CN117651837A - 用于连续烧结炉的货架系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于承载待通过烧结炉烧结的部件的组合件包含烧舟，其由耐火金属或金属合金形成且包含底座和侧壁；以及安置于所述烧舟内的多个竖直堆叠的瓷砖，所述多个竖直堆叠的瓷砖中的每一个经设定大小以承载待通过所述烧结炉烧结的多个所述部件。

Description

用于连续烧结炉的货架系统
技术领域
本文中所公开的各方面和实施例大体上涉及用于通过在连续烧结炉中烧结来制造机械部件的系统和方法。
背景技术
通常通过将大量粉末形成为所要形状且随后以固态(即不完全液化)将粒子结合在一起，在受控制的大气压下施加热来将材料形成为有用的形状。许多工艺可供用于粉末的塑形，包含但不限于单轴模具压缩、冷等静压挤压、粉末轧制、粉末挤压、粉末注射模制和增材制造(3D打印)。成型工艺可包含内部或外部润滑剂，例如蜡或金属硬脂酸盐，以形成“生坯”部件。在使用热分解或其它方式去除润滑剂之后，使生坯部件经受高温，这使得供电材料中的原子扩散且使粉末的邻近粒子以冶金方式结合在一起。此加热和固结工艺被称为烧结。烧结工艺适用于由包含金属、陶瓷、塑料和复合材料的广泛多种材料固结形状。
烧结工艺可或可不导致粉末材料的粒子之间的孔隙或空隙的减少或消除。生坯部件最常在极小大小变化(生长或收缩)的情况下烧结，以维持部件的所要尺寸。在一些情况下，生坯部件的大小可增大，从而导致孔隙度的量增加，而在其它情况下，孔隙度的量减少将导致收缩。当发生收缩时，通常需要使部件内的密度变化最小化且使施加到部件的热的均匀性最大化，以防止或最小化变形以实现最终所要尺寸公差。
取决于各种因素，例如影响待烧结部件的所要密度或机械强度所需的时间和温度、部件的大小和生坯部件中包含的一种或多种材料，可以在各种类型的炉子或炉中的一个中执行烧结。部件可放置于炉或窑中且在不移动的情况下就地烧结。然而，在大批量制造中，部件常常从入口到出口连续地穿过烧结炉，且手动或使用专用材料搬运设备装载和卸载。
“带式炉”在炉的每一端处的辊上使用连续带(通常为金属)将部件的托盘拉动穿过炉。托盘置于带上，且带跨越炉底(炉底板)拖动。由于金属带的温度限制，这些炉通常限于较低温度烧结(<2150℉最大值)。使用氧化铝或碳化硅链接的陶瓷带式炉在较高温度烧结中的使用受限，但具有承载限制。
“推杆式”炉使用机械推杆推动容纳待通过炉烧结的部件的一长列陶瓷或金属砖或烧舟。砖或烧舟未连接但反向推动穿过炉，从而直接跨越炉底(炉底板)滑动。这些炉可在比金属带式炉更高的温度下运行，且比陶瓷带式炉承载更重的负载。
“辊底式”炉可跨越穿过炉的一系列辊在篮或烧舟(陶瓷行业使用术语“烧箱”)中承载重载部件穿过炉。其在陶瓷行业的烧结窖中广泛地使用。
“步进梁式”炉具有穿过炉延行的横梁，将托盘拾起，向前推动，接着再次放下。其可在高温下承载比推杆式炉更重的负载，但前期资金成本很高且需要持续维护，以最小化或消除“波纹管”-推动横梁向前的移动部件周围的密封件周围的泄漏。
连续烧结炉通常包含三个区：用于将部件加热到所要烧结温度的第一“预热区”、用于将部件保持在所要烧结温度的第二“高热区”，和用于将部件冷却回到室温的第三“冷却区”。取决于高热区的长度和穿过炉的所选推动速率，“在温度下的时间”可在几分钟到几个小时的范围内。在非限制性实例中，烧结炉可为30到70英尺长，其中部件花费几个小时穿过炉，通常在炉中在高热区段中花费不到一半的时间。
发明内容
根据一个方面，提供一种用于承载待通过烧结炉烧结的部件的组合件。所述组合件包括烧舟，其由耐火金属或金属合金形成且包含底座和侧壁；以及安置于烧舟内的多个竖直堆叠的瓷砖，所述多个竖直堆叠的瓷砖中的每一个经设定大小以承载待通过烧结炉烧结的多个部件。
在一些实施例中，所述多个竖直堆叠的瓷砖为泡沫瓷砖。
在一些实施例中，所述多个竖直堆叠的瓷砖为纤维板。
在一些实施例中，所述多个竖直堆叠的瓷砖具有小于3.5g/cm3的密度。
在一些实施例中，所述多个竖直堆叠的瓷砖具有小于2.0g/cm3的密度。
在一些实施例中，所述组合件进一步包括安置于所述多个竖直堆叠的瓷砖中的邻近瓷砖之间且维持所述邻近瓷砖之间的竖直间隔的支座。
在一些实施例中，所述支座包括陶瓷。
