CN110076342B - 一种高频振动辅助电流活化烧结炉 - Google Patents

一种高频振动辅助电流活化烧结炉 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高频振动辅助电流活化烧结炉,属于烧结装置的技术领域,包括炉体、真空泵、超声组件、加热组件和压紧组件;炉体的内壁环绕冷却水管,侧壁上设置有进水管、出水管、出气管阀以及真空管,进水管和出水管与冷却水管连通,真空管与所述真空泵连接;超声组件包括超声波换能器和变幅杆;加热组件包括第一导电板、第一电极、导向导电板、支撑滑板、第一液压油缸、导向压模板、第二导电板、第二导电板和第二液压油缸;压紧组件包括模具、模具下垫头和模具上压头。上述烧结炉提高了电流活化烧结炉的功能和烧结效果。

Description

一种高频振动辅助电流活化烧结炉
技术领域
本发明属于烧结装置的技术领域,特别是涉及一种高频振动辅助电流活化烧结炉。
背景技术
随着航空航天、核电军工、电子电工和汽车制造行业的迅速发展,高温材料、耐磨材料和超硬材料的应用越来越广泛。热压烧结方法是制备这些材料的主要方法,通过施加压力的同时,采用电阻丝进行加热,温度加热到接近材料的熔点,压制成块体材料。
然而,采用传统的热压烧结方法制备材料时,烧结温度时间长、温度高、升温速度慢、致密度低、材料性能差等缺点严重制约了材料的应用。粉末在烧结过程中,采用高频电流作为热源,高频电流通过模具直接作用于粉体上,在烧结压力的作用下,粉体颗粒之间的间隙逐渐减小,使得在高频电流产生焦耳热作用的同时,在粉体之间会产生尖端放电现象和等离子体现象,使得邻近粉体颗粒表面产生局部高温现象,有利于颗粒之间的界面结合,同时具有净化和活化颗粒表面的作用。
粉末颗粒的烧结属于固相烧结,烧结材料没有发生全部的融化,烧结成的块体材料内部容易产生气孔的缺陷,在高频电流为热源烧结的过程中,施加以高频振动的超声波,有利于烧结材料致密度的提高,同时超声波对材料作用会产生声流效应、声空化效应和声塑性效应,有利于破碎颗粒表面的氧化膜、加速粉体颗粒之间界面处的元素扩散,有利于颗粒之间的界面结合,同时超声波产生的摩擦热可以作为热源,对烧结材料进行加热,有利于烧结过程的进行。
因此,将高频电流作为加热的热源对烧结粉末材料之间进行加热,加热过程中辅助施加超声波可实现粉末材料快速、低温和高效率的烧结,烧结材料具有致密度高、性能优异等特点。目前尚未有将高频电流和超声波结合在一起的烧结设备,这一技术还在科学研究中。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术的状况,设计一种高频振动辅助电流活化烧结炉,采用机械、超声波辅助、电控相结合的设计,使烧结炉具有高频电流加热烧结、高频超声波振动、集成电路控制功能,以提高电流活化烧结炉的功能和烧结效果。
为实现上述目的,本发明提供一种高频振动辅助电流活化烧结炉,包括炉体、真空泵、超声组件、加热组件和压紧组件;炉体的内壁环绕冷却水管,侧壁上设置有进水管、出水管、出气管阀以及真空管,进水管和出水管与冷却水管连通,真空管与所述真空泵连接;超声组件包括设置在炉体的顶部外的超声波换能器以及与超声波换能器连接且伸入炉体内的变幅杆;加热组件包括设置在所述变幅杆上的第一导电板、穿过炉体与第一导电板连接的第一电极、与第一导电板连接且相对设置的两个导向导电板、横向滑动设置在两个导向导电板之间的支撑滑板、推动支撑滑板滑动的第一液压油缸、位于导向导电板下方的导向压模板、与导向压模板的底面连接的第二导电板、穿过炉体与第二导电板连接的第二电极以及推动导向压模板和第二导电板竖向移动的第二液压油缸;导向压模板的两端贯通,顶面设置模具槽;压紧组件包括模具、模具下垫头以及与支撑滑板固定连接的模具上压头;模具从导向压模板的模具槽穿入;模具下垫头的底面抵靠在导向压模板上,顶面穿入模具的孔内;模具上压头穿入模具的孔内,与模具内壁和模具下垫头围合成放置烧结材料的腔体。
