CN117259730A - 一种高温高压浸渗炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高温高压浸渗炉，包括：控制部件、炉体和用于封闭炉体开口的炉盖，物料坩埚的上侧开口且通过隔热层和物料盖封闭，发热体包括设置于隔热腔上部的第一发热体和设置于隔热腔下部的第二发热体；物料坩埚设置于隔热腔上部，第一发热体用于加热物料坩埚，熔剂坩埚设置于隔热腔下部，第二发热体用于加热熔剂坩埚，从而物料坩埚内的预制件与熔剂坩埚内的熔剂能够分别进行单独的温度处理，使预制件和熔剂分别处理成各自适宜的温度；熔剂坩埚环绕在物料坩埚外围时，熔剂坩埚内熔融的熔剂能够通过各个透液孔浸渗至收容于物料坩埚内的预制件表面孔隙。本发明提出的技术方案旨在解决现有的浸渗炉材料复合效果不佳的问题。
Description
技术领域
本发明涉及浸渗炉技术领域，具体涉及一种高温高压浸渗炉。
背景技术
随着工业的不断发展，特别是航天航空事业的发展，一种新型金属基复合材料应运而生，这种金属基复合材料是以金属或合金为基体，以金属或非金属材料、纤维、晶须或颗粒为增强相的混合物，相对于传统的金属材料来说，具有较高的比强度与比刚度；与树脂基复合材料相比，具有优良的导电性与耐热性；与陶瓷基材料相比，具有高韧性和高冲击性能。
这种金属基复合材料的生产过程中，浸渗炉是关键设备，浸渗炉的原理为：预制件在真空与高温条件下加热渗入剂，填充孔隙，然后再冷却固化完成。
现有技术中的浸渗炉的材料复合效果不佳。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种高温高压浸渗炉，旨在解决现有的浸渗炉材料复合效果不佳的问题。
为实现上述目的，本发明提出的高温高压浸渗炉，包括：控制部件、炉体和用于封闭炉体开口的炉盖，所述炉体的内部空间设置有隔热层，隔热层在所述炉体的内部空间环绕形成隔热腔；
所述隔热腔内收容有物料坩埚、熔剂坩埚和发热体；所述发热体用于对所述隔热腔内进行加热；所述物料坩埚的上侧开口且通过所述隔热层和物料盖封闭，所述发热体包括设置于隔热腔上部的第一发热体和设置于隔热腔下部的第二发热体；所述物料坩埚设置于隔热腔上部，所述第一发热体用于加热所述物料坩埚，所述熔剂坩埚设置于隔热腔下部，所述第二发热体用于加热所述熔剂坩埚，从而所述物料坩埚内的预制件与所述熔剂坩埚内的熔剂能够分别进行单独的温度处理，使预制件和熔剂分别处理成各自适宜的温度；所述物料坩埚与所述熔剂坩埚的至少一者能够升降，所述物料坩埚的壁面形成有多个用于渗透熔剂的透液孔，以使所述熔剂坩埚环绕在所述物料坩埚外围时，熔剂坩埚内熔融的熔剂能够通过各个所述透液孔浸渗至收容于所述物料坩埚内的预制件表面孔隙；
所述控制部件用于：
控制所述第一发热体将所述物料坩埚加热至第一设定温度，并控制所述第二发热体将所述熔剂坩埚加热至第二设定温度，第二设定温度小于熔剂物料的汽化温度，第二设定温度小于第一设定温度；
控制所述第一发热体下调加热温度，以将所述物料坩埚内的预制件降温至第三设定温度，第三设定温度小于熔剂物料的汽化温度；
调整所述物料坩埚与所述熔剂坩埚的相对高度，以使所述熔剂坩埚环绕在所述物料坩埚外围进行浸渗；
其中，所述第一设定温度按照如下方式确定：根据预制件在不同温度下的孔隙膨胀率，并根据不同温度下熔剂填充至预制件的孔隙时的界面反应程度，确定温度与浸渗效果的映射关系；根据温度与浸渗效果的映射关系，确定第一设定温度；
所述第二设定温度按照如下方式确定：获取熔剂物质的汽化温度；获取熔剂物质的流动性能与温度的关联关系，将汽化温度以下的流动性能最佳的温度，确定为第二预设温度；
所述第三设定温度按照如下方式确定：将不超过所述熔剂的汽化温度的温度值，确定为所述第三设定温度。
优选地，所述炉体内还设置有托举装置和支撑装置，所述托举装置在所述隔热腔内用于托举所述熔剂坩埚；所述支撑装置的一端穿入所述隔热层并连接至所述托举装置，所述支撑装置的另一端在所述隔热腔外部用于与提升装置连接，以通过所述提升装置实现所述熔剂坩埚的升降。