在一些实施例中，所述支座安置于所述多个待烧结部件中所界定的孔口内。
在一些实施例中，所述组合件进一步包括由耐火金属或金属合金形成的烧舟盖。
在一些实施例中，所述盖包含多个孔口。
在一些实施例中，所述组合件进一步包括由耐火金属、金属合金中的一个或陶瓷材料形成的顶帽。
在一些实施例中，所述顶帽被配置成由安置于最上部瓷砖上的支座支撑，所述最上部瓷砖安置于烧舟内。
在一些实施例中，耐火金属包括钼或由钼组成。
在一些实施例中，耐火金属包括钼镧(MoLa)或由钼镧(MoLa)组成。
在一些实施例中，侧壁包含多个孔口。
在一些实施例中，所述多个孔口在侧壁上均匀地间隔开。
在一些实施例中，所述多个孔口在侧壁上不均匀地分布以调整到部件的辐射能量和气流。
在一些实施例中，所述组合件进一步包括侧壁的下部部分中所界定的一个或多个狭槽。
在一些实施例中，所述多个竖直堆叠的瓷砖各自包含被配置成保持所述多个待烧结部件的多个凹部。
在一些实施例中，侧壁包含狭槽，可通过所述狭槽接近所述多个竖直堆叠的瓷砖以用于装载和从烧舟去除。
在一些实施例中，所述多个竖直堆叠的瓷砖中的最下部瓷砖相较于所述多个竖直堆叠的瓷砖中的最上部瓷砖具有更大机械强度。
在一些实施例中，所述多个竖直堆叠的瓷砖中的最下部瓷砖相较于所述多个竖直堆叠的瓷砖中的最上部瓷砖具有更大厚度或更大密度。
在一些实施例中，所述多个竖直堆叠的瓷砖中的最下部瓷砖与所述多个竖直堆叠的瓷砖中的最上部瓷砖具有相同厚度。
在一些实施例中，所述多个竖直堆叠的瓷砖包含至少三个竖直堆叠的瓷砖。
在一些实施例中，所述多个竖直堆叠的瓷砖中的每一个承载相同数目的所述多个待烧结部件。
在一些实施例中，所述多个竖直堆叠的瓷砖中的一个相较于所述多个竖直堆叠的瓷砖中的另一个承载不同数目的所述多个待烧结部件。
在一些实施例中，所述多个待烧结部件中的所述数目的部件在所述多个竖直堆叠的瓷砖中的每一个上定向在相同位置。
在一些实施例中，所述多个待烧结部件中的所述数目的部件在所述多个竖直堆叠的瓷砖中的一个上相较于在所述多个竖直堆叠的瓷砖中的另一个上定向在不同位置。
根据另一方面，提供一种烧结部件的方法。所述方法包括将多个部件安装在载体内，所述载体包含由耐火金属或金属合金形成且包含底座和侧壁的烧舟以及安置于烧舟内的多个竖直堆叠的瓷砖，所述多个竖直堆叠的瓷砖中的每一个经设定大小以承载待通过烧结炉烧结的多个部件；和使载体穿过加热到足以烧结部件的温度的烧结炉。
在一些实施例中，所述方法进一步包括通过压实一种或多种粉末材料来形成所述多个待烧结部件。
在一些实施例中，所述方法进一步包括通过金属注射模制来形成所述多个待烧结部件。
在一些实施例中，所述方法进一步包括通过增材制造来形成所述多个待烧结部件。
在一些实施例中，所述方法进一步包括将所述多个待烧结部件安装在所述多个瓷砖上。
在一些实施例中，所述方法进一步包括将支座安装在所述多个待烧结部件内所界定的孔口内。
在一些实施例中，所述方法进一步包括将包含所述多个待烧结部件和支座的所述多个瓷砖堆叠在烧舟内。
在一些实施例中，所述方法进一步包括在比在无烧舟的全密度陶瓷板上使部件穿过烧结炉的情况下将利用的温度低的温度下操作烧结炉。
根据另一方面，提供一种改造烧结系统的方法。所述方法包括使用包含由耐火金属或金属合金形成且包含底座和侧壁的烧舟以及安置于烧舟内的多个竖直堆叠的瓷砖的载体替换用于传送待通过烧结炉烧结的部件的载体，所述多个竖直堆叠的瓷砖中的每一个经设定大小以承载待通过烧结炉烧结的多个部件。
在一些实施例中，所述方法进一步包括相较于在改造烧结炉之前，在烧结炉中每小时生产更多烧结部件。
在一些实施例中，所述方法进一步包括相较于在改造烧结炉之前，在更低温度下操作烧结炉。
在一些实施例中，所述方法进一步包括相较于在改造烧结炉之前，在烧结炉中在较小尺寸可变性下生产烧结部件。
在一些实施例中，所述方法进一步包括相较于在改造烧结炉之前，在较少堵塞下操作烧结炉。
附图说明
附图并不意图按比例绘制。在图式中，不同的图中所说明的每个相同或几乎相同的组件用类似数字表示。为了清楚起见，并非每个组件都可以在每个附图中标记。在附图中：
图1说明用于承载部件穿过烧结炉的砖的实例；
图2A为用于承载部件穿过具有放置在砖的表面上的六个部件的烧结炉的致密氧化铝瓷砖的平面视图；
图2B为图2A的砖的正视图；
图3A为替代瓷砖设计的平面视图；
