CN206330417U - 一种单向振荡压力的陶瓷材料致密化烧结炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种单向振荡压力的陶瓷材料致密化烧结炉，其特征在于，该烧结炉包括炉体、温控装置、气氛控制装置、冷却装置、单向振荡压力装置和磁栅线位移测量装置；炉体包括炉壳、炉盖和模具，炉壳固定连接炉盖构成加热腔，加热腔内设置有模具；温控装置和气氛控制装置均固定设置在炉体内侧；温控装置用于加热所述炉体并实时测量所述炉体内温度；冷却装置、单向振荡压力装置和磁栅线位移测量装置均固定设置在炉体外侧；冷却装置固定连接炉体的入水口和出水口，且冷却装置电连接温控装置；单向振荡压力装置一端穿过炉盖固定连接模具；磁栅线位移测量装置穿过炉壳接触单向振荡压力装置，本实用新型可广泛应用于陶瓷材料的致密化烧结中。

Description

一种单向振荡压力的陶瓷材料致密化烧结炉

技术领域

本实用新型是关于一种单向振荡压力的陶瓷材料致密化烧结炉，属于先进材料加工设备技术领域。

背景技术

陶瓷材料制备过程中的烧结过程是实现颗粒致密化、赋予材料机械强度的关键步骤，特别是结构陶瓷及硬质合金等材料的熔点较高，往往难以实现烧结致密化，因此对烧结设备及技术提出了较高的要求。目前常用的烧结方法包括常压烧结和热压烧结两种，常压烧结是在大气压力下通过简单的加热传质过程促进材料致密化，烧结材料的致密度不高，往往还含有1～5％体积的气孔。热压烧结是在陶瓷粉末或金属粉末烧结的同时，对粉末施加单向或双向的压力，相比常压烧结可以有效的抑制晶粒生长，促进颗粒的扩散传质进而促进粉末的致密化烧结，使烧结材料达到较高的致密度，可达到99％的相对密度。

但目前的热压烧结设备所提供的压力均为恒定压力，研究表明恒定压力作用下颗粒难以产生滑移重排、气孔难以完全排出，还会形成闭气孔，且纳米粉体自身的高表面能容易自发形成团聚，恒定压力无法消除这些团聚现象，这些缺陷的产生制约了材料致密度以及相应力学性能的提高。此外，目前的烧结设备往往缺乏轴向位移实时监测功能，烧结过程中粉体收缩、材料致密化速率以及炉体内部情况无法及时掌握，材料的致密化过程难以准确把握控制，不利于制定科学合理的烧结制度，从而制约高性能材料的烧结。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能够促进颗粒重排及气孔排出且可以制备高性能材料的单向振荡压力的陶瓷材料致密化烧结炉。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种单向振荡压力的陶瓷材料致密化烧结炉，其特征在于，该烧结炉包括炉体、温控装置、气氛控制装置、冷却装置、单向振荡压力装置和磁栅线位移测量装置；所述炉体包括炉壳、炉盖和模具，所述炉壳固定连接所述炉盖构成加热腔，所述加热腔内设置有用于放置陶瓷材料的所述模具；所述温控装置和气氛控制装置均固定设置在所述炉体内侧；所述温控装置用于加热所述炉体，并实时测量所述炉体内温度；所述气氛控制装置用于使稀有气体充入所述炉体；所述冷却装置、单向振荡压力装置和磁栅线位移测量装置均固定设置在所述炉体外侧；所述冷却装置固定连接所述炉体的入水口和出水口，且所述冷却装置电连接所述温控装置；所述单向振荡压力装置一端穿过所述炉盖固定连接所述模具；所述磁栅线位移测量装置穿过所述炉壳接触所述单向振荡压力装置。

优选地，所述单向振荡压力装置包括压头、液压缸和振荡压力控制模块，其中，所述振荡压力控制模块包括电液伺服阀、恒定压力控制器和动态压力控制器；所述压头一端固定连接所述模具，所述压头另一端穿过所述炉盖固定连接所述液压缸，所述液压缸分别通过所述恒定压力控制器和动态压力控制器连接所述电液伺服阀。

优选地，所述电液伺服阀输出的恒定压力范围为0～100T，动态压力范围为0～5T，可调频率范围0～3Hz。

优选地，所述压头采用抗压强度为70MPa的等静压石墨。

优选地，所述温控装置包括加热体、温度传感器、加热组件和PLC控制器；所述加热体固定设置在所述加热腔内用于加热所述炉体内陶瓷材料；所述温度传感器固定设置在所述炉壳上用于测量所述炉体内温度；所述加热组件分别电连接所述加热体和温度传感器；所述PLC控制器分别电连接所述温度传感器和冷却装置。