优选地，所述支撑装置的背离所述托举装置的一端设置有导热装置。
优选地，所述提升装置一端伸入所述炉体内以用于连通所述导热装置内的导热空间，所述提升装置的另一端伸出所述炉体，并与提升部件连接，所述提升装置的另一端设置有进出水口，以通过所述提升装置向所述导热装置送入和送出冷却水。
优选地，所述提升装置的背离所述物料坩埚的一端连接有压力传感器，所述压力传感器用于检测所述熔剂坩埚的受力状态。
优选地，所述提升装置穿出所述炉体的位置设置有高压端面密封部件，所述高压端面密封部件用于在所述提升装置提升到设定位置时，闭合所述提升装置穿出所述炉体的位置。
优选地，所述炉体还设置有电极口，以通过所述电极口对所述浸渗炉内的所述发热体送电加热。
优选地，所述炉体还设置有高压隔离阀，以通过所述高压隔离阀对所述内部空间抽真空。
优选地，所述控制部件还用于：
在所述炉体输入设定压力工艺气体，使得炉内压力达到设定压力值，从而所述熔剂坩埚内熔融的熔剂在压力下，能够通过各个所述透液孔浸渗至收容于所述物料坩埚内的预制件表面孔隙；
浸渗完成后，释放所述炉体内部的设定压力工艺气体，使所述物料坩埚与所述熔剂坩埚分离；
停止所述炉体内部的加热，使得浸渗后的所述预制件在常压下冷凝。
优选地，采用如下方式确定第一设定温度：
；
；
；
；
；
；
其中，T为第一设定温度的取值集合，为集合T中的第i个温度值，小于预制件的沸点，，I为第一设定温度的取值集合中的温度值数量；Y为第一设定温度的取值集合中的每个温度值对应的浸渗率评定参数的集合，为集合T中的第i个温度值对应的浸渗率评定参数；
代表集合Y中的元素与集合T中的元素的映射关系函数，其中，集合Y中的元素映射至集合T中的元素；
为热膨胀系数对应的温度影响因子；为集合T中的第i个温度值对应的预制件热膨胀系数，为设定的基础温度对应的预制件热膨胀系数，为界面反应对应的温度影响因子，为集合T中的第i个温度值对应的预制件与熔剂的界面反应程度，为设定的基础温度对应的预制件与熔剂的界面反应程度；第一影响因子为，第二影响因子为；
为第一设定温度，为集合Y中的最大浸渗率评定参数，为最大浸渗率评定参数对应的温度值；
采用如下方式确定第二设定温度：
；
；
；
；
；
其中，为第二设定温度的取值集合，为集合中的第j个温度值，小于熔剂的汽化温度，，J为第二设定温度的取值集合中的温度值数量；F为第二设定温度的取值集合中的每个温度值对应的熔剂流动性能参数的集合，为集合中的第j个温度值对应的熔剂流动性能参数；
代表集合F中的元素与集合中的元素的映射关系函数，其中，集合F中的元素映射至集合中的元素；
为第二设定温度，为集合F中的最大熔剂流动性能参数，为最大熔剂流动性能参数对应的温度值；
采用如下方式确定第三设定温度：
；
；
；
；
；
；
其中，为第三设定温度的取值集合，为集合中的第m个温度值，不超过熔剂的汽化温度，，M为第三设定温度的取值集合中的温度值数量；为第三设定温度的取值集合中的每个温度值对应的浸渗率评定参数的集合，为集合中的第m个温度值对应的浸渗率评定参数；
代表集合中的元素与集合中的元素的映射关系函数，其中，集合中的元素映射至集合中的元素；
为集合中的第m个温度值对应的预制件热膨胀系数，为集合中的第m个温度值对应的预制件与熔剂的界面反应程度；
为第三设定温度，为集合中的最大浸渗率评定参数，为最大浸渗率评定参数对应的温度值。