图3B为图3A的瓷砖的一部分的横截面；
图4A为包含两个堆叠砖的部件烧结支撑结构的实例的正视图；
图4B为图4A的部件烧结支撑结构从不同视角的视图；
图5为图3A和3B的呈堆叠配置的多个瓷砖的说明；
图6A为包含金属烧舟内的堆叠砖的部件烧结支撑结构的实例的横截面图；
图6B为包含金属烧舟内的堆叠砖的部件烧结支撑结构的另一实例的横截面图；
图7A说明图6A或6B的部件烧结支撑结构在无瓷砖、部件或支座的情况下的内部部分；
图7B说明图7A的部件烧结支撑结构，其中下部砖和相关联部件以及支座安置于金属烧舟内；
图7C说明图7B的部件烧结支撑结构，其中中间砖和相关联部件以及支座安置于下部砖上且相关联部件和支座安置于金属烧舟内；
图7D说明图7C的部件烧结支撑结构，其中上部砖和相关联部件安置在中间砖上且相关联部件安置在金属烧舟内；
图7E说明图7D的进一步包含盖的部件烧结支撑结构；
图7F为图7D的部件烧结支撑结构从替代视角的视图；
图8A说明部件烧结支撑结构在无盖板的情况下的另一实例；
图8B说明图8A的具有盖板的部件烧结支撑结构；
图8C为图8A的部件烧结支撑结构在无砖、支座、部件或盖板的情况下的等角视图；
图9A说明相较于使用平坦砖的产量，一个部件利用如本文中所公开的金属烧舟的实施例穿过烧结炉的产量的结果；
图9B说明相较于使用平坦砖的产量，另一部件利用如本文中所公开的金属烧舟的实施例穿过烧结炉的产量的结果；
图10A说明一个部件在烧结炉中使用平坦砖载体烧结之后观察到的特征性尺寸的测量结果和统计概述；且
图10B说明部件在烧结炉中使用如本文中所公开的金属烧舟载体烧结之后观察到的与图10A中相同的特征性尺寸和比在产生图10A中展示的数据的工艺中更高的目标收缩因子的测量结果和统计概述。
具体实施方式
本文中所公开的各方面和实施例不限于在以下描述中所阐述或附图中所说明的组件的构造和布置的细节。本文中所公开的各方面和实施例能够以各种方式实践或实行。此外，本文所用的措词和术语是出于描述的目的并且不应被视为是限制性的。本文中对“包含”、“包括”、“具有”、“含有”、“涉及”以及其变化形式的使用意味着涵盖其后所列出的项目和其等效物以及额外的项目。
本文中所公开的一个或多个方面涉及用于容纳和传送待通过烧结炉烧结的部件的系统和方法。待烧结部件在穿过烧结炉时通常由某一形式的载体支撑。载体可提供机械支撑以帮助经受烧结的部件维持所要形状且可帮助跨越部件均匀地分布热，使得部件均匀地烧结。一种形式的支撑件可为陶瓷板或瓷砖。一个或多个待烧结部件可直接放置在陶瓷板顶部上且通过炉承载在陶瓷板上。陶瓷板或瓷砖可由例如氧化铝等材料或可耐受常常用于烧结金属部件的高温(例如高达2700℉或更高)的另一形式的陶瓷材料形成。这种类型的支撑件的实例在图1中以100说明。举例来说，板或砖100可由例如氧化铝或氧化锆稳定化氧化铝形成。当板或砖100穿过烧结炉时，板或砖可支撑一个或多个待烧结部件105。在一些实施例中，板或砖100可为约1英寸厚，但还可使用更薄或更厚的砖。在一些实施方案中，板或砖100的侧向尺寸可基于意图使用板或砖100的炉的内部体积的宽度(例如约12英寸宽)而确定。在一些情况下，可将涂层施加到砖以防止砖与待在砖上烧结的部件之间的化学相互作用。
图1、2A和2B中所展示的布置呈现关于烧结成本、有效性和生产率的优点和限制两者。单层堆叠的简单性可有效地在具有足够烧结时间和保温时间的情况下最小化部件之间的大小变化差异。然而，与将多个托盘堆叠在炉中相比，这是以较低生产率为代价的，除非所述工艺积极地经设计以在较高温度和较快速度下运行，从而对炉和砖施加更多应力。堆叠砖可通过增加可烧结的部件/小时的数目来提高烧结工艺的生产率，但此产量增大是以堆叠的复杂性增加、每一部件吸收的能量的变化随堆叠内的位置而增加，以及可能导致炉堵塞和昂贵维护的灾难性堆叠故障的几率增加为代价。用于连续烧结炉的货架系统通过防止由于砖破碎或部件从砖掉落而导致的堵塞来理想地最小化炉堵塞的风险、优化热屏蔽以控制从加热元件到部件的直接辐射的量、平衡从堆叠的顶部到底部输入到部件的能量，并允许工艺气体在部件周围自由流动。此种货架系统可包括金属密封盒，其由耐火材料，例如钼、钛锆稳定化钼(“TZM”)或氧化镧稳定化钼(钼镧或“MoLa”)结合可为陶瓷、石墨或金属的托盘制成。如果托盘为石墨或金属，那么涂层可用以防止部件与托盘之间的反应。
