[发明专利]一种超声振动活化辅助烧结管式炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种管式烧结炉，尤其涉及一种通过超声波振动活化辅助烧结陶瓷等无机材料的管式电阻烧结炉。

背景技术

烧结是陶瓷等无机材料制备工艺的核心环节。在烧结过程中材料形成独有的晶型结构、颗粒尺寸、形貌以及位错、缺陷等物理和化学特征，从而使材料具备特有的性能。电阻加热式管式烧结炉具有具有安全可靠、操作简单、控温精度高、保温效果好、温度范围大、炉膛温度均匀性高、可选配气氛等特点，广泛应用于大专院校、科研院所、工矿企业等实验和小批量生产。现有管式烧结炉中烧结体或烧结物料位置固定，烧结过程中烧结体或烧结物料只能被动受到热辐射和空气热传导的作用，烧结体或烧结物料各部分受热均匀性差、烧结时反应速度不一致，从而使烧结过程长，烧结体容易出现内部不同区域固溶体或晶粒长大速度相差较大，液相反应、固相反应较慢，产品微观结构波动大，形貌不易控制。组合式烧结可以取得更好的烧结效果，例如授权公告号CN 101482368 B的发明专利《高温旋转管式炉装置》发明了一种高温旋转管式炉，可以使粉末与气氛充分反应，烧结制品环境温度均匀。而授权公告号CN 101701768 B的发明专利《加热球磨一体式管式炉》发明了一种加热球磨一体式管式炉，将球磨处理和高温处理两个工序合为一体，避免合成材料因为转移而被污染，自动化程度高。但这两种管式炉结构较复杂，烧结时处理频率较低。

超声波是一种频率高于20kHz的声波，具有方向性好、穿透能力强、能量集中的特点，传播时可以在传播介质中引发独特的物理现象，如产生机械效应、热效应、空化效应以及化学效应。目前超声波技术在湿化学合成材料的化学制备、处理过程中已有应用。发明专利《超声辅助致密化装置》(公开号CN 101684520A)通过加载超声波高频振动使压坯颗粒之间达到紧密配合，从而使压坯的压制密度提高且分布均匀。超声波具有特有的机械效应、热效应和空化效应，采用超声波技术活化辅助烧结可以细化烧结制品组织、降低烧结制品孔隙率，但目前未见其用在材料的烧结过程中的应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有新材料研发对特种烧结技术的实际需求、超声波技术的优点及管式炉的固有缺陷，设计了一种超声波振动活化辅助烧结的管式烧结炉，其主要包含以下构造：

一种超声振动活化辅助烧结管式炉，包括炉壳、炉管、炉头，发热体，坩埚，变幅杆，变幅杆支撑架，超声波发生器，超声波换能器，其特征是，炉头上设有通气管，炉管中央设有坩埚，坩埚与变幅杆相连，变幅杆另一端与位于炉头外的超声波换能器连接，变幅杆通过变幅杆支撑架固定，变幅杆支撑架通过炉头上的小孔穿过炉头。

所述的超声振动活化轴助烧结管式炉，其特征是，超声换能器、超声波发生器与变幅杆、变幅杆支撑架、坩埚组成超声振动活化装置，变幅杆支撑架通过炉头上的小孔安装并固定，坩埚、变幅杆支撑架和变幅杆的材料包括三氧化二铝、二氧化锆、氧化镁、氧化铍、氮化硼，碳化硼、碳化硅、氮化硅、氮化铝在内的陶瓷、耐高温玻璃或石墨，包括高温合金钢、碳化钨、碳化钛、钛铝合金、不锈钢在内的高温高强度合金。

所述的超声振动活化轴助烧结管式炉，其特征是，炉管包括横式结构和竖式结构，变幅杆以平行于圆柱管的方式方置于管式炉中部，变幅杆与坩埚侧面或底部连接。

所述的超声振动活化辅助烧结管式炉，其特征是，工作温度范围为100℃～1800℃，最高工作温度由管式炉的额定工作温度及坩埚和变幅杆的最高使用温度确定。

所述的超声振动活化辅助烧结管式炉，其特征是，气氛不限于空气气氛，还包括氧气、氩气、氮气等气氛，使用氧气、氩气、氮气等气氛烧结时，通过炉头上的通气管通入烧结气体，通过炉管上另一个炉头上的通气管连接真空泵抽气换气。

所述的超声振动活化辅助烧结管式炉，其特征是，超声换能器为磁致伸缩换能器或压电换能器，超声换能器工作频率为20kHz～100kHz，超声波功率和加载时间通过超声波发生器控制，超声波发生器产生与超声换能器工作频率匹配的电信号，电信号通过超声波换能器转换成超声振动，超声振动通过变幅杆、坩埚传递给坩埚内的待烧样品，使待烧样品在烧结过程中处于超声振动状态，在发热体热辐射等热作用下，待烧样品的物质微粒在高温下高速振动，促进待烧样品晶粒均匀成核长大或者均匀熔化，块状样品微结构均匀、致密，粉状样品均匀分散，样品在微观结构上更加优异。

本发明具有如下的有益效果：