CN116608678A - 一种真空烧结炉及其烧结方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种真空烧结炉及其烧结方法，涉及烧结设备领域。该真空烧结炉包括进气管、加热筒和容置筒；其中，加热筒套设于容置筒，加热筒呈环形结构，加热筒上形成有环形流动通道，环形流动通道内设置有加热块和隔离块，加热筒开设有进气口和出气口，进气管连通于进气口，进气口以及出气口均与环形流动通道连通，并且进气口和出气口分别位于隔离块的两侧；容置筒的内侧形成有烧结腔，容置筒开设有第二通孔，第二通孔连通于烧结腔和出气口之间。该真空烧结炉及其烧结方法可以在烧结作业过程中减少通入的低温气体容易与已经加热后的高温气体产生的碰撞，避免加热块遇冷增加能耗，确保炉内的气氛场稳定以及温度场的均匀。

Description

一种真空烧结炉及其烧结方法

技术领域

本发明涉及烧结设备领域，具体而言，涉及一种真空烧结炉及其烧结方法。

背景技术

真空烧结炉是指在真空环境中对被加热物品进行保护性烧结的炉子，被广泛应用于硬质合金和陶瓷等材料的工业生产当中。烧结炉的温度场和气氛场的均匀性是影响烧结产品质量的两个关键因素。

现有的烧结炉受装置结构影响，使得通入的气体极易产生温差，并且刚通入低温气体容易与已经加热后的高温气体产生碰撞，容易使加热块遇冷而增加能耗，还会导致炉内气氛场不稳定，并破坏炉内温度场均匀的现象。

发明内容

本发明提供了一种真空烧结炉及其烧结方法，其能够减少通入的低温气体容易与已经加热后的高温气体产生的碰撞，避免加热块遇冷增加能耗，确保炉内的气氛场稳定以及温度场的均匀。

本发明的实施例可以这样实现：

本发明的实施例提供了一种真空烧结炉，其包括：

进气管、加热筒和容置筒；

其中，加热筒套设于容置筒，加热筒呈环形结构，加热筒上形成有环形流动通道，环形流动通道内设置有加热块和隔离块，加热筒开设有进气口和出气口，进气管连通于进气口，进气口以及出气口均与环形流动通道连通，并且进气口和出气口分别位于隔离块的两侧；

容置筒的内侧形成有烧结腔，容置筒开设有第二通孔，第二通孔连通于烧结腔和出气口之间。

可选地，加热块的数量为至少两个，隔离块与相邻的两个加热块之间分别形成有进气腔和出气腔，进气口与进气腔连通，出气口与出气腔连通，相邻的两个加热块之间形成有流动腔，进气腔、流动腔以及出气腔依次连通形成环形流动通道。

可选地，进气腔的容积等于出气腔的容积等于流动腔的容积。

可选地，加热筒包括内环壁和外环壁，环形流动通道形成于内环壁以及外环壁之间，进气口开设于外环壁，出气口开设于内环壁，加热块以及隔离块均连接于内环壁和外环壁之间，加热块沿加热筒的环形方向贯穿设置有第一通孔。

