CN111745784A - 一种陶瓷样品超快成型热压机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷样品超快成型热压机，包括机箱，机箱上装有用于对原料混合物胚片进行热压成型的热压机构，热压机构包括上下分布的A加热件和B加热件，A加热件和B加热件相对的侧面为加热平面，两加热平面平行分布，B加热件固定安装，原料混合物胚片布置在B加热件的加热平面上，原料混合物胚片的下侧面和B加热件加热平面贴合，A加热件连接调节机构，调节机构用于调节A加热件的加热平面贴靠挤压原料混合物胚片上侧面，本发明结构稳定，布局合理，运行稳定，安全可靠，能够实现快速烧结成型陶瓷材料样品，成型质量好，满足了现在陶瓷材料的研究使用。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷加工领域，具体涉及一种陶瓷样品超快成型热压机。
背景技术
目前，陶瓷材料由于热稳定性好，机械强度高，化学稳定性好而成为一类重要的材料，具有广泛的用途。基于第一性原理方法的计算预测是加速新型材料发展以开发改良陶瓷的宝贵工具；然而，必须通过实验确认预测的材料属性。目前材料的筛选进程受到传统陶瓷烧结技术中烧结工艺时间长(20小时左右)，成分控制不佳，易挥发元素含量难以控制(Li,Pb,Na,K等)的限制。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种陶瓷样品超快成型热压机，包括机箱，机箱上装有用于对原料混合物胚片进行热压成型的热压机构，热压机构包括上下分布的A加热件和B加热件，A加热件和B加热件相对的侧面为加热平面，两加热平面平行分布，B加热件固定安装，原料混合物胚片布置在B加热件的加热平面上，原料混合物胚片的下侧面和B加热件加热平面贴合，A加热件连接调节机构，调节机构用于调节A加热件的加热平面贴靠挤压原料混合物胚片上侧面。
优选的：A加热件和B加热件为加热电阻材料制成的片状构件，A加热件和B加热件的分别连接向二者供电的电极。
优选的：A加热件和B加热件为钨片。
优选的：A加热件和B加热件为石墨片。
优选的：B加热件安装在隔热垫块上，隔热垫块固定安装在机箱上表面，A加热件安装在隔热压块上，隔热压块连接调节机构，调节机构用于向隔热压块施加向下的压力。
优选的：隔热垫块和隔热压块均为氧化铝材料制成的块状构件。
优选的：还包括密封罩，密封罩下端开口，机箱上表面设置有和密封罩罩口匹配的环形卡槽，隔热垫块布置在环形卡槽围合的区域内，密封罩罩在环形卡槽内时，密封罩和机箱上表面将隔热垫块、隔热压块、A加热件和B加热件围合在封闭的空间内，机箱上表面被环形卡槽围合的区域内开设有抽气口，抽气口通过负压管连接布置在机箱内的抽真空装置。
优选的：密封罩为石英材料或不锈钢材料制作的上端封口的管状构件。
优选的：调节机构为电动压力机，电动压力机安装在密封罩上，电动压力机用于对隔热压块施加向下的压力。
优选的：调节机构包括光轴，光轴轴向垂直加热平面，光轴穿过密封罩顶部，光轴沿着其轴向和密封罩构成滑动导向配合，光轴和密封罩配合处安装有密封组件，光轴下端固定在隔热压块上，光轴上端固接螺纹杆一端，螺纹杆沿着其轴向布置，螺纹杆上卡拆卸式装配有配重块。
优选的：密封罩上还装有用于检测原料混合物胚片温度的温度检测装置。
优选的：温度检测装置为红外线测温仪，红外线测温仪布置在密封罩外侧，红外线测温仪的探头指向原料混合物胚片，密封罩上对应红外线测温仪探头的位置开设有窗口，窗口上装有透明密封板。