本发明的技术方案中，物料坩埚和熔剂坩埚都收容在炉体内，且物料坩埚通过隔热层和物料盖封闭，所述物料坩埚设置于隔热腔上部，所述第一发热体用于加热所述物料坩埚，所述熔剂坩埚设置于隔热腔下部，所述第二发热体用于加热所述熔剂坩埚，从而所述物料坩埚内的预制件与所述熔剂坩埚内的熔剂能够分别进行单独的温度处理，使预制件和熔剂分别处理成各自适宜的温度；从而，有利于根据物料坩埚内的预制件受热后最佳浸渗条件确定预制件的预热温度，即第一设定温度；并且，还能根据熔剂坩埚内的熔剂的受热后最佳浸渗条件确定熔剂温度，即第二设定温度，在预制件和熔剂分别达到各自的最佳浸渗条件后，再对预制件降温至第三设定温度，再将物料坩埚和熔剂坩埚的相对高度进行改变，以使熔剂坩埚环绕在物料坩埚外围时，熔剂坩埚内熔融的熔剂能够通过各个所述透液孔浸渗至收容于物料坩埚内的预制件表面孔隙；从而有利于解决现有的浸渗炉材料复合效果不佳的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明高温高压浸渗炉一实施例的结构示意图。
附图标号说明：
1-炉盖；2-物料盖；3-发热体；31-第一发热体；32-第二发热体；4-隔热层；5-电极口；6-炉体；7-高压端面密封部件；8-压力传感器；9-提升部件；10-进出水口；11-提升装置；12-密封帽；13-黄铜套；14-导热装置；15-支撑装置；16-高压隔离阀；17-托举装置；18-熔剂坩埚；19-物料坩埚；20-炉门锁环；21-透液孔。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为实现上述目的，本发明提出的高温高压浸渗炉包括：控制部件、炉体6和用于封闭炉体6开口的炉盖1，所述炉体6的内部空间设置有隔热层4，隔热层4在所述炉体6的内部空间环绕形成隔热腔；
所述隔热腔内收容有物料坩埚19、熔剂坩埚18和发热体3；所述发热体3用于对所述隔热腔内进行加热；所述物料坩埚19的上侧开口且通过所述隔热层4和物料盖2封闭，所述发热体3包括设置于隔热腔上部的第一发热体31和设置于隔热腔下部的第二发热体32；所述物料坩埚19设置于隔热腔上部，所述第一发热体31用于加热所述物料坩埚19，所述熔剂坩埚18设置于隔热腔下部，所述第二发热体32用于加热所述熔剂坩埚18，从而所述物料坩埚19内的预制件与所述熔剂坩埚18内的熔剂能够分别进行单独的温度处理，使预制件和熔剂分别处理成各自适宜的温度；所述物料坩埚19下方设置有所述熔剂坩埚18；所述物料坩埚19与所述熔剂坩埚18的至少一者能够升降，所述物料坩埚19的壁面形成有多个用于渗透熔剂的透液孔21，以使所述熔剂坩埚18环绕在所述物料坩埚19外围时，熔剂坩埚18内熔融的熔剂能够通过各个所述透液孔21浸渗至收容于所述物料坩埚19内的预制件表面孔隙。
所述控制部件用于：
控制所述第一发热体31将所述物料坩埚19加热至第一设定温度，并控制所述第二发热体32将所述熔剂坩埚18加热至第二设定温度，第二设定温度小于熔剂物料的汽化温度，第二设定温度小于第一设定温度；
控制所述第一发热体31下调加热温度，以将所述物料坩埚19内的预制件降温至第三设定温度，第三设定温度小于熔剂物料的汽化温度；
调整所述物料坩埚19与所述熔剂坩埚18的相对高度，以使所述熔剂坩埚18环绕在所述物料坩埚19外围进行浸渗；
其中，所述第一设定温度按照如下方式确定：根据预制件在不同温度下的孔隙膨胀率，并根据不同温度下熔剂填充至预制件的孔隙时的界面反应程度，确定温度与浸渗效果的映射关系；根据温度与浸渗效果的映射关系，确定第一设定温度；
所述第二设定温度按照如下方式确定：获取熔剂物质的汽化温度；获取熔剂物质的流动性能与温度的关联关系，将汽化温度以下的流动性能最佳的温度，确定为第二预设温度；
所述第三设定温度按照如下方式确定：将不超过所述熔剂的汽化温度的温度值，确定为所述第三设定温度。
本发明的技术方案中，物料坩埚19和熔剂坩埚18都收容在炉体6内，且物料坩埚19通过隔热层4和物料盖2封闭，所述物料坩埚19设置于隔热腔上部，所述第一发热体31用于加热所述物料坩埚19，所述熔剂坩埚18设置于隔热腔下部，所述第二发热体32用于加热所述熔剂坩埚18，从而所述物料坩埚19内的预制件与所述熔剂坩埚18内的熔剂能够分别进行单独的温度处理，使预制件和熔剂分别处理成各自适宜的温度；从而，有利于根据物料坩埚19内的预制件受热后最佳浸渗条件确定预制件的预热温度，即第一设定温度，并且，还能根据熔剂坩埚18内的熔剂的受热后最佳浸渗条件确定熔剂温度，即第二设定温度；在预制件和熔剂分别达到各自的最佳浸渗条件后，再对预制件降温至第三设定温度，再将物料坩埚19和熔剂坩埚18的相对高度进行改变，以使熔剂坩埚18环绕在物料坩埚19外围时，熔剂坩埚18内熔融的熔剂能够通过各个所述透液孔21浸渗至收容于物料坩埚19内的预制件表面孔隙；从而有利于解决现有的浸渗炉材料复合效果不佳的问题。