可选地，第一通孔的数量为多个，多个第一通孔阵列设置。

可选地，真空烧结炉还包括活动板，活动板开设有第三通孔，活动板与容置筒滑动配合，以使第三通孔与第二通孔之间形成有调压流动通道，或者，使活动板封闭第二通孔。

可选地，调压流动通道朝向出气口设置。

可选地，活动板呈弧形，活动板的弧形内壁与容置筒的外壁接触。

可选地，真空烧结炉还包括保温筒，保温筒套设于加热筒，进气管贯穿保温筒设置。

本发明的实施例还提供了一种真空烧结炉的烧结方法，用于上述的真空烧结炉，包括以下步骤：

控制加热块加热至第一预设温度，对环形流动通道以及烧结腔进行抽真空作业；

控制进气管通过进气口向环形流动通道充入氩气，氩气沿环形流动通道流动的同时受热升温；

控制受热升温的氩气依次通过出气口和第二通孔进入烧结腔。

本发明实施例的真空烧结炉及真空烧结炉的烧结方法的有益效果包括，例如：

该真空烧结炉包括进气管、加热筒和容置筒；其中，加热筒套设于容置筒，加热筒呈环形结构，加热筒上形成有环形流动通道，环形流动通道内设置有加热块和隔离块，加热筒开设有进气口和出气口，进气管连通于进气口，进气口以及出气口均与环形流动通道连通，并且进气口和出气口分别位于隔离块的两侧；容置筒的内侧形成有烧结腔，容置筒开设有第二通孔，第二通孔连通于烧结腔和出气口之间。在烧结作业时，进气管可通过进气口想环形流动通道输送气体，并使气体沿环形流动通道单向流动，通过与加热块的接触进行升温，可以减少通入的低温气体容易与已经加热后的高温气体产生的碰撞，防止避免加热块遇冷增加能耗。并且，加热块可以对流经的气体均匀加热，经过加热后的气体再由出气口和第二通孔进入烧结腔，从而确保炉内气氛场的稳定以及温度场的均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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它相关的附图。

图1为本发明的实施例中提供的真空烧结炉的第一视角的结构示意图；

图2为本发明的实施例中提供的真空烧结炉的第二视角的结构示意图；

图3为本发明的实施例中提供的真空烧结炉的第三视角的结构示意图；

图4为本发明的实施例中提供的进气口的位置示意图；

图5为本发明的实施例中提供的出气口的位置示意图；

图6为本发明的实施例中提供的容置筒和活动板的第一视角的结构示意图；

图7为本发明的实施例中提供的容置筒和活动板的第二视角的结构示意图；

图8为图7中A-A的剖视示意图。

图标：100-真空烧结炉；110-进气管；120-加热筒；1201-进气口；1202-出气口；121-环形流动通道；1211-进气腔；1212-流动腔；1213-出气腔；122-加热块；1221-第一通孔；123-隔离块；128-内环壁；129-外环壁；130-容置筒；131-烧结腔；132-第二通孔；140-活动板；141-第三通孔；150-调压流动通道；160-保温筒。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

真空烧结炉是指在真空环境中对被加热物品进行保护性烧结的炉子，被广泛应用于硬质合金和陶瓷等材料的工业生产当中。烧结炉的温度场和气氛场的均匀性是影响烧结产品质量的两个关键因素。经过发明人研究发现，现有的烧结炉受装置结构影响，使得通入的气体极易产生温差，并且刚通入低温气体容易与已经加热后的高温气体产生碰撞，容易使加热块遇冷而增加能耗，还会导致炉内气氛场不稳定，并破坏炉内温度场均匀的现象。

请参考图1-图8，本发明的实施例中提供的真空烧结炉100及真空烧结炉100的烧结方法可以解决上述问题，接下来将对其进行详细的描述。

参考图1-图3，该真空烧结炉100包括进气管110、加热筒120和容置筒130；

其中，加热筒120套设于容置筒130，加热筒120呈环形结构，加热筒120上形成有环形流动通道121，环形流动通道121内设置有加热块122和隔离块123，加热筒120开设有进气口1201和出气口1202，进气管110连通于进气口1201，进气口1201以及出气口1202均与环形流动通道121连通，并且进气口1201和出气口1202分别位于隔离块123的两侧；容置筒130的内侧形成有烧结腔131，容置筒130开设有第二通孔132，第二通孔132连通于烧结腔131和出气口1202之间。

该真空烧结炉100在烧结作业时，进气管110可通过进气口1201想环形流动通道121输送气体，并使气体沿环形流动通道121单向流动，通过与加热块122的接触进行升温，可以减少通入的低温气体容易与已经加热后的高温气体产生的碰撞，防止避免加热块122遇冷增加能耗。并且，加热块122可以对流经的气体均匀加热，经过加热后的气体再由出气口1202和第二通孔132进入烧结腔131，从而确保炉内气氛场的稳定以及温度场的均匀。

