專利名稱：超高溫燒結熱等靜壓裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于用金屬粉末制造工件或制品的專用設備領域，主要涉及熱等靜壓裝置。
熱等靜壓裝置是在高溫(≥1000℃)和高壓(≥100MPa)下利用帕斯卡定律使金屬粉末制品成型及致密化的一種設備。燒結熱等靜壓裝置是在裝置中設有真空燒結設備，先將金屬粉末進行真空燒結，去除粉末間的氣體和揮發(fā)物，再進行熱等靜壓燒結，使制品達到成型化及致密化。真空燒結溫度一般1150～1500℃，工作壓力為3～10MPa。
目前，已有美國、日本、德國和瑞典等國家開發(fā)了燒結熱等靜壓裝置。中國專利申請94106368.2提供了一種燒結熱等靜壓裝置及其冷卻方法。該裝置的燒結溫度為1200～1800℃；工作壓力為3～10MPa；而且對燒結和施壓之后的制品實行快速冷卻，從而保證了制品的質量。
近年來，隨著金屬陶瓷、結構陶瓷、高溫陶瓷技術的迅猛發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化，普遍認為采用燒結熱等靜壓生產(chǎn)工藝生產(chǎn)上述產(chǎn)品更為經(jīng)濟合理，同時，對燒結及熱等靜壓的溫度、以及溫度和壓力配比參數(shù)的要求也越來越高。顯然，現(xiàn)有的燒結熱等靜壓裝置的工作溫度和溫度與壓力的配比均滿足不了要求。其主要原因之一是對1800℃以上的高溫難于準確測量。
在測溫方面，現(xiàn)有的燒結熱等靜壓裝置采用如下兩種方法測溫(1)、接觸式測溫方法，即將雙鉑銠或鎢錸系列熱電偶引入到爐內(nèi)，熱電偶感溫后將溫度信號傳送到控溫儀表。但當爐溫達到1800℃以上時，難于準確測溫。
(2)、光學測溫方法，利用遠紅外測溫。它的工作原理是在加熱爐外放置一個感光元件，光線經(jīng)聚焦后傳送到光電轉換器上，轉換成溫度信號進入二次測溫儀表，測量其溫度。但它存在如下缺點(1)受爐外環(huán)境(如氣氛)影響很大；(2)一旦透光鏡上有污物，不能準確測溫，反映實際溫度；(3)不能在工作壓力＞1.0MPa的條件使用。
本發(fā)明的目的在于提供一種既能在超高溫高壓下工作，又能準確測量其高溫的超高溫燒結熱等靜壓裝置。
針對上述目的，本發(fā)明采用的主要技術方案是在燒結熱等靜壓裝置內(nèi)配備了一套超高溫光導測溫系統(tǒng)。感溫元件置于承壓容器內(nèi)，其被測點的溫度以波的方式發(fā)射、傳播，聚焦鏡將感溫元件發(fā)射的光波聚焦于光導纖維的端部，以使其獲得最大的光通量，光電轉換器將由光導纖維傳輸來的光信號轉換為電信號，并以mV或mA的形式傳送至二次儀表，完成整個測溫過程。
將結合附圖，對本發(fā)明作詳細說明。
附

圖1為本發(fā)明超高溫燒結熱等靜壓裝置的結構示意圖。
附圖2為超高溫測溫原理示意圖。
圖中，1為下法蘭，2為螺栓，3、8為高壓密封圈，4為支承板，5為承壓容器，6為支墊，7為卡箍，9為加熱體，10為隔熱屏，11為上蓋，12為恒溫箱，13為感溫元件，14為聚焦盒，15為聚焦鏡，16為聚焦鏡固定座，17為高溫光導纖維，18、21為保護套，19為高壓密封體，20為普通光導纖維，22為接頭，23為光電轉換器，24為專用導線，25為溫度顯示儀，26為真空計，27為真空機組，28、31、32為閥體，29為管道，30為壓力表，33為壓力源，34為控制柜，35為電極，36為焦點。
其中，由感溫元件13，聚焦盒14、聚焦鏡15、聚焦鏡固定座16、高溫光導纖維17、保護套18、21、高壓密封體19、普通光導纖維20、接頭22、光電轉換器23、專用導線24和溫度顯示儀25組成超高溫光導測溫系統(tǒng)。
感溫元件13放置于加熱體9和恒溫箱12之間，并固定在支墊6上，聚焦鏡15通過聚焦鏡固定座16也固定在支墊6上，高溫光導纖維17的一端置于聚焦鏡15的焦點36上，另一端穿過高壓密封體19被引出承壓容器5之外，與普通光導纖維20相接，而普通光導纖維20的另一端通過接頭22與光電轉換器23相接，光電轉換器23通過專用導線24與溫度顯示儀25相連。
感溫元件13為長形體，其中心線與聚焦鏡15的中心線相重合。