进一步的，作为本发明技术方案的进一步优化，还可以在物料坩埚19和熔剂坩埚18之间设置隔热结构，隔热结构设置有可以封闭和打开的封闭结构，封闭结构封闭时，使第一发热体31在封闭空间内单独加热物料坩埚19，并使第二发热体32在另一封闭空间内单独加热熔剂坩埚18，使得物料坩埚19和熔剂坩埚18在炉体6内分别形成一个单独的隔热腔体，温度可以单独管控，不受对方的加热影响。
封闭结构打开时，物料坩埚19和熔剂坩埚18可以通过升降靠近，从而进行浸渗。
具体的，本发明中的预制件可以具体为待复合的硅碳基材料，熔剂根据不同的复合材料种类的要求，可以选择金属铝、镁、钛、镍、铜及其合金作为熔剂材料，并且将多种熔剂材料按重量体积比置于熔剂坩埚18内。
为了更好地达到以金属铝、镁、钛、镍、铜及其合金为基体与其他金属或非金属的复合，以非金属硅、碳为基体与其他金属、非金属为增强相的硅、碳基复合而形成的硅碳基复合材料，本发明研发了国内首台套用于工业化生产的高温高压浸渗炉。
在现有技术的方案中，浸渗炉中的物料坩埚19和熔剂坩埚18都采用敞口，因此，在浸渗炉内，两者内部的温度都相同。但这种方式的缺陷在于，只能将物料坩埚19内的预制件和熔剂坩埚18内的熔剂保持同一温度，所以采用的加热温度受局限，不能达到预制件预处理和熔剂熔化分别对应的最佳温度。
本发明克服了现有浸渗技术中物料坩埚19和熔剂坩埚18温度一致的传统方案思维限制，将物料坩埚19和物料坩埚18分别进行不同的温度处理，能将物料坩埚19内的温度保持在预制件预处理的最佳温度，将熔剂坩埚18内的熔剂也加热至最佳温度，即可实现预制件与熔剂材料复合的效果提升。
进一步的，物料坩埚19设置于熔剂坩埚18上方，隔热层4在物料坩埚19和熔剂坩埚18外围环绕形成隔热腔，而第一发热体31可以在隔热腔与物料坩埚19之间的空间间隔设置，而第二发热体32可以在隔热腔与熔剂坩埚18之间的空间间隔设置。隔热腔的顶部开口，物料盖2盖设在隔热腔的顶部，以封闭隔热腔的顶部开口和物料坩埚19的敞口。物料盖2的上方设置炉盖1。炉盖1与炉体6之间通过炉门锁环20锁扣，达到封闭炉体6的效果。物料坩埚19可以固定在炉壁上，具体的，托板从炉壁伸入隔热腔内，托板采用碳碳材料，利用托板托起物料坩埚19，具体的，可以利用螺栓将多块碳碳材料的托板固定在炉壁上。具体的，本发明中的物料坩埚19与熔剂坩埚18分别采用石墨坩埚。
调整物料坩埚19与熔剂坩埚18的相对高度，可以采用两种方式：下降物料坩埚19，或者是提升熔剂坩埚18。两种方案都属于本发明的保护范围之内。
优选地，所述炉体6内还设置有托举装置17和支撑装置15，所述托举装置17在所述隔热腔内用于托举所述熔剂坩埚18；所述支撑装置15的一端穿入所述隔热层4并连接至所述托举装置17，所述支撑装置15的另一端在所述隔热腔外部用于与提升装置11连接，以通过所述提升装置11实现所述熔剂坩埚18的升降。
具体的，托举装置17和支撑装置15采用导热材料，有利于对托举装置17和支撑装置15进行热交换。具体的，托举装置17可以采用石墨托盘，支撑装置15可以采用石墨支撑柱，石墨的导热性能良好。支撑装置15可以设置至少两根石墨支撑柱，每一石墨支撑柱间隔设置，以支撑于石墨托盘的底部不同支撑点。
优选地，所述支撑装置15的背离所述托举装置17的一端设置有导热装置14。
具体的，导热装置14可以采用水冷金属托盘，水冷金属托盘内可以容纳冷却水，对支撑装置15的背离所述托举装置17的一端形成水冷效果。