该真空烧结炉100还包括炉门，当加热筒120和容置筒130为一端敞开的结构时，炉门用于对敞开的一端进行封闭，以确保整体真空烧结炉100的密封性；当加热筒120和容置筒130为两端敞开的结构时，炉门用于对敞开的两端分别进行封闭。当然了，加热筒120以及容置筒130可以分别独立连接有筒门结构，可以实现对加热筒120以及容置筒130独立进行密封封闭。

并且，容置筒130为石墨材质，其化学性质不活泼，具有耐腐蚀性，因此作为烧结作业容器。此外，通过将加热筒120设置为环形结构，便于形成环形流动通道121，有助于确保气体在流动过程中由足够的路径，从而方便将气体有序加热至合适温度。

参考图1-图5，加热块122的数量为至少两个，隔离块123与相邻的两个加热块122之间分别形成有进气腔1211和出气腔1213，进气口1201与进气腔1211连通，出气口1202与出气腔1213连通，相邻的两个加热块122之间形成有流动腔1212，进气腔1211、流动腔1212以及出气腔1213依次连通形成环形流动通道121。

上述技术方案中，隔离块123可以对环形流动通道121进行分隔，使得气体进入环形流动通道121后沿进气腔1211至流动腔1212至出气腔1213的方向进行单向流动，一方面避免新充入的气体在进气口1201与加热后的高温气体产生膨胀，另一方面可使气体有序流动均匀加热，进一步确保气氛场以及温度场的稳定性和均匀性。

值得注意的是，加热块122为实体结构，加热块122可以是实心的导热材质，通过外接动力源，从而进行发热；加热块122还可以是空心结构，其内部布置有电热丝，由电热丝进行发热，再由加热块122的侧壁进行传热。

参考图3，进气腔1211的容积等于出气腔1213的容积等于流动腔1212的容积。

上述技术方案中，使得各个腔体的容积相等，即加热块122以及隔离块123的设置间距一致，可以避免不同腔室内的气体的加热效率出现明显差异，从而确保温度场的均匀性。

本实施例中，加热块122的数量为九个，隔离块123的数量为一个，所有的加热块122以及隔离块123等距间隔设置。当然了，在本发明的其他实施例中，加热块122的具体设置数量还可以是二、三、六、十个等，其具体设置数量不作限定。

参考图1、图3和图5，加热筒120包括内环壁128和外环壁129，环形流动通道121形成于内环壁128以及外环壁129之间，进气口1201开设于外环壁129，出气口1202开设于内环壁128，加热块122以及隔离块123均连接于内环壁128和外环壁129之间，加热块122沿加热筒120的环形方向贯穿设置有第一通孔1221。

上述技术方案中，使得加热块122同时与内环壁128以及外环壁129连接，可分隔形成相邻的流动腔1212，并通过开设第一通孔1221，方便气体在相邻的流动腔1212之间流动，并使沿环形流动通道121流动的气体势必会与加热块122以及第一通孔1221接触，从而确保对气体的加热效率。

参考图5，第一通孔1221的数量为多个，多个第一通孔1221阵列设置。

上述技术方案中，通过阵列设置多个第一通孔1221，可以起到均流的作用，同时确保气体在相邻的流动腔1212之间的流动效率。

本实施例中，单个加热块122上的第一通孔1221呈两排多列设置，并且第一通孔1221的截面为圆形，可以避免存在棱角影响气体流动。

参考图3、图6和图8，真空烧结炉100还包括活动板140，活动板140开设有第三通孔141，活动板140与容置筒130滑动配合，以使第三通孔141与第二通孔132之间形成有调压流动通道150，或者，使活动板140封闭第二通孔132。

