CN113532115A - 一种温区均匀的陶瓷气凝胶高温气压烧结装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温区均匀的陶瓷气凝胶高温气压烧结装置，属于陶瓷气凝胶制备技术领域，包括炉体、电动机、连杆和叶片；所述炉体顶部开设有连杆能够穿过的孔，连杆伸入炉体的一端端部连接有叶片，连杆在炉体外的一端端部连接电动机；电动机能够带动连杆旋转；所述炉体外壁采用高压炉壁，紧贴高压炉壁设置有保温层，在炉体内腔中设有用于加热陶瓷气凝胶的发热体。这种可调控炉内温度和气氛的高温高压气压炉采用电机机械传动为动力，使连杆末端碳/碳复合叶片旋转，推动炉内气氛流动、保证了炉内温度的均匀性及密闭性。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷气凝胶制备技术领域，尤其涉及一种温区均匀的陶瓷气凝胶高温气压烧结装置。
背景技术
作为改变世界的十大新材料之一，气凝胶是世界上密度最小、重量最轻的固体，被誉为“固态烟”。气凝胶不管是在军事、航空航天、电子芯片制造，医药生产还是民用等领域都有极其广阔的应用。陶瓷气凝胶是由纳米颗粒或纳米线构筑多孔结构组成，具有独特的高温稳定性，常见的有SiC、SiO2、Al2O3和ZrO2等气凝胶。尽管陶瓷气凝胶材料的需求很大，但采用冷冻法生产出来的气凝胶不仅贵而且产量很小。西安交通大学研究团队采用高温气压烧结的方法(CN201811626203.6)可以解决气凝胶产量受限的问题。
然而，制备气凝胶所用的高温高压气氛烧结炉由于炉内空间很大，难以保证炉内工作区域温度和气压的均匀性，由于温区的不均匀性，导致大尺寸气凝胶结构不均匀，影响了其使用的稳定性。因此，研究者正致力于开发温区尽可能均匀的高温气压烧结炉。
目前，通常采用在炉内增加有限数量发热体来缓解温区差异过大的问题，但不可避免的降低了炉腔的有效使用空间，限制了大尺寸的陶瓷气凝胶的烧结制备。因此，如何同时保证高温气压烧结炉炉内温度、气氛的均匀性，以及炉内有效使用空间就成为了开发均匀的大尺寸异形陶瓷气凝胶亟待解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种温区均匀的陶瓷气凝胶高温气压烧装置，该装置能够保障制备陶瓷气凝胶的炉体的有效空间利用率，同时有效保证高温气压烧结炉炉内温度和气氛的均匀性。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种温区均匀的陶瓷气凝胶高温气压烧结装置，包括炉体、电动机、连杆和叶片；
所述炉体顶部开设有连杆能够穿过的孔，连杆伸入炉体的一端端部连接有叶片，连杆在炉体外的一端端部连接电动机；电动机能够带动连杆旋转；
所述炉体外壁采用高压炉壁，紧贴高压炉壁设置有保温层，在炉体内腔中设有用于加热陶瓷气凝胶的发热体。
优选地，还包括磁驱动旋转装置，该磁驱动旋转装置包括动力输入端和动力输出端，动力输入端固定在炉体外部的连杆上，动力输出端固定在炉体内部的连杆上，电动机能够驱动磁驱动旋转装置旋转，从而带动连杆旋转。
优选地，在炉体侧壁上设有测温热电偶。
优选地，在所述炉体内腔底部装配有用于盛放待加工陶瓷气凝胶的样品台。
优选地，所述叶片与旋转平面的夹角在-45°至45°可调。
优选地，所述连杆在炉体内的部分采用C-C复合材料制成。
优选地，所述叶片采用C-C复合材料制成。
优选地，在所述炉体底部装有用于为发热体供电的电极。
优选地，所述发热体设有两个，对称布置在炉体内腔两侧。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开的温区均匀的陶瓷气凝胶高温气压烧结装置，一方面通过设置连杆，连杆在炉体外的一端连接电动机，在炉体内的一端连接叶片，通过电动机旋转带动连杆旋转从而使叶片在炉体内部产生均匀绕流，推动炉内气氛流动，保证了炉内温度的均匀性；另一方面，炉体设有高压炉壁、保温层和发热体，内部发热体提供炉内热源，保温层维持炉内高温高压的环境，该设计使得炉内温区均匀并且保证足够的有效作业环境空间，从而有效的解决了炉体内部温度气氛均匀性的问题，为均匀制备大尺寸或者是异形陶瓷气凝胶提供了有效保障；。
进一步地，还可以采用磁驱动旋转装置，炉体外部电动机提供磁驱动旋转装置的驱动力，磁驱动旋转装置再将驱动力传输给炉内连杆旋转，实现炉体外部驱动力无缝传递到炉体内部，避免了炉内旋转与外界动力的直接接触，保证了高温高压烧结炉的密闭性，通过炉外旋转磁场驱动炉内叶片转动，实现高温高压烧结炉炉内温度和气氛的可控调节，进一步控制大尺寸、异形陶瓷气凝胶均匀性；利用磁驱动旋转装置使连杆末端的叶片旋转，推动炉内气氛流动、保证了炉内温度的均匀性。
进一步地，炉体侧壁中部设置一个测温热电偶，准确掌握炉内温度，有利于精准调控炉内温度。
进一步地，炉体内底部装配样品台，有利于盛放样品，且保证样品受温均匀。
进一步地，叶片与旋转平面角度可在-45°至45°调节，可实现气流在水平和垂直方向的调节。
进一步地，叶片和在炉体内部的连杆均采用C-C复合材料制造，C-C复合材料耐高温高压，高温下超高的力学性能可保证使用的安全性。