如图1中所说明的板或砖通常由致密陶瓷材料的固体板形成。此类型的致密砖较适用于在其反向推动穿过炉时耐受施加到砖的高压缩负载。在其它实施方案中，烧结部件支撑件，例如板或砖可由较低密度陶瓷形成以减小质量，例如堇青石、纤维板或泡沫陶瓷(在行业中也被称作多孔陶瓷)材料。泡沫瓷砖中的孔隙可以允许空气从较热区域穿过砖移动到较冷区域，且帮助维持跨越砖的均匀温度。泡沫瓷砖相较于由固体陶瓷形成的类似砖通常还具有较小质量和较小热容，这可减少加热或冷却烧结炉中的泡沫陶瓷载体和支撑部件所需的时间。用于承载待通过烧结炉烧结的部件的泡沫瓷砖200的一个实例在图2A中以平面视图且在图2B中以正视图说明。砖200说明为具有放置在砖200的上表面上的六个部件205。举例来说，部件205可由粉末不锈钢或另一金属形成。在操作中，部件205可通过部件装载设备或用手，例如通过窗口固定件而放置在砖200的表面上。砖200可由任何适合材料形成，例如氧化铝、氧化锆增韧氧化铝、氧化钇稳定化氧化锆/氧化铝、氧化钙/氧化镁稳定化氧化锆、氧化钙稳定化氧化锆、氧化镁稳定化氧化锆或另一陶瓷，且可以具有在0.5英寸到1英寸范围内的厚度和经设定大小以拟合烧结炉的特定模型的侧向尺寸。砖200的孔隙度，例如孔隙大小和总空隙空间(由孔隙而非实际材料占据的砖的体积分数)可经选择以提供所要水平的机械强度、热容和热导率。在某些非限制性实例中，砖200可具有每英寸约30个孔隙。由这些材料形成且具有这些孔隙率的泡沫瓷砖可购自例如北卡罗来纳州亨德森维尔市的Selee公司。
在一些实施例中，泡沫瓷砖200可包含砖200的部分中所界定的一个或多个膨胀狭槽210，例如从如图2A中所说明的砖200的边缘向内延伸。当砖200在烧结炉中加热时膨胀时，膨胀狭槽210可减小应力且降低砖200开裂的倾向。
在其它实施例中，可利用例如密度小于3.5g/cm3或小于2.0g/cm3的低密度瓷砖，而非利用用于支撑待在烧结炉中烧结的部件的泡沫瓷砖。此类瓷砖的实例可以由纤维板氧化铝、纤维板氧化铝硅酸盐或上文提及的任何其它陶瓷材料的纤维板配置形成。
在一些实施例中，砖可具备用于接纳待烧结部件的凹部，而非将待烧结部件放置在支撑砖的上表面上。图3A和3B说明砖300，其可由如上文所论述的泡沫陶瓷或低密度陶瓷形成，其包含用于部件305的凹部310。部件305可完全拟合在凹部内，使得部件305A的顶部表面处于或低于砖300的顶部表面300A的水平面。
为了针对给定炉宽度提高烧结炉的生产能力(烧结部件/小时)，可利用堆叠烧结支撑件代替单个砖。图4A和4B说明堆叠部件烧结支撑结构400的实施例。结构400包含两个瓷砖400A、400B，其各自被设计成保持五个部件405，但支撑于每一砖上的部件的数目可基于部件和砖的相对大小而改变。砖400A为下部支撑砖，其在一些实施例中可安置于金属内，例如钼、TZM或MoLa烧舟410，例如可购自马萨诸塞州牛顿市的H.C.Starck有限公司或缅因州刘易斯顿市的Elmet Technologies公司的那些中的一个。砖400B为通过支撑件415支撑在下部砖400A和下部砖400A上的部件405上方的上部砖。支撑件415可放置于下部砖400A上的部件405之间或部件405中所界定的孔内。在一些实施例中，支撑件415可类似于砖400A、400B由泡沫陶瓷或低密度陶瓷形成，或替代地可为陶瓷或其它耐火材料的固体块。砖400A、400B之间的竖直空间可经选择为尽可能小，同时使得上部砖400B的下表面处于放置在下部砖400A上的部件405的上表面上方。尽管图4A和4B中仅说明砖400A、400B的两个层，但其它实施例可包含额外堆叠砖以形成具有例如3到5个或更多个竖直堆叠的砖的支撑结构。可堆叠于部件烧结支撑结构中的砖的数目可仅受将使用其的烧结炉的内部体积的高度的限制。
在一些实施例中，下部砖(例如图4A和4B中的下部砖400A)相较于上部砖(例如图4A和4B中的砖400B)可更厚、孔隙更少或更致密，以提供足够的机械强度来支撑上部砖而不会开裂。在一些非限制性实例中，下部砖或地砖(例如图4A和4B中的下部砖400A)可以具有为约0.75英寸的厚度，而上部砖(例如图4A和4B中的砖400B)可以具有为约0.5英寸的厚度。在其它实施例中，呈堆叠的所有砖可具有相同的厚度和/或相同的长度和宽度尺寸和/或孔隙度和/或密度。可改变砖材料、厚度和间距以优化部件周围的热分布。