进一步地,模具靠近底面的位置设置有压边台阶。
进一步地,超声波换能器通过法兰安装在炉体的顶部;第一导电板和法兰之间设置有第一绝缘板。
进一步地,第一液压油缸包括第一油缸缸体和第一活塞杆;第一油缸缸体通过第一缸体法兰固定在炉体的侧壁上;第一活塞杆伸入炉体内,与支撑滑板连接。
进一步地,第二液压油缸包括第二油缸缸体和第二活塞杆;第二油缸缸体通过第二缸体法兰固定在炉体的底面;第二活塞杆伸入炉体1内,顶端固定有支撑垫块;支撑垫块上设置有支撑板;支撑板上设置有第二绝缘板;第二导电板设置在所述第二绝缘板上。
进一步地,第一电极和第二电极与炉体之间设置有绝缘密封套。
进一步地,炉体的侧壁上设置有炉门。
进一步地,炉体底面设置有底座。
本发明的有益效果是:
本发明提供的高频振动辅助电流活化烧结炉与背景技术所述烧结方法相比,具有明显的先进性,是针对高温材料、耐磨材料和超硬材料在烧结制备过程中烧结温度高、时间长、致密度低、性能差等问题进行设计的,采用机械、超声波和电气相结合技术,上述烧结炉实现了高频脉冲电流为加热热源,加热过程中施加高频超声波,实现了金属材料、陶瓷材料和纳米材料高性能烧结,上述烧结炉设计先进,结构紧凑,安全稳定可靠,安装使用方便,是先进的高频振动辅助电流活化烧结炉。
附图说明
图1为本发明实施例提供的高频振动辅助电流活化烧结炉的主视图;
图2为图1所示高频振动辅助电流活化烧结炉A-A方向的剖视图;
图3为图2所示高频振动辅助电流活化烧结炉左视图;
图4为图1所示高频振动辅助电流活化烧结炉中模具的主视图;
图5为图4所示模具的俯视图。
图中:1-炉体;2-冷却水管;3-进水管;4-出水管;5-出气管阀;6-真空管;7-超声波换能器;8-变幅杆;9-第一导电板;10-第一电极;11-导向导电板;12-支撑滑板;13-导向压模板;14-第二导电板;15-第二电极;16-模具;16.1-压边台阶;17-模具下垫头;18-模具上压头;19-法兰;20-第一绝缘板;21.1-第一油缸缸体;21.2-第一活塞杆;21.3-第一缸体法兰;22.1-第二油缸缸体;22.2-第二活塞杆;22.3-第二缸体法兰;23-支撑垫块;24-支撑板;25-第二绝缘板;26-绝缘密封套;27-炉门;28-底座。
具体实施方式
本实施例提供一种高频振动辅助电流活化烧结炉,包括炉体1、真空泵、超声组件、加热组件和压紧组件;炉体1的内壁环绕冷却水管2,侧壁上设置有进水管3、出水管4、出气管阀5以及真空管6,进水管3和出水管4与冷却水管2连通,真空管6与所述真空泵连接;超声组件包括设置在炉体1的顶部外的超声波换能器7以及与超声波换能器7连接且伸入炉体1内的变幅杆8;加热组件包括设置在所述变幅杆8上的第一导电板9、穿过炉体1与第一导电板9连接的第一电极10、与第一导电板9连接且相对设置的两个导向导电板11、横向滑动设置在两个导向导电板11之间的支撑滑板12、推动支撑滑板12滑动的第一液压油缸、位于导向导电板11下方的导向压模板13、与导向压模板13的底面连接的第二导电板14、穿过炉体1与第二导电板14连接的第二电极15以及推动导向压模板13和第二导电板14竖向移动的第二液压油缸;导向压模板13的两端贯通,顶面设置模具槽;压紧组件包括模具16、模具下垫头17以及与支撑滑板12固定连接的模具上压头18;模具16从导向压模板13的模具槽穿入;模具下垫头17的底面抵靠在导向压模板13上,顶面穿入模具16的孔内;模具上压头18穿入模具16的孔内,与模具16内壁和模具下垫头17围合成放置烧结材料100的腔体。
