43、第二管路44分别设有阀门，可以通过阀门的开闭选择使用第一管路43或第二管路44。在开始烧结之前的预真空快抽阶段，开启第二管路44上的阀门，并关闭第一管路43上的阀门，使烧结炉1内气体不经过过滤部件42而直接进入真空系统2中，以快速达到预设真空度。其后，在烧结炉1正常工作阶段，选择打开第一管路43上的阀门，并关闭第二管路44上的阀门，使被真空系统2抽出的气体依次经过滤系统4的冷凝部件41、过滤部件42处理后，去除副产物或杂质，再进入真空系统2中，有效防止真空系统2被污染。
真空系统2由现有的真空泵(如油环泵、罗茨泵等)、真空管路阀门以及抽气管道等组成。真空系统2配合过滤系统4的阀门可以提供三种工作状态，以适应实际生产过程中不同环节的特定需求，具体包括前述的预真空快抽状态、正常工作状态，以及恒压调节状态。恒压调节状态是指在正常工作状态下，通过自动调节抽气速度使炉膛内压力恒定，常用于恒压烧结。恒压调节状态需配合设置在烧结炉1内的压力检测部件工作。
优选地，所述烧结炉1包括炉体11，用于加热炉体11的加热部件12，用于检测炉体11内温度的测温部件13，所述炉体11包括炉壳、设置在炉壳内部的保温层，设置在保温层内部的烧结箱，所述加热部件12设置在所述烧结箱与所述保温层之间。
烧结炉1包括炉体11，炉体11包括炉壳、设置在炉壳内部的保温层，设置在保温层内部的烧结箱。根据实际生产需要，炉壳还可能设有一张或多张炉门、锁圈等。烧结箱可以设置为马弗箱。马弗箱为陶瓷产品、反应气体等生产要素提供一个相对密闭的空间，既能防止高温下碳气氛对产品烧结的不良影响，又使反应气体在有限空间内与工件充分接触，提高了利用效率。保温层通常由石墨毡制成。加热部件12均匀分布在烧结箱与保温层之间，通过加热部件12、保温层的共同作用，确保炉膛内最高温度达2400℃。
作为优选，加热部件12在烧结箱的上、下方分别设置两个加热模块，并分别独立控制其加热的功率。加热部件12分上、下区独立控制，并根据测温部件13测得的温度自动调节加热功率，可以确保炉膛内上下区的温度一致。
优选地，所述测温部件13包括热电偶测温元件与红外测温元件。
测温部件13包括热电偶测温元件与红外测温元件两类，热电偶测温元件用于低温(1500℃以下)测量与控制，红外线测温元件用于高温(1500℃以上)测量与控制，则在烧结的各个温度段，可以使用不同的测温部件13进行测温，测温精度高。
优选地，所述进气系统3设有用于提供脱脂气体的脱脂气源31、用于提供惰性气体的惰性气源32，所述脱脂气源31、惰性气源32分别通过管路与所述烧结炉1连通。
脱脂气源31用于向烧结炉1内提供脱脂气体，作为脂类物质挥发的载体。通常脱脂气体为氮气。惰性气源32用于向烧结炉1内提供惰性气体，如氦气、氩气等，以维持烧结过程中的惰性氛围，同时惰性气体还可维持烧结炉内的正压，实现对待烧结物件的加压烧结。配合真空系统2对烧结炉1内气体的抽出，可以实现对炉内边通气边排气的操作，使反应副产物或杂质随气体排出，同时可通过调节进气、出气的流量，实现烧结炉1内的气压恒定。
优选地，所述惰性气源32通过常规管路、快充管路分别与所述烧结炉1相连通，所述常规管路、快充管路分别设有阀门。
作为优选，在惰性气源32与烧结炉1之间设置两条管路，常规管路与快充管路。通常，常规管路设有调压装置，以实现惰性气体缓慢进入烧结炉1内。而快充管路用于特殊状态下的设备保护。当有需要或突遇停电停水等紧急情况时，打开快充管路的阀门，快速充入惰性气体(如氩气)，关闭其他气路，迅速置换出炉内的反应气氛。通过阀门的开闭可实现常规管路、快充管路的切换。
优选地，所述进气系统3还设有用于提供反应气体的反应气源33，所述反应气源33通过管路与所述烧结炉1连通。
反应气源33用于向烧结炉1内提供反应所需的气体，如碳氢化合物(CmHn)等。根据烧结物料的需要，可以提供不同的反应气体。
进气系统4提供的脱脂气体、惰性气体、反应气体，分别经不同管路进入烧结炉1中，提供了一个全方位、立体分布的多路进气通路，有助于在炉内形成安全稳定的气场，利于烧结的进行。
优选地，还设有快冷系统5，所述快冷系统5的进气管路、出气管路分别与所述烧结炉1相连通，用于对烧结炉1内产品进行快速冷却。