本发明的技术效果和优点：本发明提出了一种超快高温烧结(UltrafastHigh-TemperatureSintering，UHS)工艺，此款超快成型热压机通过在惰性气氛下对原料混合物胚体片辐射加热，可在10s内制备结构致密，性能优良的陶瓷材料，与传统烧结方法明显划分的初期，中期，后期阶段不同，UHS烧结过程中，样品孔隙率和晶粒大小的变化并没有明显的阶段区分。UHS的快速烧结过程，可以有效抑制陶瓷组分中易挥发元素的损失；高的烧结温度可以保证陶瓷结构的致密性，合成出的陶瓷密度高达94％以上。填补了国内研究陶瓷材料制备工作的空白。
本发明相对于以往的热压机结构小，体重轻，各方面功能可以精确控制，特别适合用研究所和各大院校针对新型材料发展以开发改良陶瓷的的研究，同时带有加压和红外测量装置，为制备结构致密，性能优良的陶瓷材料的研究提供了更大的可能性。
本发明结构稳定，布局合理，运行稳定，安全可靠，能够实现快速烧结成型陶瓷材料样品，成型质量好，满足了现在陶瓷材料的研究使用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的正面结构示意图。
图3为本发明中A加热件和B加热件的放大结构示意图。
附图标记说明：100-机箱、110-环形卡槽、120-抽气口、200-热压机构、210-A加热件、220-B加热件、230-隔热压块、240-隔热垫块、250-电极、260-光轴、270-螺纹杆、280-配重块、300-密封罩、310-窗口、400-红外线测温仪、500-抽真空装置、600-原料混合物胚片。
具体实施方式
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。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
实施例1
参照图1-3，在本实施例中提出了一种陶瓷样品超快成型热压机，包括机箱100，机箱100上装有用于对原料混合物胚片600进行热压成型的热压机构200，热压机构包括上下分布的A加热件210和B加热件220，A加热件210和B加热件220相对的侧面为加热平面，两加热平面平行分布，B加热件220固定安装，原料混合物胚片600布置在B加热件220的加热平面上，原料混合物胚片600的下侧面和B加热件220加热平面贴合，A加热件210连接调节机构，调节机构用于调节A加热件210的加热平面贴靠挤压原料混合物胚片600上侧面。通过A加热件210和B加热件220的设置，实现对原料混合物胚片600两侧面进行加热加压，使得原料混合物胚片600能够快速烧结成型。
A加热件210和B加热件220为加热电阻材料制成的片状构件，A加热件210和B加热件220的分别连接向二者供电的电极250。通过加热电阻材料制成的片状的A加热件210和B加热件220，当向A加热件210和B加热件220供电时，二者快速升温，二者和原料混合物胚片600两侧面贴合，能够使得原料混合物胚片600快速升温，达到烧结温度。
A加热件210和B加热件220为钨片。钨片厚度可以选择0.1-0.5mm,同时钨片的耐温温度可到达3400℃，钨片发热效果高。
B加热件220安装在隔热垫块240上，隔热垫块240固定安装在机箱100上表面，A加热件210安装在隔热压块230上，隔热压块230连接调节机构，调节机构用于向隔热压块230施加向下的压力。隔热垫块240和隔热压块230均为氧化铝材料制成的块状构件。通过隔热垫块240和隔热压块230的设置，实现A加热件210和B加热件220的安装功能，通过氧化铝材料，隔热效果好。
还包括密封罩300，密封罩300下端开口，机箱100上表面设置有和密封罩300罩口匹配的环形卡槽110，隔热垫块240布置在环形卡槽110围合的区域内，密封罩300罩在环形卡槽110内时，密封罩300和机箱100上表面将隔热垫块240、隔热压块230、A加热件210和B加热件220围合在封闭的空间内，机箱100上表面被环形卡槽110围合的区域内开设有抽气口120，抽气口120通过负压管连接布置在机箱100内的抽真空装置500。通过密封罩300和抽真空装置500的设置，实现将围合的封闭区域抽真空的功能，避免原料混合物胚片600中元素被氧化。