优选地，所述提升装置11一端伸入所述炉体6内以用于连通所述导热装置14内的导热空间，所述提升装置11的另一端伸出所述炉体6，并与提升部件9连接，所述提升装置11的另一端设置有进出水口10，以通过所述提升装置11向所述导热装置14送入和送出冷却水。
提升部件9用于调整物料坩埚19与熔剂坩埚18的相对高度，在本实施例中，优选采用提升部件9调整熔剂坩埚18的高度，以使熔剂坩埚18可以上升至环绕在物料坩埚19的外围。
提升装置11的进出水口10包括进水口与出水口，进水口与提升装置11内部的进水管连通，以向导热装置14内送入水，出水口与提升装置11内部的出水管连通，以将导热装置14内的水导出，以达到换热效果。
提升部件9可以具体为止旋提升装置11。
优选地，所述提升装置11的背离所述物料坩埚19的一端连接有压力传感器8，所述压力传感器8用于检测所述熔剂坩埚18的受力状态。
压力传感器8检测熔剂坩埚18的受力状态，以确定熔剂坩埚18是否托举到与物料坩埚19接触的位置，从而控制提升部件9的提升动作停止。
优选地，所述提升装置11穿出所述炉体6的位置设置有高压端面密封部件7，所述高压端面密封部件7用于在所述提升装置11提升到设定位置时，闭合所述提升装置11穿出所述炉体6的位置。
设定位置指的是熔剂坩埚18与物料坩埚19接触的位置，当达到设定位置时，浸渗过程开始，此时，闭合所述提升装置11穿出所述炉体6的位置，向浸渗炉内充入给定工艺气体。
需要重点介绍的是，本发明的浸渗工艺与现有技术中的浸渗工艺在压力控制上完全不同，现有技术中的浸渗过程是在真空下进行，具体操作为：预制件在真空与高温条件下加热渗入剂，填充孔隙，然后再冷却固化完成。本发明中，向在炉内抽真空，真空达到设置状态后，对炉内充入给定工艺气体，直至压强达到设定值。从而，本发明的浸渗过程在压力状态下进行，较大的压力可以加强熔剂（金属液体）对预制件（待复合材料）的浸渗，以提升材料复合效果。
进一步的，高压端面密封部件7还设置有密封帽12。
提升装置11可以具体为托举轴。提升装置11通过黄铜套13与炉体6连接。
优选地，所述炉体6还设置有电极口5，以通过所述电极口5对所述浸渗炉内的所述发热体3送电加热。具体的，电极口包括第一电极口和第二电极口，第一电极口用于对第一发热体31送电发热，第二电极口用于对第二发热体32送电发热。
具体的，电极口5设置于隔热腔外部。
优选地，所述炉体6还设置有高压隔离阀16，以通过所述高压隔离阀16对所述内部空间抽真空。
具体的，高压隔离阀16也设置于隔热腔外部，且电极口5和高压隔离阀16可以分布在炉体6的相对两侧，电极口5与高压隔离阀16之间设置支撑装置15和导热装置14。
优选地，所述控制部件还用于：
在所述炉体6输入设定压力工艺气体，使得炉内压力达到设定压力值，从而所述熔剂坩埚18内熔融的熔剂在压力下，能够通过各个所述透液孔21浸渗至收容于所述物料坩埚19内的预制件表面孔隙；
浸渗完成后，释放所述炉体6内部的设定压力工艺气体，使所述物料坩埚19与所述熔剂坩埚18分离；
停止所述炉体6内部的加热，使得浸渗后的所述预制件在常压下冷凝。
具体的，本发明中，预制件在物料坩埚19中加热至第一设定温度，可以将预制件的孔隙膨胀率调整到良好，并且第一设定温度下还可以保持预制件进行浸渗填充时的界面反应效应较小，所以，所述第一设定温度由预制件的孔隙膨胀率和预制件熔剂填充的界面反应效应共同确定的温度。
并且，本发明还将熔剂物料在熔剂坩埚18中加热至第二设定温度，第二设定温度是根据熔剂物料熔融状态下的流动性能最佳的温度确定。
从而，预制件在第一设定温度具有良好的孔隙膨胀率和较低的界面反应效应，达到良好的预热条件，而熔剂也达到了良好的流动性能，此时，两者都为材料复合做了良好的温度准备。
容易理解，在两者都具有良好的温度准备条件下，预制件仍保持固态，而熔剂是液态，容易理解，本发明提供的预制件的第一设定温度，也许会高于第二设定温度，因此，为了避免浸渗过程中熔剂挥发，从而在熔剂坩埚18与物料坩埚19相对高度改变之前，需要将预制件降温至第三设定温度。