其中,冷却水从进水管3流入冷却水管2,并从出水管4流出,形成冷却水循环;第一电极10、第一导电板9、导向导电板11、支撑滑板12、模具上压头18、模具下垫头17、导向压模板13、第二导电板14和第二电极15形成闭合回路,通过高频脉冲电源供电,对烧结材料100进行加热;超声波换能器7外接超声波发生系统。
以烧结碳化硼颗粒增强铝基复合材料为例阐述具体烧结过程,将模具下垫头17顶面穿入模具16的孔内,二者通过摩擦力连接,在模具下垫头17顶面放置混合好的碳化硼和铝合金的烧结粉末即烧结材料100,模具16从导向压模板13的模具槽穿入并与模具上压头18对中,开启第二液压油缸,推动导向压模板13和第二导电板14向上移动,使模具上压头18穿入模具16的孔内与模具下垫头17压紧对中,施加压力50Mpa,开启真空泵通过真空管6对炉体1内抽真空,通过控制柜设置烧结工艺参数:
第一阶段:室温~490 oC,升温时间10min,保温5min;
第二阶段:490 oC~600 oC,升温时间5min,保温2min,关闭电流;
第三阶段:施加超声波,超声时间30s;
第四阶段:关闭超声波,冷却至室温。
烧结工艺参数设置完成后,开启冷却循环系统,开启高频脉冲电流,开始对烧结材料100进行加热,待第二阶段完成后,开启第二液压油缸,带动导向压模板13和第二导电板14向下移动,将模具上压头18从模具16中退出,开启第二液压油缸,通过第二活塞杆将支撑滑板23和模具上压头22向后移动,开启第一液压油缸,推动支撑滑板12和模具上压头18偏离初始位置,开启第二液压油缸,推动导向压模板13和第二导电板14向上移动,使变幅杆8伸入模具16的孔内,开启超声波系统,施加超声波,完成第三阶段,进入到第四阶段,完成最终烧结。
其中,加热组件的烧结温度、超声波发生系统的开关以及液压油缸的开关均由控制箱内的集成电路板控制,由相关领域技术人员设计。上述烧结炉与背景技术所述烧结方法相比,具有明显的先进性,是针对高温材料、耐磨材料和超硬材料在烧结制备过程中烧结温度高、时间长、致密度低、性能差等问题进行设计的,采用机械、超声波和电气相结合技术,上述烧结炉实现了高频脉冲电流为加热热源,加热过程中施加高频超声波,实现了金属材料、陶瓷材料和纳米材料高性能烧结,上述烧结炉设计先进,结构紧凑,安全稳定可靠,安装使用方便,是先进的高频振动辅助电流活化烧结炉。
进一步地,模具16靠近底面的位置设置有压边台阶16.1,模具16从导向压模板13的模具槽穿入时,压边台阶16.1与导向压模板13的内侧面相贴,以保证模具上压头18从模具16中顺利退出,防止模具上压头18退出时将模具16一起从导向压模板13带出。
进一步地,超声波换能器7通过法兰19安装在炉体1的顶部;第一导电板9和法兰19之间设置有第一绝缘板20,起到绝缘作用。
进一步地,第一液压油缸包括第一油缸缸体21.1和第一活塞杆21.2;第一油缸缸体21.1通过第一缸体法兰21.3固定在炉体1的侧壁上;第一活塞杆21.2伸入炉体1内,与支撑滑板12连接。
进一步地,第二液压油缸包括第二油缸缸体22.1和第二活塞杆22.2;第二油缸缸体22.1通过第二缸体法兰22.3固定在炉体1的底面;第二活塞杆22.2伸入炉体1内,顶端固定有支撑垫块23;支撑垫块23上设置有支撑板24;支撑板24上设置有第二绝缘板25;第二导电板14设置在所述第二绝缘板25上。
进一步地,第一电极10和第二电极15与炉体1之间设置有绝缘密封套26,起到绝缘密封作用。
