專利名稱：粉末冶金制品的空心陰極放電燒結(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金范疇。
粉末冶金制品的燒結(jié)工序，是決定粉末冶金質(zhì)量的關(guān)鍵工序之一。目前，已有的燒結(jié)加熱方法主要有火焰加熱、電阻發(fā)熱體加熱、感應(yīng)加熱等。上述各類燒結(jié)方法都不同程度地存在著一些不足之處。如利用電阻發(fā)熱體和火焰加熱，一般只能加熱到1300℃以下。用鎢絲或鉬絲作為電阻發(fā)熱體，雖然可以加熱到較高溫度，但支撐發(fā)熱體的絕緣材料卻只能在2000℃以下使用，而且這類設(shè)備大都體積龐大，耗能很多。感應(yīng)加熱的方法雖然可以加熱到3000℃的高溫，但是由于感應(yīng)加熱電源裝置及感應(yīng)器等輔助設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價頗高，同時有效功率低，且不能適用于任意形狀的粉末零件。對壓坯直接通以低電壓大電流加熱方法，雖然作為現(xiàn)今對高熔點(diǎn)金屬，如鎢、鉬、鈮、鉭等燒結(jié)的有效方法，但也存在電能耗損大，燒結(jié)成品率低，加熱溫度不均勻以及只能燒結(jié)棒料，不能燒結(jié)任意形狀的零件等缺點(diǎn)。所以，迄今為止，直接用燒結(jié)的方法制造鎢、鉬、鈮、鉭等高熔點(diǎn)金屬或合金的粉末冶金零件還是相當(dāng)困難的。
稀薄氣體中的輝光放電現(xiàn)象，早為人們所知。其實質(zhì)是在一個設(shè)置有陽極和陰極并充有稀薄氣體的真空容器中，陰陽極間的氣體受電場作用下的電子碰撞而電離，從而形成電子向陽極運(yùn)動和正離子向陰極運(yùn)動的一種氣體放電現(xiàn)象。在輝光放電中，陰極表面附近有一個電位陡降區(qū)，稱為陰極位降區(qū)。陰極位降區(qū)的電位差相當(dāng)于陰陽極間電位差的90～95%以上，正離子在陰極位降區(qū)被加速后，以很大的能量轟擊陰極表面。在一般情況下，離子所具有的能量除少部分用于產(chǎn)生陰極濺射外，大部分都轉(zhuǎn)化為熱能，使陰極溫度上升。尤其當(dāng)陰極形狀為平行板狀或圓筒狀，并且兩板間距離或圓筒的內(nèi)徑大于所充入氣體原子或分子的平均自由程時，就會發(fā)生強(qiáng)烈的輝光放電，可使電流強(qiáng)度達(dá)到幾十安或數(shù)百安。這種現(xiàn)象稱為空心陰極效應(yīng)，空心陰極放電的結(jié)果，可使陰極溫度迅速達(dá)到3000℃以上。
到目前為止，輝光放電及其空心陰極效應(yīng)，主要用于各類光源或空心陰極管以及陰極濺射。此外，應(yīng)用輝光放電的方法還發(fā)展了輝光離子氮化、離子滲碳、離子碳氮共滲和輝光離子滲金屬等離子化學(xué)熱處理工藝。
本發(fā)明的目的是利用輝光放電時的空心陰極效應(yīng)，正離子對陰極轟擊所產(chǎn)生的熱，進(jìn)行粉末金屬及其合金制品、陶瓷、石墨制品等進(jìn)行燒結(jié)或同時進(jìn)行離子化學(xué)熱處理的工藝方法。
本發(fā)明采用一個可以抽真空并能充入所需要的氣體，以形成一定壓力的密封容器。其極限真空不低于10-1帕，通入工作氣體后，其氣壓值可在10～8×102帕范圍內(nèi)變動。在該容器中設(shè)有陽極和陰極。被燒結(jié)或同時進(jìn)行離子化學(xué)熱處理的具有導(dǎo)電性的粉末制品直接放在陰極上，使制品與制品之間或制品與輔助裝置之間形成空心陰極。制品表面如欲進(jìn)行滲碳、氮化或滲入其它元素時，可在燒結(jié)的同時或后期通入所需的氣體介質(zhì)，氣體介質(zhì)被電離后，正離子奔向制品表面，從而實現(xiàn)化學(xué)熱處理。對不導(dǎo)電的陶瓷制品，可在其周圍放置導(dǎo)電材料，如石墨、金屬等以構(gòu)成空心陰極。在陰極和陽極之間設(shè)置0～1500伏的可調(diào)直流電源。
本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果1.可以燒結(jié)各種形狀及各種材料的粉末制品。
現(xiàn)有的各種燒結(jié)方法只能分別用于某些材料的粉末制品，對高熔點(diǎn)材料，如鎢、鉬、鈮、鉭及其合金，只能燒結(jié)形狀簡單的棒料或板料?？招年帢O放電燒結(jié)方法，其溫度從室溫到3000℃可以連續(xù)調(diào)節(jié)控制，適用于各種形狀及各種材質(zhì)的粉末制品。
2.不用外加熱源，省電節(jié)能。
現(xiàn)有的燒結(jié)方法，基本上是通過發(fā)熱體來加熱粉末制品的，設(shè)備體積大，耗能多?？招年帢O放電燒結(jié)方法是通過粉末制品自身發(fā)熱進(jìn)行燒結(jié)的，因此加熱功率利用率高，設(shè)備體積小，耗能少。