优选地，所述磁栅线位移测量装置包括磁头、磁栅线位移传感器和位移显示器；所述磁头一端接触所述压头，所述磁头另一端穿出所述炉壳通过所述磁栅线位移传感器连接所述位移显示器。

优选地，所述炉壳为夹层双壁水冷结构，所述模具采用碳/碳复合材料或抗压强度70MPa的等静压石墨。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型由于设置有单向振荡压力装置，能够提供大小与频率可控的振荡压力，从而促进颗粒重排和气孔排出。2、本实用新型的磁栅线位移测量装置能够实时采集颗粒收缩数据，从而获得粉体的烧结致密化曲线，制备出高密度、高强度、高可靠性的先进材料。3、本实用新型采用高纯高强石墨材料制成石墨压头、采用高纯高强石墨和碳/碳复合材料制成模具，能够承受耦合压力并延长服役寿命，可以广泛应用于陶瓷材料的致密化烧结中。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型单向振荡压力装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本实用新型进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本实用新型，它们不应该理解成对本实用新型的限制。

如图1～2所示，本实用新型的单向振荡压力的陶瓷材料致密化烧结炉包括炉体1、温控装置、气氛控制装置3、冷却装置4、单向振荡压力装置5和磁栅线位移测量装置6，其中，炉体1包括炉壳11、炉盖12和模具13。

炉壳11顶部固定连接炉盖12构成加热腔，加热腔中部设置有模具13，用于放置陶瓷材料。

温控装置和气氛控制装置3均固定设置在炉体1内侧，温控装置用于加热炉体1，并实时测量炉体1内温度，气氛控制装置3用于使氮气或氩气自由充入炉体1内部。

冷却装置4、单向振荡压力装置5和磁栅线位移测量装置6均固定设置在炉体1外侧；冷却装置4通过固定设置在炉壳11上的入水口和出水口固定连接炉体1，且冷却装置4电连接温控装置；单向振荡压力装置5一端穿过炉盖12固定连接模具13；磁栅线位移测量装置6一端穿过炉壳11接触炉体1内的单向振荡压力装置5。

在一个优选的实施例中，炉壳11为夹层双壁水冷结构，模具13可以采用抗压强度为70MPa的等静压石墨或碳/碳复合材料。

在一个优选的实施例中，温控装置包括加热体、温度传感器21、加热组件和PLC控制器；加热体固定设置在加热腔内，用于加热炉体1内陶瓷材料。炉壳11上固定设置有温度传感器21，温度传感器21用于测量炉体1内温度。加热组件分别电连接加热体和温度传感器21，加热组件用于根据温度传感器21测量的温度信号控制加热体的加热功率。PLC控制器分别电连接温度传感器21和冷却装置4，PLC控制器用于根据温度传感器21测量的温度信号控制冷却装置4中冷却水的进入和排出。

在一个优选的实施例中，单向振荡压力装置5包括压头51、液压缸52和振荡压力控制模块53，其中，振荡压力控制模块53包括电液伺服阀531、恒定压力控制器532和动态压力控制器533；压头51一端固定连接模具13，压头51另一端穿过炉盖12固定连接液压缸52，液压缸52分别通过恒定压力控制器532和动态压力控制器533连接电液伺服阀531，电液伺服阀531接收液压缸52向恒定压力控制器532发送的恒定压力信号以及向动态压力控制器533发送的动态压力信号后，根据接收到的恒定压力信号和动态压力信号分别调节输入到液压缸52的恒定压力和动态压力，恒定压力和动态压力在液压缸52内有效叠加耦合，从而产生待烧结材料所需频率和振幅可调的单向振荡压力，进而促进陶瓷材料烧结过程中的滑移、重排以及气孔的排出。

在一个优选的实施例中，电液伺服阀531输出的恒定压力范围为0～100T，动态压力范围为0～5T，可调频率范围0～3Hz。

在一个优选的实施例中，压头51可以采用等静压高强石墨，抗压强度70MPa。

在一个优选的实施例中，磁栅线位移测量装置6包括磁头61、磁栅线位移传感器62和位移显示器63；磁头61一端接触压头51，磁头61另一端穿出炉壳11通过磁栅线位移传感器62连接位移显示器63，磁头用于在压头51的压力点上采集轴向位移信号，并将获得的轴向位移信号通过磁栅线位移传感器62输送至位移显示器63进行实时显示，并通过轴向位移数据得到粉体收缩量，进而计算出粉体的烧结收缩率。