进一步地,炉体1的侧壁上设置有炉门27,用于取放模具16、模具下垫头17和烧结材料100。
进一步地,炉体1底面设置有底座28,用于支撑炉体1。炉体1为立式炉体。
以上仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种高频振动辅助电流活化烧结炉,其特征在于,包括炉体(1)、真空泵、超声组件、加热组件和压紧组件;
所述炉体(1)的内壁环绕冷却水管(2),侧壁上设置有进水管(3)、出水管(4)、出气管阀(5)以及真空管(6),进水管(3)和出水管(4)与冷却水管(2)连通,真空管(6)与所述真空泵连接;
所述超声组件包括设置在炉体(1)的顶部外的超声波换能器(7)以及与所述超声波换能器(7)连接且伸入炉体(1)内的变幅杆(8);
所述加热组件包括设置在所述变幅杆(8)上的第一导电板(9)、穿过炉体(1)与所述第一导电板(9)连接的第一电极(10)、与所述第一导电板(9)连接且相对设置的两个导向导电板(11)、横向滑动设置在两个导向导电板(11)之间的支撑滑板(12)、推动所述支撑滑板(12)滑动的第一液压油缸、位于所述导向导电板(11)下方的导向压模板(13)、与所述导向压模板(13)的底面连接的第二导电板(14)、穿过炉体(1)与所述第二导电板(14)连接的第二电极(15)以及推动导向压模板(13)和第二导电板(14)竖向移动的第二液压油缸;
所述导向压模板(13)的两端贯通,顶面设置模具槽;
所述压紧组件包括模具(16)、模具下垫头(17)以及与所述支撑滑板(12)固定连接的模具上压头(18);
所述模具(16)从导向压模板(13)的模具槽穿入;
所述模具下垫头(17)的底面抵靠在导向压模板(13)上,顶面穿入模具(16)的孔内;
所述模具上压头(18)穿入模具(16)的孔内,与模具(16)内壁和模具下垫头(17)围合成放置烧结材料(100)的腔体。
2.根据权利要求1所述的高频振动辅助电流活化烧结炉,其特征在于,所述模具(16)靠近底面的位置设置有压边台阶(16.1)。
3.根据权利要求1所述的高频振动辅助电流活化烧结炉,其特征在于,所述超声波换能器(7)通过法兰(19)安装在炉体(1)的顶部;
所述第一导电板(9)和法兰(19)之间设置有第一绝缘板(20)。
4.根据权利要求1所述的高频振动辅助电流活化烧结炉,其特征在于,所述第一液压油缸包括第一油缸缸体(21.1)和第一活塞杆(21.2);
所述第一油缸缸体(21.1)通过第一缸体法兰(21.3)固定在炉体(1)的侧壁上;
所述第一活塞杆(21.2)伸入炉体(1)内,与支撑滑板(12)连接。
5.根据权利要求1所述的高频振动辅助电流活化烧结炉,其特征在于,所述第二液压油缸包括第二油缸缸体(22.1)和第二活塞杆(22.2);
所述第二油缸缸体(22.1)通过第二缸体法兰(22.3)固定在炉体(1)的底面;
所述第二活塞杆(22.2)伸入炉体(1)内,顶端固定有支撑垫块(23);
所述支撑垫块(23)上设置有支撑板(24);
所述支撑板(24)上设置有第二绝缘板(25);
所述第二导电板(14)设置在所述第二绝缘板(25)上。
6.根据权利要求1所述的高频振动辅助电流活化烧结炉,其特征在于,所述第一电极(10)和第二电极(15)与炉体(1)之间设置有绝缘密封套(26)。
7.根据权利要求1所述的高频振动辅助电流活化烧结炉,其特征在于,所述炉体(1)的侧壁上设置有炉门(27)。
8.根据权利要求1所述的高频振动辅助电流活化烧结炉,其特征在于,所述炉体(1)底面设置有底座(28)。
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