在包含具有用于保持待烧结部件的凹部的砖(例如如图3A和3B中所说明)的实施例中，砖可直接堆叠于彼此上而在砖之间无任何支撑件，例如如图5中所说明具有堆叠砖500A、500B、500C，其各自容纳一个或多个部件505。
烧结炉常常具有沿着其内部体积的侧面安置的加热元件。对于如上图中的任一者中所说明的部件支撑结构，当支撑结构穿过烧结炉时，支撑结构上的部件的各部分相较于其它部分可更接近支撑结构的侧面，并且因此更接近烧结炉的加热元件。部件因此可潜在地不均匀地烧结，从而使得部件具有不同大小、密度或材料微观结构。在一些实施例中，支撑结构和部件可安置于由耐火金属(例如钼、TZM或MoLa)形成的盒状容器内。
此种货架系统的一个实例说明于图6A中。货架系统包含MoLa烧舟600，其具有底座600A、侧壁600B和顶盖或盖600C。瓷砖610A、610B、610C的堆叠层系统安置于烧舟600内，用于支撑部件605且使烧舟600内空间体积的使用最大化。盖600C和侧壁600B含有开口或孔口600H(参见下图7E、7F和8A-8C)以允许炉大气在部件605周围自由流动。烧舟600的侧壁600B和盖600C充当隔热屏以防止能量从炉加热元件到部件605的直接辐射，且充当能量到部件605的辅助散热器以用于热在烧舟600内的更好分布。瓷砖610A、610B、610C使系统的热质量或热容最小化。也可由泡沫陶瓷、低密度陶瓷或全密度陶瓷或另一耐火材料形成的支座615维持瓷砖610A、610B、610C之间的竖直间隔。支座615在图6A和6B中展示为部分透明以展示部件605的各部分在烧舟600内的位置。如在堆叠部件烧结支撑结构400中，最下部砖610A相较于上部砖610B、610C可更厚、孔隙更少或更致密。最下部砖610A可为例如0.75英寸厚，而上部砖610B、610C中的每一个可为0.5英寸厚。烧舟600的尺寸可基于将使用其的烧结炉的内部体积而设置。在一个实例中，烧舟600可为约5英寸高，且长度和/或宽度为约12英寸。
在其它实例中，可在无金属盖的情况下使用烧舟600，但实际上，如图6B中所说明，额外支座615可设置于最上部砖610C上以支撑盖板600D，其可由可与形成烧舟600的金属相同或不同的金属形成。盖板600D替代地可由陶瓷材料形成，所述陶瓷材料可与瓷砖610A、610B、610C中的任何一个或多个的材料相同或不同且可具有与瓷砖610A、610B、610C中的任何一个或多个相同或不同的厚度。
钼、TZM或MoLa烧舟部件载体结构600的优点在于，如果瓷砖610A、610B、610C中的一个或多个在炉内破碎，则烧舟600可包含这些砖的部分。这有助于避免生产停工时间，例如如果不包含在烧舟中的砖在烧结炉内破碎且关闭炉进行维护以去除破碎砖片来避免炉堵塞，则可能需要生产停止时间。
空烧舟600的一个实例说明于图7A中。插入有最下部砖610A、部件605和支座615的第一层的烧舟600说明于图7B中。插入有安装在最下部砖610A上的中间砖610B、部件605的第二层和支座615的第二层的烧舟600说明于图7C中。插入有安装在中间砖610B上的上部砖610C和部件605的第三层的烧舟600说明于图7D中。盖600C处于适当位置的包含三个砖610A、610B、610C和相关联部件605的烧舟600说明于图7E和7F中。如图7A-7D和7F所说明，侧壁600B中的一个或多个可包含一个或多个狭槽620，可通过所述狭槽接近砖610A、610B、610C以辅助插入和去除砖610A、610B、610C。
图8A-8C说明替代烧舟设计，其包含烧舟600的壁的下部部分中所界定的狭槽600S。此烧舟设计在图8A中说明为不具有盖板600E，在图8B中说明为具有盖板600E，且在图8C中以等角视图说明。狭槽600S为矩形且在水平方向上更长，但替代实施例可具有不同高度和宽度。单个壁中的不同狭槽600S可具有相同或不同的尺寸，例如如图8C中所说明。烧舟说明为每壁具有两个狭槽，但在替代实施例中每壁可具有单个狭槽或多于两个狭槽或仅在壁的子集中可包含狭槽。狭槽600S相较于开口或孔口600H可使得更多的热空气流动到烧舟600中。壁的上部部分(包含开口或孔口600H)可对气流提供更多的阻力且可有助于保持烧舟600内的热空气。