3.燒結(jié)的同時可進(jìn)行各種化學(xué)熱處理。
輝光放電燒結(jié)方法，在燒結(jié)的同時，可將化學(xué)熱處理所需的介質(zhì)通入爐內(nèi)，便可進(jìn)行化學(xué)熱處理。
為了進(jìn)一步闡明本發(fā)明的特征及其實施方法，下面結(jié)合附圖
，并以燒結(jié)鎢棒為例加以說明。將φ15×500的鎢棒壓坯(1)放置在由作為陽極的真空容器殼體(2)和反輻射屏構(gòu)成的真空室內(nèi)的陰極(3)上，并使棒料之間或棒料與輔助板(4)之間形成一定的間隔d，d值可在30～5毫米范圍內(nèi)變動，一般采用20～8毫米。將真空室抽真空至10-1帕后，充入氬氣或氬氣和氫氣的混合氣體，其氣壓值控制在10～8×102帕的范圍內(nèi)，具體工作氣壓可根據(jù)工藝要求變動，常用氣壓為3×10～4×102帕。當(dāng)充入氣體達(dá)到所需氣壓時，接通直流電源使其產(chǎn)生空心陰極放電，使壓坯溫度升高到2800℃～3000℃。根據(jù)工藝要求直流電壓可在0～1500V內(nèi)調(diào)節(jié)，常用電壓為250～1000伏。
權(quán)利要求
1.粉末冶金制品的空心陰極放電燒結(jié)方法屬粉末冶金范疇。它是一種在可以抽成真空、并能充入所需氣體介質(zhì)的密封容器內(nèi)，利用空心陰極放電時離子轟擊陰極表面使陰極溫度升高的現(xiàn)象，對作為陰極的粉末制品進(jìn)行燒結(jié)或同時進(jìn)行離子化學(xué)熱處理的工藝方法。其特征是在該真空容器內(nèi)設(shè)有陽極、陰極，被燒結(jié)的制品置于陰極上，使制品之間或制品與輔助裝置之間構(gòu)成空心陰極。在陰極和陽極之間設(shè)置一套可調(diào)直流電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，被燒結(jié)的制品可以是金屬、合金、金屬陶瓷、石墨和陶瓷等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，其中所述的真空容器所能達(dá)到的真空度高于10-1帕。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，其中所述的充入氣體，可以是氫氣、氬氣、氨氣、氮?dú)?、碳?xì)浠衔餁怏w，金屬蒸汽或含有金屬的氣體等的單一氣體或其中幾種氣體的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，對粉末制品進(jìn)行燒結(jié)時，還可以同時進(jìn)行如滲碳、氮化、滲硼、滲金屬或多元復(fù)合滲等化學(xué)熱處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1，空心陰極放電時氣壓值可在10～8×102帕的范圍內(nèi)變動，常用氣壓值為10～4×102帕。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，其中所述的可調(diào)直流電源設(shè)有滅弧裝置，其直流電壓可調(diào)范圍為0～1500伏，常用電壓范圍為250～1000伏。
8.根據(jù)權(quán)利要求1，其中所述的粉末制品在陰極底盤上的放置位置，形成空心陰極放電時，制品之間的間隔或每層之間的間隔應(yīng)為30～5毫米，一般常采用20～8毫米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1和2，其中所述的不導(dǎo)電的陶瓷制品燒結(jié)時，可在其周圍設(shè)置和陰極底盤相接觸的金屬或石墨片之類的輔助裝置。
全文摘要
本發(fā)明屬于粉末冶金范疇。本發(fā)明的目的是利用空心陰極放電時，正離子對陰極的轟擊所產(chǎn)生的熱來燒結(jié)粉末冶金制品。其方法是將欲燒結(jié)的粉末制品置于設(shè)有陰極的真空容器內(nèi)的陰極上，通過空心陰極放電使制品自身發(fā)熱進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)溫度由室溫至3000℃連續(xù)可控，升溫速度快，設(shè)備體積小，節(jié)能省電。燒結(jié)的粉末制品不受形狀和材質(zhì)的限制。燒結(jié)的同時還可進(jìn)行離子化學(xué)熱處理，如滲碳、氮化、滲硼、滲金屬等。
文檔編號B22F3/10GK1044609SQ8910060
公開日1990年8月15日 申請日期1989年1月30日 優(yōu)先權(quán)日1989年1月30日
發(fā)明者王從曾, 蘇永安, 高兆祖, 唐賓, 徐重 申請人:太原工業(yè)大學(xué)