下面以氧化锆陶瓷粉体为具体实施例详细说明本实用新型单向振荡压力的陶瓷材料致密化烧结炉的使用方法：

1)开启本实用新型单向振荡压力的陶瓷材料致密化烧结炉，将配好的氧化锆陶瓷粉体放入模具13内，将模具13置入加热腔内，关紧炉体1，通过气氛控制装置3进行真空操作并通过冷却装置4对炉体1内部进行冷却。

2)通过温控装置中的PLC控制器设定烧结制度，包括升温速率、升温时间、振荡压力振幅以及振荡压力频率等，并通过气氛控制装置3向炉体1内通入氩气。

3)开始在加热条件下进行单向振荡压力控制的陶瓷烧结，温控装置的最高温度选择1500℃，升温速率选择15℃/分钟；单向振荡压力装置5的振荡压力选择30MPa的恒定压力和5MPa的动态压力，振幅选择2Hz，烧结过程中通过磁栅线位移测量装置6实时监控氧化锆陶瓷粉体的轴向位移数据并进行显示。

4)待烧结过程结束后，卸压并关闭本实用新型单向振荡压力的陶瓷材料致密化烧结炉。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种单向振荡压力的陶瓷材料致密化烧结炉，其特征在于，该烧结炉包括炉体、温控装置、气氛控制装置、冷却装置、单向振荡压力装置和磁栅线位移测量装置；

所述炉体包括炉壳、炉盖和模具，所述炉壳固定连接所述炉盖构成加热腔，所述加热腔内设置有用于放置陶瓷材料的所述模具；

所述温控装置和气氛控制装置均固定设置在所述炉体内侧；所述温控装置用于加热所述炉体，并实时测量所述炉体内温度；所述气氛控制装置用于使稀有气体充入所述炉体；

所述冷却装置、单向振荡压力装置和磁栅线位移测量装置均固定设置在所述炉体外侧；所述冷却装置固定连接所述炉体的入水口和出水口，且所述冷却装置电连接所述温控装置；所述单向振荡压力装置一端穿过所述炉盖固定连接所述模具；所述磁栅线位移测量装置穿过所述炉壳接触所述单向振荡压力装置。

2.如权利要求1所述的一种单向振荡压力的陶瓷材料致密化烧结炉，其特征在于，所述单向振荡压力装置包括压头、液压缸和振荡压力控制模块，其中，所述振荡压力控制模块包括电液伺服阀、恒定压力控制器和动态压力控制器；所述压头一端固定连接所述模具，所述压头另一端穿过所述炉盖固定连接所述液压缸，所述液压缸分别通过所述恒定压力控制器和动态压力控制器连接所述电液伺服阀。

3.如权利要求2所述的一种单向振荡压力的陶瓷材料致密化烧结炉，其特征在于，所述电液伺服阀输出的恒定压力范围为0～100T，动态压力范围为0～5T，可调频率范围0～3Hz。

4.如权利要求2所述的一种单向振荡压力的陶瓷材料致密化烧结炉，其特征在于，所述压头采用抗压强度为70MPa的等静压石墨。

5.如权利要求1～4任一项所述的一种单向振荡压力的陶瓷材料致密化烧结炉，其特征在于，所述温控装置包括加热体、温度传感器、加热组件和PLC控制器；所述加热体固定设置在所述加热腔内用于加热所述炉体内陶瓷材料；所述温度传感器固定设置在所述炉壳上用于测量所述炉体内温度；所述加热组件分别电连接所述加热体和温度传感器；所述PLC控制器分别电连接所述温度传感器和冷却装置。

6.如权利要求1～4任一项所述的一种单向振荡压力的陶瓷材料致密化烧结炉，其特征在于，所述磁栅线位移测量装置包括磁头、磁栅线位移传感器和位移显示器；所述磁头一端接触所述压头，所述磁头另一端穿出所述炉壳通过所述磁栅线位移传感器连接所述位移显示器。

7.如权利要求1～4任一项所述的一种单向振荡压力的陶瓷材料致密化烧结炉，其特征在于，所述炉壳为夹层双壁水冷结构，所述模具采用碳/碳复合材料或抗压强度为70MPa的等静压石墨。