相比于使用部件的单个堆叠操作的炉，使用部件堆叠操作的烧结炉可在不牺牲生产率的情况下以较慢推动速率操作。使用较慢推动速率且增加烧结温度下的时间允许潜在较低的烧结温度，这可使得炉组件和部件支撑结构的使用寿命更长。较低烧结温度在充分利用通过使用MoLa烧舟所提供的益处的优点方面特别有利-在材料已经受高热之后维持材料在室温下的延展性。较低操作温度还可通过降低热循环的程度和热致断裂的可能性来延长MoLa烧舟部件载体中的瓷砖610A、610B、610C的寿命，例如如图6A和6B中所说明。
实例1：
进行计算以在下表中比较用于利用全密度陶瓷支撑件烧结不锈钢部件(例如如图1中所说明)对比使用MoLa烧舟和泡沫砖的3层堆叠烧结不锈钢部件(例如如图6-7F中所说明(MoLa))的预期生产率。
表1：烧结产量
当前状态(全密度陶瓷) 未来状态(MoLa)
烧结温度 2500℉ 2350℉
烧结杆速度 3:30 7:30
每砖/烧舟的部件 6 15
每小时烧结的部件 103 150
产量的变化百分比 - 46％
上表1说明当从全密度陶瓷支撑件切换到MoLa载体时产量的变化。将连续载体引入到炉中的速率(烧结杆速度)从每载体3.5分钟降低到7.5分钟以提供增加的烧结时间来补偿具有MoLa载体的炉的较低操作温度。即使在此烧结时间增加的情况下，当从全密度陶瓷支撑件切换到MoLa载体时，相较于使用全密度陶瓷支撑件可使用MoLa载体烧结的更高数目的部件使得产量提高46％。
表2：重量减小
当前状态(全密度陶瓷) 未来状态(MoLa)
砖/烧舟重量(磅) 15 21.5
每烧结部件的砖/烧舟重量(磅) 2.50 1.43
每部件的砖/烧舟重量的变化百分比 - -43％
如上表2中所说明，即使MoLa载体比全密度陶瓷载体重，由于更大数目的部件可包含于MoLa与泡沫陶瓷载体中，每部件的总重量减小。减小每部件的总加热重量使得节省能量/烧结部件。
实例2：
如本文中所公开的MoLa烧舟和烧结托架设计配置的实施例寻求的益处是改进烧结操作的生产率。具体地说，目标是提高可在给定炉中烧结的产量(部件数目/小时)。迄今为止，这已经在两个部件的生产中得到证实；改进的潜力不限于这两个部件。为了实现此目标，进行测试以确定烧舟内以多个层烧结的部件与在开放砖上以单层烧结的原始工艺具有等效尺寸能力。具体地说，来自新工艺的所有部件的尺寸应符合指定部件公差。从统计角度来说，所有关键尺寸都应维持Cp>1.0。
实例2A：
部件号1先前在高温推杆式炉中以3.5分钟的推动速率烧结于12"×12"瓷砖上(6部件/砖)以实现103部件/小时的标称计算产量。部件处于热区中持续标称30分钟，其中温度设定点高于2500℉。使用新MoLa烧舟和托架配置，20部件/烧舟(5部件×4层)使用7.5分钟的推动速率烧结以实现160部件/小时的所计算生产速率或55％的所计算生产率提高。MoLa烧舟中使用的瓷砖具有11"×11"×0.25"的尺寸且因此容纳5部件/砖，相较于对于12"×12"砖容纳6部件/砖。图9A的图表中所说明的在4个月周期内收集的实际数据展示从90部件/小时到135部件/小时或50％的生产率的实际平均改进。
实例2B：
部件号2先前在高温炉中以3.5分钟的推动速率烧结于12"×12"瓷砖上(6部件/砖)以在温度设定点高于2500℉的热区中实现标称30分钟。产量再次计算为103部件/小时。使用所公开MoLa烧舟和托架配置，15部件/烧舟(5部件×3层)使用7.5分钟的推动速率烧结以实现120部件/小时的生产速率，所计算生产率增益为17％。图9B的图表中所说明的在4个月周期内收集的实际数据展示从标称100部件/小时到120部件/小时或20％的生产率的实际平均改进。进一步测试正在进行中以将层的数目从3增加到4，这将产生55％的所计算生产率增益。
实例3：
可实现的另一益处为，在热区中的烧结时间从30分钟增加到60分钟的情况下(温度稍微升高到2450℉)，可通过增加部件的密度来实现改进尺寸能力。通过更紧密地接近终端密度，尺寸公差的统计散布会减小。为了利用此益处，可重新调整加工尺寸以适应额外收缩，从而将较窄数据分布重新集中到规格范围的中心。