附图说明
图1为本发明方法的实施例1结构示意图；
图2为本发明方法的实施例2结构示意图。
其中：1-电动机；2-动力输入端；3-动力输出端；4-连杆；5-叶片；6-测温热电偶；7-发热体；8-保温层；9-高压炉壁；10-样品台；11-电极。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1
参见图1，一种温区均匀的陶瓷气凝胶高温气压烧结装置，包括炉体、电动机1、连杆4和叶片5；所述炉体顶部开设有连杆4能够穿过的孔，连杆4伸入炉体的一端端部连接有叶片5，连杆4在炉体外的一端端部连接电动机1；电动机1能够带动连杆4旋转；所述炉体外壁采用高压炉壁9，紧贴高压炉壁9设置有保温层8，在炉体内腔中设有用于加热陶瓷气凝胶的发热体7。
优选地，在炉体侧壁上设有测温热电偶6，能够实时测量炉体内的温度，准确掌握炉内温度有利于精准调控制备陶瓷气凝胶过程所需的温度。
优选地，在炉体内底部装配样品台10，有利于盛放样品，且保证样品受温均匀。
优选地，在所述炉体底部装有用于给发热体7供电的电极，进一步所述发热体7设置有两个，且两个发热体7对称布置能够有效保障提供均匀的热源。
工作原理：
电动机1转动带动连杆4转动，从而带动连杆4末端的叶片5转动，叶片转动能够搅动炉内气氛，从而促进炉内气体的对流，实现炉内各个区域温度和气氛均匀性的目的。
实施例2
参见图2，一种温区均匀的陶瓷气凝胶高温气压烧结装置，和实施例1不同的是还设置有磁驱动旋转装置，包括炉体、电动机1、磁驱动旋转装置、连杆4和叶片5；所述炉体顶部开设有连杆4能够穿过的孔，连杆4伸入炉体的一端端部连接有叶片5，连杆4在炉体外的一端端部连接电动机1；磁驱动旋转装置包括动力输入端2和动力输出端3，动力输入端2固定在炉体外部的连杆4上，动力输出端3固定在炉体内部的连杆4上，电动机1能够驱动磁驱动旋转装置旋转，从而带动连杆4旋转；所述炉体外壁采用高压炉壁9，紧贴高压炉壁9设置有保温层8，在炉体内腔中设有用于加热陶瓷气凝胶的发热体7。
优选地，在炉体侧壁上设有测温热电偶6，能够实时测量炉体内的温度，准确掌握炉内温度有利于精准调控制备陶瓷气凝胶过程所需的温度。
优选地，在炉体内底部装配样品台10，有利于盛放样品，且保证样品受温均匀。
优选地，在所述炉体底部装有用于给发热体6供电的电极11，电极11通过电缆线与发热体6相连，并为发热体提供电能。
进一步所述发热体6设置有两个，且两个发热体6对称布置能够有效保障提供均匀的热源。
工作原理：
电动机1转动时，利用磁驱动旋转装置将电动机1的动力由力-磁-力方式带动连杆4旋转，这样可保证炉腔的密闭性，保持炉内温度和压力稳定；连杆4末端的叶片5旋转时，可以通过搅动炉内气氛，从而促进炉内气体的对流，实现炉内各个区域温度和气氛均匀性的目的。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种温区均匀的陶瓷气凝胶高温气压烧结装置，其特征在于，包括炉体、电动机(1)、连杆(4)和叶片(5)；
所述炉体顶部开设有连杆(4)能够穿过的孔，连杆(4)伸入炉体的一端端部连接有叶片(5)，连杆(4)在炉体外的一端端部连接电动机(1)；电动机(1)能够带动连杆(4)旋转；
所述炉体外壁采用高压炉壁(9)，紧贴高压炉壁(9)设置有保温层(8)，在炉体内腔中设有用于加热陶瓷气凝胶的发热体(7)。
2.根据权利要求1所述的一种温区均匀的陶瓷气凝胶高温气压烧结装置，其特征在于，还包括磁驱动旋转装置，该磁驱动旋转装置包括动力输入端(2)和动力输出端(3)，动力输入端(2)固定在炉体外部的连杆(4)上，动力输出端(3)固定在炉体内部的连杆(4)上，电动机(1)能够驱动磁驱动旋转装置旋转，从而带动连杆(4)旋转。
3.根据权利要求1所述的一种温区均匀的陶瓷气凝胶高温气压烧结装置，其特征在于，在炉体侧壁上设有测温热电偶(6)。
4.根据权利要求1所述的一种温区均匀的陶瓷气凝胶高温气压烧结装置，其特征在于，在所述炉体内腔底部装配有用于盛放待加工陶瓷气凝胶的样品台(10)。
5.根据权利要求1所述的一种温区均匀的陶瓷气凝胶高温气压烧结装置，其特征在于，所述叶片(4)与旋转平面的夹角在-45°至45°可调。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的一种温区均匀的陶瓷气凝胶高温气压烧结装置，其特征在于，所述连杆(4)在炉体内的部分采用C-C复合材料制成。
7.根据权利要求1～5中任意一项所述的一种温区均匀的陶瓷气凝胶高温气压烧结装置，其特征在于，所述叶片(4)采用C-C复合材料制成。
8.根据权利要求1～5中任意一项所述的一种温区均匀的陶瓷气凝胶高温气压烧结装置，其特征在于，在所述炉体底部装有用于为发热体(7)供电的电极(10)。
9.根据权利要求1～5中任意一项所述的一种温区均匀的陶瓷气凝胶高温气压烧结装置，其特征在于，所述发热体(7)设有两个，对称布置在炉体内腔两侧。
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