[发明专利]一种高温高压气液联合烧结装置和烧结方法

说明书

本发明公开了一种高温高压气液联合烧结装置，所述装置包括真空系统1、配气增压系统2、水路保护系统3、反应烧结系统4和总体监控系统5。本发明还公开了一种使用上述烧结装置的高温高压气液联合烧结方法以及上述烧结装置的其它应用。本发明的一种高温高压气液联合烧结装置和烧结方法，创新性地发明出高温高压气体和高温高压液体等静压联合烧结的设备和工艺，可显著缩短总体烧结时间，提高被烧结材料的高温性能和使用寿命，降低生产成本，进而使材料可以服役于更加苛刻的环境条件。

技术领域

本发明属于材料烧结技术领域，具体涉及一种高温高压气液联合烧结装置和烧结方法。

背景技术

陶瓷材料或金属基复合材料具有优异的性能特点，被广泛应用于电子产品、汽车生产制造、航空航天领域、军用武器系统等各个方面，随着5G的发展、人工智能的崛起、无人驾驶技术的成熟，必将具有更加广阔的应用前景。

影响陶瓷材料或金属基复合材料应用和推广的主要因素是材料性能和生产成本，这两种因素根本上取决于生产设备和工艺，所以研究开发新型、节能、高效的材料制造设备和生产工艺方法在陶瓷材料和金属基复合材料领域具有重要意义。

烧结设备从作用方式上可分为等静压烧结设备和非等静压烧结设备，而其中常见的多为非等静压烧结。申请号201711454230.5的专利“热压烧结装置、微纳多孔结构的块体热电材料及其制法”中所述烧结装置即是一个典型的热压烧结装置，此装置包括上电极、下电极、水冷真空室和模具组，其中模具组包括模具主体、上压头和下压头，装置工作的时候依靠高温环境中的压头将力作用于压头之间的物料之内，进行烧结。目前，各种真空热压烧结炉的工作原理如出一辙，即将陶瓷、金属或难熔金属化合物的粉末装在预先准备好的热压模具中压实，再把模具和粉末一起放入真空热压烧结炉的加热室内，直接加热成型，这种加工工艺简单方便。但是，所得到的制品容易产生致密度小、强度硬度低、各向异性、高温使用寿命低等缺陷。为了克服传统热压烧结炉的缺陷，人们又在原有装置的基础上增加一些其它力的作用。申请号201811568821.X的专利“一种单向双作用高频振动热压真空烧结炉”中采用高频振动与静载压力组合的方式烧结，在一定程度上提高了烧结产品的性能质量。

相比于热压烧结这一类的非等静压传统烧结方式，等静压烧结具有受力均匀、性能稳定、各向同性等优点。申请号201810569668.6的专利“一种热等静压成型设备”即是集热压和等静压技术优势于一体，具有成型温度低、产品致密、性能优异等特点。申请号201811223957.7的专利“一种基于机械原理的热等静压成型设备及其使用方法”也是利用机械原理提出的一种等静压成型的技术。

据以往的发明和生产实例记载，少有采用液相烧结的装置和方法。申请号201611131470.7的专利“一种液相烧结SiC非线性电阻陶瓷及其制备方法”中以SiC粉体、Al₂O₃粉体和Y₂O₃粉体为原料，制得浆料，浆料喷雾造粒、成型得坯体，坯体脱脂后于常压惰性气氛中，在1800～2000℃下烧结1～2小时，得到所述SiC非线性电阻陶瓷；虽然其过程涉及到液相烧结的原理，但总体看来，其仍属于高温气氛烧结。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种高温高压气液联合烧结装置和烧结方法，创新性地发明出高温高压气体和高温高压液体等静压联合烧结的设备和工艺，可显著缩短总体烧结时间，提高被烧结材料的高温性能和使用寿命，降低生产成本，进而使材料可以服役于更加苛刻的环境条件。

本发明的第一个目的在于提供一种高温高压气液联合烧结装置，所述装置包括真空系统1、配气增压系统2、水路保护系统3、反应烧结系统4和总体监控系统5；其中，

所述反应烧结系统4，包括高温高压炉401，在所述高温高压炉401内盛装高温熔融液体21；

所述真空系统1与所述反应烧结系统4通过管道相互连接，为所述反应烧结系统4的高温高压炉401抽取真空，提供炉内真空环境；