部件号1展示功能强大的原始单层工艺，其中部件的内径的总工艺散布相对于总规格范围为Cp＝1.70。工艺也充分集中在规格内，其中Cpk＝1.16。图10A包含使用平坦砖载体的多个轮次内的烧结后部件号1的内径相较于规格控制限制的测量结果和说明工艺很好地处于规格控制限制内的测量数据的统计概述的直方图。在此图中，“总体能力”数字反映子组内(例如，8个MoLa烧舟的一个轮次)和子组之间(例如，8个MoLa烧舟的多个轮次)的变化。“潜在(内部)能力”数字反映仅子组内的变化。Pp和Cp数反映规格上限与规格下限之间的差与所测量部件内径的6-σ散布的比率。PPL和CPL数为基于总体标准差比较从所测量部件内径的均值到规格下限(LSL)的距离与工艺的单侧散布(3-σ变化)的比率。PPU和CPU数为基于总体标准差比较从所测量部件内径的均值到规格上限(USL)的距离与工艺的单侧散布(3-σ变化)的比率。Ppk和Cpk数为总体工艺能力的量度，考虑到所测量部件内径相对于规格限制LSL和USL的均值μ以及所测量数据的标准差σ的值，且可根据公式min[USL-μ/3σ,μ-LSL/3σ]计算。在图底部的PPM数表示基于内径测量结果的观察到的可变性而在规格上限或下限之外的以百万分率计的部件数目。
新MoLa烧舟和堆叠工艺提供当选择较高收缩因子(SF)时的改进工艺能力(Cp＝2.29)。然而，当部件之间的尺寸变化减小时，分布向特征性尺寸规格的底部范围移动，从而将CpK减小到-0.03。通过在加工时使收缩因子移位，标称尺寸可重新调整到公差带的中心，因此利用改进Cp以产生改进CpK。图10B包含展示在如本文中所公开的MoLa载体的实施例中多个轮次内的部件内径相较于规格控制限制的测量结果和说明工艺很好地在控制下但接近规格控制下限的测量数据的统计概述的直方图。
本文使用的措辞和术语是出于描述的目的且不应被视为限制性的。如本文中所使用，术语“多个”是指两个或更多个项目或组件。术语“包括”、“包含”、“承载”、“具有”、“含有”和“涉及”无论是在书面描述还是权利要求书等中都是开放式术语，即意味着“包含但不限于”。因此，使用这些术语意指涵盖其后列出的项目和其等效物以及附加项目。相对于权利要求书，仅过渡短语“由……组成”和“基本上由……组成”分别为封闭式或半封闭式过渡短语。在权利要求书中使用如“第一”、“第二”、“第三”等序数术语修饰权利要求要素本身不意味着一个权利要求要素超过另一要素或执行方法行为的时序的任何优先权、优先级或排序，而是仅用作区分具有某一名称的一个权利要求要素与具有相同名称的另一要素的标签(除使用序数术语外)以区分权利要求要素。
已经如此描述了至少一个实施例的若干方面，应了解，所属领域的技术人员将容易想到各种更改、修改和改进。在任何实施例中所描述的任何特征可包含在任何其它实施例的任何特征中或取代任何其它实施例的任何特征。此类改变、修改和改进打算是本公开的一部分，并且打算在本发明的范围内。因此，以上描述和图式仅作为实例。

Claims (41)

1.一种用于承载待通过烧结炉烧结的部件的组合件，其包括：
烧舟，其由耐火金属或金属合金形成且包含底座和侧壁；以及
多个竖直堆叠的瓷砖，其安置于所述烧舟内，所述多个竖直堆叠的瓷砖中的每一个经设定大小以承载待通过所述烧结炉烧结的多个所述部件。
2.根据权利要求1所述的组合件，其中所述多个竖直堆叠的瓷砖为泡沫瓷砖。
3.根据权利要求1所述的组合件，其中所述多个竖直堆叠的瓷砖为纤维板瓷砖。
4.根据权利要求3所述的组合件，其中所述多个竖直堆叠的瓷砖具有小于3.5g/cm3的密度。
5.根据权利要求4所述的组合件，其中所述多个竖直堆叠的瓷砖具有小于2.0g/cm3的密度。
6.根据权利要求1所述的组合件，其进一步包括安置于所述多个竖直堆叠的瓷砖中的邻近瓷砖之间且维持所述多个竖直堆叠的瓷砖中的邻近瓷砖之间的竖直间隔的支座。
7.根据权利要求6所述的组合件，其中所述支座包括陶瓷。
8.根据权利要求6所述的组合件，其中所述支座安置于所述多个待烧结部件中所界定的孔口内。
9.根据权利要求1所述的组合件，其进一步包括由耐火金属或金属合金形成的盖。
10.根据权利要求9所述的组合件，其中所述盖包含多个孔口。
11.根据权利要求1所述的组合件，其进一步包括由耐火金属、金属合金中的一个或陶瓷材料形成的顶帽。
12.根据权利要求11所述的组合件，其中所述顶帽被配置成由安置于最上部瓷砖上的支座支撑，所述最上部瓷砖安置于所述烧舟内。