上述技术方案中，通过活动板140与容置筒130的相对滑动，带动第二通孔132与第三通孔141的重合面积发现变化。当第二通孔132与第三通孔141存在部分重合时，可以形成调压流动通道150，便于加热升温后的气体进入烧结腔131。可以调整二者的重合面积，使得调压流动通道150的通过尺寸发生变化，进而实现调压作用。当第二通孔132与第三通孔141不存在重合时，即活动板140封闭第二通孔132，调压流动通道150关闭，可以阻止加热升温后的气体进入烧结腔131。

参考图2和图3，调压流动通道150朝向出气口1202设置。

上述技术方案中，通过对调压流动通道150的设置方向进行限定，使得出气口1202流出的气体可以快速通过调压流动通道150进入烧结腔131。

当然了，在本发明的其他实施例中，调压流动通道150可以根据需要调整朝向。

参考图6，活动板140呈弧形，活动板140的弧形内壁与容置筒130的外壁接触。

上述技术方案中，可使活动板140紧贴于容置筒130的外壁，一方面避免第二通孔132与第三通孔141之间产生间隙导致流经的气体发生泄露；另一方面活动板140并未直接设置于烧结腔131内，可以充分确保烧结空间，并且便于活动板140与容置筒130的相对滑动。

值得注意的是，可以在容置筒130的外侧设置滑动驱动件，滑动驱动件与活动板140连接，用于带动活动板140相对于容置筒130进行滑动。

参考图1-图3，真空烧结炉100还包括保温筒160，保温筒160套设于加热筒120，进气管110贯穿保温筒160设置。

上述技术方案中，通过设置保温筒160，可以对加热筒120起到一定的保温作用，避免加热筒120内的热量发生泄露。

本发明的实施例还提供了一种真空烧结炉100的烧结方法，用于上述的真空烧结炉100，包括以下步骤：

S1：控制加热块122加热至第一预设温度，对环形流动通道121以及烧结腔131进行抽真空作业。具体地，第一预设温度的范围为575℃～625℃，优选为600℃；并且在抽真空之前，可以先通入氢气将炉内气体排出。

值得注意的是，通氢气是用于带走烧结腔131内的石蜡空气，因为粉末冶金是金属粉末与粘合剂融合在一起，然后再通过烧结工艺增强的力学性能。在高温高压的环境下蜡会蒸发，倘若就开始通入氢气，此时石蜡蒸汽就挥发的不完全。并且由于进气口1201在容置筒130的外侧，而用于收蜡的开口开设于容置筒130内，倘若直接抽真空的话，中间的气体需要通过渗透作用缓慢的移动，极大地影响了作业效率。

S2：控制进气管110通过进气口1201向环形流动通道121充入氩气，氩气沿环形流动通道121流动的同时受热升温。在充入氩气之前，可以继续加热至第二预设温度，第二预设温度的范围为1275℃～1325℃，优选为1300℃；充入氩气主要用于起到加压的作用。

值得注意的是，氩气属于惰性气体，主要用于在烧结过程中保护金属粉末不与氧气接触发生反应。

并且，第二预设温度与第一预设温度存在明显的温差，是因为在第一预设温度条件下，石蜡会在高温下分解为碳和氢气，分解的氢气会随着通入的氢气连通未分解的石蜡蒸汽一起被带走，而碳则作为金属粉末粘合剂被保留，高温高压的条件下可以提高金属粉末之间的粘合作用。

S3：控制受热升温的氩气依次通过出气口1202和第二通孔132进入烧结腔131。

值得注意的是，在充入氩气加压一段时间后，可以持续加热至第三预设温度，第三预设温度的范围为1425℃～1475℃，优选为1450℃；再保压降温一段时间，随后泄压降温一段时间，最后打开炉门便于空气进入进行快速降温。

并且，加热至第三预设温度的过程中碳对金属粉末的粘合反应会持续，直至最终保压降温使得金属粉末与粘合剂内部稳定粘合后，再打开炉门进行快速降温。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种真空烧结炉，其特征在于，包括：