优选地，在浸渗过程开始前，应采用高压隔离器对炉内抽真空，直至真空达到设定状态后，对炉内充入给定工艺气体，以实现压力下浸渗。
进一步的，本发明与现有技术的另一区别在于，现有技术中在真空浸渗完成后，还将采用压力下冷凝的方式，将熔剂材料在预制件表面孔隙冷却。而本发明的技术方案中，在保护气氛的压力下浸渗完成后，会释放炉内压力，使得熔剂材料在预制件表面孔隙冷却的过程，在常压下进行。
本发明采用常压冷凝的优势在于：现有技术中的压力冷凝下降温更快，导致熔剂还没在浸渍温度下达到良好浸渍就降温了，因此浸渍效果不好，材料复合效果不好。本发明采用常温冷凝，温度下降慢，有利于充分浸渍，达到更优的浸渍效果与材料复合效果。
优选地，所述第一设定温度按照如下方式确定：
根据预制件在不同温度下的孔隙膨胀率，确定第一影响因子；
根据不同温度下熔剂填充至预制件的孔隙时的界面反应程度，确定第二影响因子；
根据第一影响因子和第二影响因子，确定温度与浸渗效果的映射关系；
根据温度与浸渗效果的映射关系，确定第一设定温度。
本发明中，将预制件和熔剂设置成两种温度处理方式。为了使两者在温度处理过程中，都能对材料复合效果产生提升作用，本发明在预制件的预热温度，和熔剂的加热温度上，都做了特殊的考虑。
容易理解，在具体的浸渗过程中，可以单独考虑采用第一设定温度来优化对预制件的预热，也可以单独考虑采用第二设定温度来优化对熔剂的加热、或者叠加使用第一设定温度来优化对预制件的预热和第二设定温度来优化对熔剂的加热。
具体的，采用如下方式确定第一设定温度：
；
；
；
；
；
；
其中，T为第一设定温度的取值集合，为集合T中的第i个温度值，小于预制件的沸点，，I为第一设定温度的取值集合中的温度值数量；Y为第一设定温度的取值集合中的每个温度值对应的浸渗率评定参数的集合，为集合T中的第i个温度值对应的浸渗率评定参数；
代表集合Y中的元素与集合T中的元素的映射关系函数，其中，集合Y中的元素映射至集合T中的元素；
为热膨胀系数对应的温度影响因子；为集合T中的第i个温度值对应的预制件热膨胀系数，为设定的基础温度对应的预制件热膨胀系数，为界面反应对应的温度影响因子，为集合T中的第i个温度值对应的预制件与熔剂的界面反应程度，为设定的基础温度对应的预制件与熔剂的界面反应程度；第一影响因子为，第二影响因子为；
为第一设定温度，为集合Y中的最大浸渗率评定参数，为最大浸渗率评定参数对应的温度值；
采用如下方式确定第二设定温度：
；
；
；
；
；
其中，为第二设定温度的取值集合，为集合中的第j个温度值，小于熔剂的汽化温度，，J为第二设定温度的取值集合中的温度值数量；F为第二设定温度的取值集合中的每个温度值对应的熔剂流动性能参数的集合，为集合中的第j个温度值对应的熔剂流动性能参数；
代表集合F中的元素与集合中的元素的映射关系函数，其中，集合F中的元素映射至集合中的元素；
为第二设定温度，为集合F中的最大熔剂流动性能参数，为最大熔剂流动性能参数对应的温度值；
采用如下方式确定第三设定温度：
；
；
；
；
；
；
其中，为第三设定温度的取值集合，为集合中的第m个温度值，不超过熔剂的汽化温度，，M为第三设定温度的取值集合中的温度值数量；为第三设定温度的取值集合中的每个温度值对应的浸渗率评定参数的集合，为集合中的第m个温度值对应的浸渗率评定参数；
代表集合中的元素与集合中的元素的映射关系函数，其中，集合中的元素映射至集合中的元素；
为集合中的第m个温度值对应的预制件热膨胀系数，为集合中的第m个温度值对应的预制件与熔剂的界面反应程度；
为第三设定温度，为集合中的最大浸渗率评定参数，为最大浸渗率评定参数对应的温度值。
以下为本发明的高温高压浸渗炉在进行浸渗工艺过程的一具体实施例：
1）装料，事先将待溶解的金属铝、镁、钛、镍、铜及其合金为基体的材料按重量体积比置于熔剂坩埚18内，将待复合的硅碳基材料置于物料坩埚19内；
2）盖上并压实待复合的硅碳基材料，合上炉盖1；