13.根据权利要求1所述的组合件，其中所述烧舟包括钼。
14.根据权利要求13所述的组合件，其中所述烧舟包括钼镧(MoLa)。
15.根据权利要求1所述的组合件，其中所述侧壁包含多个孔口。
16.根据权利要求15所述的组合件，其中所述多个孔口在所述侧壁上均匀地间隔开。
17.根据权利要求15所述的组合件，其中所述多个孔口在所述侧壁上不均匀地分布以调整到所述部件的辐射能量和气流。
18.根据权利要求15所述的组合件，其进一步包括所述侧壁的下部部分中所界定的一个或多个狭槽。
19.根据权利要求1所述的组合件，其中所述多个竖直堆叠的瓷砖各自包含被配置成保持所述多个待烧结部件的多个凹部。
20.根据权利要求1所述的组合件，其中所述侧壁包含狭槽，能够通过所述狭槽接近所述多个竖直堆叠的瓷砖以用于装载和从所述烧舟去除。
21.根据权利要求1所述的组合件，其中所述多个竖直堆叠的瓷砖中的最下部瓷砖相较于所述多个竖直堆叠的瓷砖中的最上部瓷砖具有更大机械强度。
22.根据权利要求21所述的组合件，其中所述多个竖直堆叠的瓷砖中的所述最下部瓷砖相较于所述多个竖直堆叠的瓷砖中的所述最上部瓷砖具有更大厚度或更大密度。
23.根据权利要求1所述的组合件，其中所述多个竖直堆叠的瓷砖中的最下部瓷砖与所述多个竖直堆叠的瓷砖中的最上部瓷砖具有相同厚度。
24.根据权利要求1所述的组合件，其中所述多个竖直堆叠的瓷砖包含至少三个竖直堆叠的瓷砖。
25.根据权利要求1所述的组合件，其中所述多个竖直堆叠的瓷砖中的每一个承载相同数目的所述多个待烧结部件。
26.根据权利要求1所述的组合件，其中所述多个竖直堆叠的瓷砖中的一个相较于所述多个竖直堆叠的瓷砖中的另一个承载不同数目的所述多个待烧结部件。
27.根据权利要求1所述的组合件，其中所述多个待烧结部件中的所述数目的部件在所述多个竖直堆叠的瓷砖中的每一个上定向在相同位置。
28.根据权利要求1所述的组合件，其中所述多个待烧结部件中的所述数目的部件在所述多个竖直堆叠的瓷砖中的一个上相较于在所述多个竖直堆叠的瓷砖中的另一个上定向在不同位置。
29.一种烧结部件的方法，所述方法包括：
将多个所述部件安装在载体内，所述载体包含：
烧舟，其由耐火金属或金属合金形成且包含底座和侧壁；以及
多个竖直堆叠的瓷砖，其安置于所述烧舟内，所述多个竖直堆叠的瓷砖中的每一个经设定大小以承载待通过所述烧结炉烧结的多个部件；以及
使所述载体穿过加热到足以烧结所述部件的温度的烧结炉。
30.根据权利要求29所述的方法，其进一步包括通过压实一种或多种粉末材料来形成所述多个待烧结部件。
31.根据权利要求29所述的方法，其进一步包括通过金属注射模制来形成所述多个待烧结部件。
32.根据权利要求29所述的方法，其进一步包括通过增材制造来形成所述多个待烧结部件。
33.根据权利要求29所述的方法，其进一步包括将所述多个待烧结部件安装在所述多个瓷砖上。
34.根据权利要求33所述的方法，其进一步包括将支座安装在所述多个待烧结部件内所界定的孔口内。
35.根据权利要求34所述的方法，其进一步包括将包含所述多个待烧结部件和支座的所述多个瓷砖堆叠在所述烧舟内。
36.根据权利要求29所述的方法，其进一步包括在比在无烧舟的全密度陶瓷板上使所述部件穿过所述烧结炉的情况下将利用的温度低的温度下操作所述烧结炉。
37.一种改造烧结系统的方法，所述方法包括：
使用包含以下的载体替换用于传送待通过烧结炉烧结的部件的载体：
烧舟，其由耐火金属或金属合金形成且包含底座和侧壁；以及
多个竖直堆叠的瓷砖，其安置于所述烧舟内，所述多个竖直堆叠的瓷砖中的每一个经设定大小以承载待通过所述烧结炉烧结的多个部件。
38.根据权利要求37所述的方法，其进一步包括相较于在改造所述烧结炉之前，在所述烧结炉中每小时生产更多烧结部件。
39.根据权利要求37所述的方法，其进一步包括相较于在改造所述烧结炉之前，在更低温度下操作所述烧结炉。
40.根据权利要求37所述的方法，其进一步包括相较于在改造所述烧结炉之前，在所述烧结炉中在较小尺寸可变性下生产烧结部件。
41.根据权利要求37所述的方法，其进一步包括相较于在改造所述烧结炉之前，在较少堵塞下操作所述烧结炉。
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