进气管(110)、加热筒(120)和容置筒(130)；

其中，所述加热筒(120)套设于所述容置筒(130)，所述加热筒(120)呈环形结构，所述加热筒(120)上形成有环形流动通道(121)，所述环形流动通道(121)内设置有加热块(122)和隔离块(123)，所述加热筒(120)开设有进气口(1201)和出气口(1202)，所述进气管(110)连通于所述进气口(1201)，所述进气口(1201)以及所述出气口(1202)均与所述环形流动通道(121)连通，并且所述进气口(1201)和所述出气口(1202)分别位于所述隔离块(123)的两侧；

所述容置筒(130)的内侧形成有烧结腔(131)，所述容置筒(130)开设有第二通孔(132)，所述第二通孔(132)连通于所述烧结腔(131)和所述出气口(1202)之间。

2.根据权利要求1所述的真空烧结炉，其特征在于，所述加热块(122)的数量为至少两个，所述隔离块(123)与相邻的两个所述加热块(122)之间分别形成有进气腔(1211)和出气腔(1213)，所述进气口(1201)与所述进气腔(1211)连通，所述出气口(1202)与所述出气腔(1213)连通，相邻的两个所述加热块(122)之间形成有流动腔(1212)，所述进气腔(1211)、所述流动腔(1212)以及所述出气腔(1213)依次连通形成所述环形流动通道(121)。

3.根据权利要求2所述的真空烧结炉，其特征在于，所述进气腔(1211)的容积等于所述出气腔(1213)的容积等于所述流动腔(1212)的容积。

4.根据权利要求1所述的真空烧结炉，其特征在于，所述加热筒(120)包括内环壁(128)和外环壁(129)，所述环形流动通道(121)形成于所述内环壁(128)以及所述外环壁(129)之间，所述进气口(1201)开设于所述外环壁(129)，所述出气口(1202)开设于所述内环壁(128)，所述加热块(122)以及所述隔离块(123)均连接于所述内环壁(128)和所述外环壁(129)之间，所述加热块(122)沿所述加热筒(120)的环形方向贯穿设置有第一通孔(1221)。

5.根据权利要求4所述的真空烧结炉，其特征在于，所述第一通孔(1221)的数量为多个，多个第一通孔(1221)阵列设置。

6.根据权利要求1-5任一项所述的真空烧结炉，其特征在于，所述真空烧结炉还包括活动板(140)，所述活动板(140)开设有第三通孔(141)，所述活动板(140)与所述容置筒(130)滑动配合，以使所述第三通孔(141)与所述第二通孔(132)之间形成有调压流动通道(150)，或者，使所述活动板(140)封闭所述第二通孔(132)。

7.根据权利要求6所述的真空烧结炉，其特征在于，所述调压流动通道(150)朝向所述出气口(1202)设置。

8.根据权利要求6所述的真空烧结炉，其特征在于，所述活动板(140)呈弧形，所述活动板(140)的弧形内壁与所述容置筒(130)的外壁接触。

9.根据权利要求1-5任一项所述的真空烧结炉，其特征在于，所述真空烧结炉还包括保温筒(160)，所述保温筒(160)套设于所述加热筒(120)，所述进气管(110)贯穿所述保温筒(160)设置。

10.一种真空烧结炉的烧结方法，其特征在于，用于权利要求1-9任一项所述的真空烧结炉，包括以下步骤：

控制所述加热块(122)加热至第一预设温度，对所述环形流动通道(121)以及所述烧结腔(131)进行抽真空作业；

控制所述进气管(110)通过所述进气口(1201)向所述环形流动通道(121)充入氩气，所述氩气沿所述环形流动通道(121)流动的同时受热升温；

控制受热升温的氩气依次通过所述出气口(1202)和所述第二通孔(132)进入所述烧结腔(131)。