快冷系统5主要用于烧结后的产品的快速冷却。烧结炉1内热风经与快冷系统5相连的快冷系统5的进气管路排出，通过热交换器转换成冷风，又通过快冷系统5的出气管路进入烧结炉1内。冷风回到炉内，吸收一部分样品的热量后再进入下一个冷却换热循环。快冷系统5加快冷却速度，提高了生产效率。
相对于现有技术，本发明提供的烧结装置具有以下优点：
1、采用复合型冷凝过滤系统对反应副产物进行处理，安全环保。
2、采用全方位、立体分布的多路进气通路，为产品制备提供了安全稳定的气场。
3、对加热部件进行模块化设计，炉温均匀性好；同时采用热电偶测温与红外线测温进行温度分区测量，测温精度高。
4、在密闭的箱体内进行产品烧结，有效防止过量碳气氛对反应的不良影响，并提高了反应气体的利用效率，保证产品质量。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种烧结装置，其特征在于，包括烧结炉(1)、真空系统(2)、进气系统(3)、过滤系统(4)，
所述烧结炉(1)用于容纳待烧结物料，并对物料进行加热烧结；
所述真空系统(2)与所述烧结炉(1)相连通，用于提供烧结炉(1)内的真空环境；
所述进气系统(3)与所述烧结炉(1)相连通，用于向所述烧结炉(1)内通入烧结反应所需的气体；
所述过滤系统(4)设置在所述烧结炉(1)与所述真空系统(2)之间，所述烧结炉(1)排出的气体，经所述过滤系统(4)过滤后再进入所述真空系统(2)中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述过滤系统(4)包括相连通的冷凝部件(41)、过滤部件(42)，所述烧结炉(1)排出的气体依次经过冷凝部件(41)、过滤部件(42)，再进入所述真空系统(2)中。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述过滤部件(42)设有多层过滤介质，所述多层过滤介质中至少一层的最小截留粒径与其他层的最小截留粒径不同。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述过滤部件(42)通过第一管路(43)与所述真空系统(2)相连通，所述冷凝部件(41)还设有与所述真空系统(2)直接连通的第二管路(44)，所述第一管路(43)、第二管路(44)分别设有阀门。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述烧结炉(1)包括炉体(11)，用于加热炉体(11)的加热部件(12)，用于检测炉体(11)内温度的测温部件(13)，所述炉体(11)包括炉壳、设置在炉壳内部的保温层，设置在保温层内部的烧结箱，所述加热部件(12)设置在所述烧结箱与所述保温层之间。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述测温部件(13)包括热电偶测温元件与红外测温元件。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述进气系统(3)设有用于提供脱脂气体的脱脂气源(31)、用于提供惰性气体的惰性气源(32)，所述脱脂气源(31)、惰性气源(32)分别通过管路与所述烧结炉(1)连通。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述惰性气源(32)通过常规管路、快充管路分别与所述烧结炉(1)相连通，所述常规管路、快充管路分别设有阀门。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述进气系统(3)还设有用于提供反应气体的反应气源(33)，所述反应气源(33)通过管路与所述烧结炉(1)连通。
10.根据权利要求1-4、6-9中任一项所述的装置，其特征在于，还设有快冷系统(5)，所述快冷系统(5)的进气管路、出气管路分别与所述烧结炉(1)相连通，用于对烧结炉(1)内产品进行快速冷却。
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