密封罩300为石英材料或不锈钢材料制作的上端封口的管状构件。通过石英材料制作的密封罩300为玻璃罩，便于观察内部，不锈钢材料制作的密封罩300抗压能力较强，适用其内负压较大的情况。
调节机构包括光轴260，光轴260轴向垂直加热平面，光轴260穿过密封罩300顶部，光轴260沿着其轴向和密封罩300构成滑动导向配合，光轴260和密封罩300配合处安装有密封组件，光轴260下端固定在隔热压块230上，光轴260上端固接螺纹杆270一端，螺纹杆270沿着其轴向布置，螺纹杆270上卡拆卸式装配有配重块280。通过上述设置，可以根据需要施加的压力，选择对应重量的配重块280，操作简单，造价和使用成本较低。
密封罩300上还装有用于检测原料混合物胚片600温度的温度检测装置。
温度检测装置为红外线测温仪400，红外线测温仪400布置在密封罩300外侧，红外线测温仪400的探头指向原料混合物胚片600，密封罩300上对应红外线测温仪400探头的位置开设有窗口310，窗口310上装有透明密封板。听过红外线测温仪400，实现实时通过窗口测量样品表面的温度，测量精度高性能更稳定。
本发明在工作时，将通过原料混合物胚片600放置在隔热垫块240上的钨片上，然后将密封罩300罩在环形卡槽110内，隔热压块230上的钨片压在原料混合物胚片600上，在螺纹杆270上添加选定重量的配重块280，对原料混合物胚片600施加相应压力，然后启动抽真空装置500，先把密封罩300里面的真空度抽到要求的数值，关闭抽真空装置500，调整整体控制电路部分控制感应电源的仪表，控制电流大小，根据实际情况调整电流的大小，能够快速升温500-3000℃，钨片能够达到1秒上升100℃的加热速度，加热速度快，快速烧结过程，可以有效抑制陶瓷组分中易挥发元素的损失；高的烧结温度可以保证陶瓷结构的致密性，合成出的陶瓷密度高达94％以上。最后快速降温降至室温，即得到结构致密，性能优良的陶瓷样品。整个烧结过程在一分钟左右。制备样品过后，打开密封罩300，放在右侧支架上面，取出材料即可。
本发明提出了一种超快高温烧结(UltrafastHigh-TemperatureSintering，UHS)工艺，此款超快成型热压机通过在惰性气氛下对原料混合物胚体片辐射加热，可在10s内制备结构致密，性能优良的陶瓷材料，与传统烧结方法明显划分的初期，中期，后期阶段不同，UHS烧结过程中，样品孔隙率和晶粒大小的变化并没有明显的阶段区分。UHS的快速烧结过程，可以有效抑制陶瓷组分中易挥发元素的损失；高的烧结温度可以保证陶瓷结构的致密性，合成出的陶瓷密度高达94％以上。填补了国内研究陶瓷材料制备工作的空白。
本发明相对于以往的热压机结构小，体重轻，各方面功能可以精确控制，特别适合用研究所和各大院校针对新型材料发展以开发改良陶瓷的的研究，同时带有加压和红外测量装置，为制备结构致密，性能优良的陶瓷材料的研究提供了更大的可能性。
实施例2
本实施例和实施例1不同之处在于，A加热件210和B加热件220为石墨片，石墨片加热效果和加热速率较好。
实施例3
在本实施例和实施例1不同之处在于，调节机构为电动压力机，电动压力机安装在密封罩300上，电动压力机用于对隔热压块230施加向下的压力。通过电动压力机的设置，实现电动施压的功能，调节方便。
本发明结构稳定，布局合理，运行稳定，安全可靠，能够实现快速烧结成型陶瓷材料样品，成型质量好，满足了现在陶瓷材料的研究使用。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。
Claims (10)