3）炉内抽真空打开高压隔离阀16，真空系统通过高压隔离阀16对炉内抽真空，真空达到预定状态后对炉内充入给定工艺气体，给定工艺气体形成保护气氛；
4）通过电极口对炉内送电加热，控制第一发热体31加热至1400℃至1800℃之间加热物料坩埚19，控制第二发热体32加热至1300℃以下加热熔剂坩埚18；
5）待熔剂坩埚19内的金属完全融化后，通过提升部件9（例如，止旋托举装置）将熔剂坩埚19上举，提升速度约150mm/min，（100-450mm/min可选）通过压力传感器8可以感知熔剂坩埚18的受力状态，此时熔剂坩埚18内的金属液体通过物料坩埚19底部和侧面的孔洞进入物料坩埚19内；
6）当托举装置17完成托举动作后，炉体6的高压端面密封部件7闭合，物料坩埚19内的待浸渗的预制件完全被金属液体覆盖；
7）此时可以对炉内输入高压的给定工艺气体，压强可以在0.5-9.8MPa中设定，较大的压力可以加强金属液体对待复合材料的浸渗；
8）浸渗工艺完成后释放高压的给定工艺气体，当炉内压力完全释放后，托举装置17下降，熔剂坩埚19离开物料坩埚18，完成一次浸渗过程；
9）托举装置17完全下降后停止加热，卸除炉内高压，利用炉内剩余气体加速与炉壁之间的热对流，达到尽快冷却目的；
10）当炉内温度低于80℃-120℃时可开炉门卸料，整个过程均有压力，对炉体各个部位的温度进行检测，并具备各种防误动作，误操作的保护措施及突发情况下的处理措施，确保安全生产。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种高温高压浸渗炉，其特征在于，包括：控制部件、炉体和用于封闭炉体开口的炉盖，所述炉体的内部空间设置有隔热层，隔热层在所述炉体的内部空间环绕形成隔热腔；
所述隔热腔内收容有物料坩埚、熔剂坩埚和发热体；所述发热体用于对所述隔热腔内进行加热；所述物料坩埚的上侧开口且通过所述隔热层和物料盖封闭，所述发热体包括设置于隔热腔上部的第一发热体和设置于隔热腔下部的第二发热体；所述物料坩埚设置于隔热腔上部，所述第一发热体用于加热所述物料坩埚，所述熔剂坩埚设置于隔热腔下部，所述第二发热体用于加热所述熔剂坩埚，从而所述物料坩埚内的预制件与所述熔剂坩埚内的熔剂能够分别进行单独的温度处理，使预制件和熔剂分别处理成各自适宜的温度；所述物料坩埚与所述熔剂坩埚的至少一者能够升降，所述物料坩埚的壁面形成有多个用于渗透熔剂的透液孔，以使所述熔剂坩埚环绕在所述物料坩埚外围时，熔剂坩埚内熔融的熔剂能够通过各个所述透液孔浸渗至收容于所述物料坩埚内的预制件表面孔隙；
所述控制部件用于：
控制所述第一发热体将所述物料坩埚加热至第一设定温度，并控制所述第二发热体将所述熔剂坩埚加热至第二设定温度，第二设定温度小于熔剂物料的汽化温度，第二设定温度小于第一设定温度；
控制所述第一发热体下调加热温度，以将所述物料坩埚内的预制件降温至第三设定温度，第三设定温度小于熔剂物料的汽化温度；
调整所述物料坩埚与所述熔剂坩埚的相对高度，以使所述熔剂坩埚环绕在所述物料坩埚外围进行浸渗；
其中，所述第一设定温度按照如下方式确定：根据预制件在不同温度下的孔隙膨胀率，并根据不同温度下熔剂填充至预制件的孔隙时的界面反应程度，确定温度与浸渗效果的映射关系；根据温度与浸渗效果的映射关系，确定第一设定温度；
所述第二设定温度按照如下方式确定：获取熔剂物质的汽化温度；获取熔剂物质的流动性能与温度的关联关系，将汽化温度以下的流动性能最佳的温度，确定为第二预设温度；
所述第三设定温度按照如下方式确定：将不超过所述熔剂的汽化温度的温度值，确定为所述第三设定温度。
2.根据权利要求1所述的高温高压浸渗炉，其特征在于，所述炉体内还设置有托举装置和支撑装置，所述托举装置在所述隔热腔内用于托举所述熔剂坩埚；所述支撑装置的一端穿入所述隔热层并连接至所述托举装置，所述支撑装置的另一端在所述隔热腔外部用于与提升装置连接，以通过所述提升装置实现所述熔剂坩埚的升降。
