[发明专利]一种可调压振动式热压烧结炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于热压烧结法制备各种粉末冶金材料制品的可调压振动式热压烧结炉的设计。

背景技术

由于硬质合金、陶瓷等粉末冶金材料具有明显不同于金属材料的独特性质：硬度高、化学稳定性好、耐腐蚀、耐磨损等，以及其在电子学、军工、化工、陶瓷、机械加工和矿由设备等诸多方面的重要价值，引起了世界各国科学工作者的浓厚兴趣。在制备粉末冶金材料制品的各种方法中热压烧结法是一种非常有效的方法。热压烧结法是指在一定的高温下，对样品施加一定的压力，使坯体粉粒中的质点在受高温作用的同时还受到外加机械力的作用，促进毛坯中不同粉粒间的接触与扩散，使得粉料重排，粒界发生滑移，大的堆集间隙被填充，气孔破排除，从而提高其反应速度和样品的致密度。采用热压烧结法可缩短制品保温时间、降低烧结温度，采取一定的措施还可减少挥发性物质的挥发。通过抽真空或通入不同的保护性气体，还可实现真空烧结或气体保护烧结。现有的热压烧结方法有反应烧结，常压烧结，热压烧结，热等静压烧结，还有电火花烧结等。

热压烧结法是制造粉末冶金材料制品的一种有效方法，也是一种极具工业化生产潜力的方法。然而，目前采用的各种热压烧结方法存在一个明显的缺陷：采用现有的烧结设备如果想进一步提高制品的致密度，必须提高烧结温度或烧结压力，导致消耗更多的能源，增加了烧结的成本。

发明内容

本发明报道了一种新型的用于制备硬质合金、陶瓷等粉末冶金材料制品的可调压振动式热压烧结炉。其主要特征是：在加压烧结过程中，可控制烧结压力的大小进行变化，实现烧结压力的反复加载和卸载，从而实现可调压振动烧结；烧结物料在振动烧结的情况下可进一步提高烧结密度，实现机械能转化为烧结能。

该烧结炉在原有普通热压烧结炉的基础上，在炉子底部增加了一套可调压振动装置，压力振动的频率和振幅通过控制系统可以进行调整。它具备了高温炉、真空可控气氛炉及可调压振动烧结生产的三大特点，大大提高了制品的烧结密度和力学性能。该烧结炉在结构上实现了热压烧结炉和可调压振动装置的结合；在工艺过程上实现了热压烧结过程中的可调振动加压方式。在相同的烧结温度和最大烧结压力下具有烧结时间短，烧结密度高等特点；或在达到相同制品烧结密度的要求下，能够降低烧结时间或烧结温度，从而提高生产率，降低能源消耗。由于这些优点使该烧结炉在用烧结法制备粉末冶金制品的生产中有广泛的应用潜力。

发明人根据现阶段热压烧结法制备包括硬质合金和陶瓷等粉末冶金材料制品生产设备的现状，发明了一种可调压振动式热压烧结炉，能够进一步提高粉末冶金材料制品的烧结密度和力学性能。首先提出了可调压振动式热压烧结炉原理方案，并进行了可行性的分析，最终完成了可调压振动式热压烧结炉的结构设计。可调压振动式热压烧结炉包括炉体装置、可调压振动装置和控制系统三部分以及相关辅助设备，其中可调压振动装置和炉体装置共同使用是关键。可调压振动装置包括动力机构、振动发生装置、加压装置，动力机构由交流变频调速电机、三角带、带轮组成，振动发生装置由轴、轴承及轴承座、偏心轮、导柱、导向板组成，加压装置由流压油缸、活塞杆、冷却及密封系统组成。炉体装置采用双层水冷式焊接结构，高质量的硅酸铝耐火纤维做隔热材料，配备了供气系统、真空系统、冷却系统、炉门开关、炉体密封系统等。

本发明的工作原理：

首先打开炉盖，把装有原料的模具放入炉室，关闭炉盖，对炉室进行抽真空和/或通入惰性气体(或其它保护性气体)，之后由加压装置对炉室中模具内的物料进行加压(也可同时通电加热)，压力、温度达到一定数值后，启动可调压振动装置的动力机构和振动发生装置，振动发生装置产生不同频率和振幅的位移和压力振动，此振动通过加压装置中的活塞杆传递到模具内的物料中，使物料在振动压力的作用下完成烧结，从而使制品的致密程度提高。烧结结束后，关闭可调压振动装置，待炉温下降到一定程度后，停止抽真空(或关闭保护气体)。炉温下降到室温左右时，打开炉盖，取出制品。

附图说明

图1为本发明的可调压振动式热压烧结炉主视图。

图2为本发明的可调压振动式热压烧结炉A-A剖视图。

图中标号：1-交流变频调速电机、2-三角带及带轮、3-导向板、4-导柱、5-加压装置、6-模具、7-电极、8-反射屏、9-观察窗、10-炉室、11-炉盖、12-框架、13-手轮丝杠压紧机构、14-热电偶、15-连接耳、16-密封垫、17-上加压杆、18-抽真空法兰盘、19-物料室、20-轴、21-偏心轮、22-轴承及轴承座。

具体实施方法

下面结合说明书附图对本发明作进一步介结，并不是对本发明的限制。首先人工松开手轮丝杠压紧机构13到合适位置，打开炉盖11，把装有原料的模具7放入炉室10，关闭炉盖11，旋紧手轮丝杠压紧机构13到合适位置压紧炉盖11，再拧紧连接耳上的螺栓，这样炉室10就处于密封状态。通过抽真空法兰盘18对炉室10进行抽真空和/或通入惰性气体(或其它保护性气体)，启动加压装置5对炉室10中模具7内的物料进行加压(也可同时通电加热)，待到物料压力、温度达到一定数值后，启动效流变频电机1，交流变频电机1的速度是可以根据需要调整的，它通过三角带和带轮带动轴20上的偏心轮21转动，偏心轮的转动带动安装在导向板3上的加压装置5沿着导向柱方向产生了位移振动，加压装置5的压力是通过液压系统可调的，加压装置5上的活塞杆将这种位移和压力振动传递到模具内的物料中，使物料在振动压力的作用下完成烧结，从而使制品的致密度提高。烧结结束后，待炉温下降到一定程度后，停止抽真空(或关闭保护气体)。炉温下降到室温左右时，打开炉盖，取出制品。