1.一种陶瓷样品超快成型热压机，其特征在于：包括机箱(100)，机箱(100)上装有用于对原料混合物胚片(600)进行热压成型的热压机构(200)，热压机构包括上下分布的A加热件(210)和B加热件(220)，A加热件(210)和B加热件(220)相对的侧面为加热平面，两加热平面平行分布，B加热件(220)固定安装，原料混合物胚片(600)布置在B加热件(220)的加热平面上，原料混合物胚片(600)的下侧面和B加热件(220)加热平面贴合，A加热件(210)连接调节机构，调节机构用于调节A加热件(210)的加热平面贴靠挤压原料混合物胚片(600)上侧面。
2.根据权利要求1所述的陶瓷样品超快成型热压机，其特征在于：所述A加热件(210)和B加热件(220)为加热电阻材料制成的片状构件，A加热件(210)和B加热件(220)的分别连接向二者供电的电极(250)。
3.根据权利要求2所述的陶瓷样品超快成型热压机，其特征在于：所述A加热件(210)和B加热件(220)为钨片。
4.根据权利要求2所述的陶瓷样品超快成型热压机，其特征在于：所述A加热件(210)和B加热件(220)为石墨片。
5.根据权利要求1所述的陶瓷样品超快成型热压机，其特征在于：所述B加热件(220)安装在隔热垫块(240)上，隔热垫块(240)固定安装在机箱(100)上表面，A加热件(210)安装在隔热压块(230)上，隔热压块(230)连接调节机构，调节机构用于向隔热压块(230)施加向下的压力。
6.根据权利要求5所述的陶瓷样品超快成型热压机，其特征在于：所述隔热垫块(240)和隔热压块(230)均为氧化铝材料制成的块状构件。
7.根据权利要求5所述的陶瓷样品超快成型热压机，其特征在于：还包括密封罩(300)，密封罩(300)下端开口，机箱(100)上表面设置有和密封罩(300)罩口匹配的环形卡槽(110)，隔热垫块(240)布置在环形卡槽(110)围合的区域内，密封罩(300)罩在环形卡槽(110)内时，密封罩(300)和机箱(100)上表面将隔热垫块(240)、隔热压块(230)、A加热件(210)和B加热件(220)围合在封闭的空间内，机箱(100)上表面被环形卡槽(110)围合的区域内开设有抽气口(120)，抽气口(120)通过负压管连接布置在机箱(100)内的抽真空装置(500)。
8.根据权利要求7所述的陶瓷样品超快成型热压机，其特征在于：所述密封罩(300)为石英材料或不锈钢材料制作的上端封口的管状构件。
9.根据权利要求8所述的陶瓷样品超快成型热压机，其特征在于：所述调节机构为电动压力机，电动压力机安装在密封罩(300)上，电动压力机用于对隔热压块(230)施加向下的压力。
10.根据权利要求8所述的陶瓷样品超快成型热压机，其特征在于：还包括如下特征A-C中的一者或几者：
A：所述调节机构包括光轴(260)，光轴(260)轴向垂直加热平面，光轴(260)穿过密封罩(300)顶部，光轴(260)沿着其轴向和密封罩(300)构成滑动导向配合，光轴(260)和密封罩(300)配合处安装有密封组件，光轴(260)下端固定在隔热压块(230)上，光轴(260)上端固接螺纹杆(270)一端，螺纹杆(270)沿着其轴向布置，螺纹杆(270)上卡拆卸式装配有配重块(280)；
B：所述密封罩(300)上还装有用于检测原料混合物胚片(600)温度的温度检测装置；
C：所述温度检测装置为红外线测温仪(400)，红外线测温仪(400)布置在密封罩(300)外侧，红外线测温仪(400)的探头指向原料混合物胚片(600)，密封罩(300)上对应红外线测温仪(400)探头的位置开设有窗口(310)，窗口(310)上装有透明密封板。
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