3.根据权利要求2所述的高温高压浸渗炉，其特征在于，所述支撑装置的背离所述托举装置的一端设置有导热装置。
4.根据权利要求3所述的高温高压浸渗炉，其特征在于，所述提升装置一端伸入所述炉体内以用于连通所述导热装置内的导热空间，所述提升装置的另一端伸出所述炉体，并与提升部件连接，所述提升装置的另一端设置有进出水口，以通过所述提升装置向所述导热装置送入和送出冷却水。
5.根据权利要求4所述的高温高压浸渗炉，其特征在于，所述提升装置的背离所述物料坩埚的一端连接有压力传感器，所述压力传感器用于检测所述熔剂坩埚的受力状态。
6.根据权利要求4所述的高温高压浸渗炉，其特征在于，所述提升装置穿出所述炉体的位置设置有高压端面密封部件，所述高压端面密封部件用于在所述提升装置提升到设定位置时，闭合所述提升装置穿出所述炉体的位置。
7.根据权利要求1所述的高温高压浸渗炉，其特征在于，所述炉体还设置有电极口，以通过所述电极口对所述浸渗炉内的所述发热体送电加热。
8.根据权利要求1所述的高温高压浸渗炉，其特征在于，所述炉体还设置有高压隔离阀，以通过所述高压隔离阀对所述内部空间抽真空。
9.根据权利要求3所述的高温高压浸渗炉，其特征在于，所述控制部件还用于：
在所述炉体输入设定压力工艺气体，使得炉内压力达到设定压力值，从而所述熔剂坩埚内熔融的熔剂在压力下，能够通过各个所述透液孔浸渗至收容于所述物料坩埚内的预制件表面孔隙；
浸渗完成后，释放所述炉体内部的设定压力工艺气体，使所述物料坩埚与所述熔剂坩埚分离；
停止所述炉体内部的加热，使得浸渗后的所述预制件在常压下冷凝。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的高温高压浸渗炉，其特征在于，采用如下方式确定第一设定温度：
；
；
；
；
；
；
其中，T为第一设定温度的取值集合，为集合T中的第i个温度值，小于预制件的沸点，，I为第一设定温度的取值集合中的温度值数量；Y为第一设定温度的取值集合中的每个温度值对应的浸渗率评定参数的集合，为集合T中的第i个温度值对应的浸渗率评定参数；
代表集合Y中的元素与集合T中的元素的映射关系函数，其中，集合Y中的元素映射至集合T中的元素；
为热膨胀系数对应的温度影响因子；为集合T中的第i个温度值对应的预制件热膨胀系数，为设定的基础温度对应的预制件热膨胀系数，为界面反应对应的温度影响因子，为集合T中的第i个温度值对应的预制件与熔剂的界面反应程度，为设定的基础温度对应的预制件与熔剂的界面反应程度；第一影响因子为，第二影响因子为；
为第一设定温度，为集合Y中的最大浸渗率评定参数，为最大浸渗率评定参数对应的温度值；
采用如下方式确定第二设定温度：
；
；
；
；
；
其中，为第二设定温度的取值集合，为集合中的第j个温度值，小于熔剂的汽化温度，，J为第二设定温度的取值集合中的温度值数量；F为第二设定温度的取值集合中的每个温度值对应的熔剂流动性能参数的集合，为集合中的第j个温度值对应的熔剂流动性能参数；
代表集合F中的元素与集合中的元素的映射关系函数，其中，集合F中的元素映射至集合中的元素；
为第二设定温度，为集合F中的最大熔剂流动性能参数，为最大熔剂流动性能参数对应的温度值；
采用如下方式确定第三设定温度：
；
；
；
；
；
；
其中，为第三设定温度的取值集合，为集合中的第m个温度值，不超过熔剂的汽化温度，，M为第三设定温度的取值集合中的温度值数量；为第三设定温度的取值集合中的每个温度值对应的浸渗率评定参数的集合，为集合中的第m个温度值对应的浸渗率评定参数；
代表集合中的元素与集合中的元素的映射关系函数，其中，集合中的元素映射至集合中的元素；
为集合中的第m个温度值对应的预制件热膨胀系数，为集合中的第m个温度值对应的预制件与熔剂的界面反应程度；
为第三设定温度，为集合中的最大浸渗率评定参数，为最大浸渗率评定参数对应的温度值。
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