另外，隔熱屏10為倒U形結構，它將加熱體9、恒溫箱12及感溫元件13自上而上罩住，以防止內(nèi)部熱量向外散失。
超高溫光導測溫系統(tǒng)的測溫原理和過程如圖2所示。本發(fā)明為接觸式光導測溫方式。感溫元件13將周圍加熱體9和恒溫箱12的溫度接收和感受，并將該溫度信號以光波形式準確地輻射到聚焦鏡15上，高溫光導纖維17的一端正好處于聚焦鏡15的焦點36上，即溫度信號匯聚在焦點36上，然后通過高溫光導纖維17和普通光導纖維20將溫度信號傳送至光電轉換器23，將溫度信息轉換成電信號經(jīng)專用導線24，再傳送至溫度顯示儀25，完成整個測溫過程。
光導纖維具有電絕緣、抗電磁干擾、耐腐蝕、易彎曲等特點，能在十分苛刻、惡劣的環(huán)境下工作。該光導纖維只起傳送信號的作用，為非功能型光導纖維，所以需要另加敏感元件。
本發(fā)明超高溫燒結熱等靜壓裝置的工作過程如下打開上蓋11，取出隔熱屏10，打開恒溫箱12的上端蓋，將要燒制的制品坯放入到恒溫箱內(nèi)，蓋上恒溫箱的上端蓋，放入隔熱屏10，關閉上蓋11，啟動真空機組27，抽真空，觀察真空計，當真空度達到≤6Pa時，啟動控制系統(tǒng)34，向爐內(nèi)送電升溫，開始進行真空燒結工藝。當溫度升到設定值后，停止抽真空，啟動供氣系統(tǒng)壓力源33，向爐內(nèi)充入惰性氣體，繼續(xù)升溫，當溫度和壓力達到設定值后，停止充氣和升溫，進行保溫保壓工藝，即超高溫燒結熱等靜壓工藝。整個工藝結束后，開始進入冷卻階段，首先控制冷卻，使冷卻速度按設計要求進行?？刂评鋮s結束后實施自然冷卻，當爐溫≤150℃時，放氣卸壓，壓力卸為零后，打開上蓋11，取出隔熱屏10，打開恒溫箱上蓋12，將燒成的制品從恒溫箱中取出，完成整個操作過程。
在整個操作過程中，超高溫光導測溫系統(tǒng)應穩(wěn)定地測出各段的溫度。
由于本發(fā)明采用了超高溫光導測溫系統(tǒng)和加壓設備，故可在高溫高壓下工作。
工作溫度為1200～1800℃和1801～3000℃范圍。
工作壓力為3～10MPa和11～300MPa范圍。
能夠準確測量高達3000℃的溫度。
即既可在一般燒結熱等裝置的常規(guī)溫度和壓力下工作，也可在高溫高壓下工作。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)、能夠在高壓及高溫狀態(tài)下采用接觸式測溫，測溫準確度高；(2)、由于光導纖維的傳輸損耗很小，所以溫度信號傳輸幾乎沒有損失，測溫精度高于±1％；(3)、使在高壓狀態(tài)下，測量溫度從室溫到2000℃～3000℃成為可能；能夠完全滿足結構陶瓷和高溫陶瓷之類的高溫燒結的要求。
(4)、測溫精度不受爐內(nèi)氣氛的影響；(5)、測溫系統(tǒng)性能穩(wěn)定，壽命長，同時更換容易。
實施例在本發(fā)明所述的超高溫燒結等靜壓裝置上，采用高溫燒結熱等靜壓工藝，制備了三批陶瓷制品。三批陶瓷制品的原料、真空燒結和保溫保壓參數(shù)如表1所示；制品制備后，對其力學性能進行了測試，測試結果如表2所示。
表1實施例陶瓷制品所用原料及制備工藝參數(shù)
表2實施例陶瓷制品的力學性能
權利要求
1.一種超高溫燒結熱等靜壓裝置，包含下法蘭(1)、高壓密封圈(3、8)、支承板(4)、承壓容器(5)、支墊(6)、卡箍(7)、加熱體(9)、隔熱屏(10)、上蓋(11)、恒溫箱(12)、真空計(26)、真空機組(27)、壓力源(33)、控制柜(34)和電極(35)，其特征在于該裝置含有一套由感溫元件(13)、聚焦盒(14)、聚焦鏡(15)、聚焦鏡固定座(16)、高溫光導纖維(17)、保護套(18、21)、高壓密封體(19)、普通光導纖維(20)、接頭(22)、光電轉換器(23)、專用導線(24)和溫度顯示儀(25)組成的超高溫光導測溫系統(tǒng)；感溫元件(13)放置于加熱體(9)和恒溫箱(12)之間，并固定在支墊(6)上，聚焦鏡(15)通過聚焦鏡固定座(16)也固定在支墊(6)上，高溫光導纖維(17)的一端置于聚焦鏡(15)的焦點上，另一端穿過高壓密封體(19)，被引出承壓容器(5)之外與普通光導纖維(20)相接，而普通光導纖維(20)的另一端通過接頭(22)與光電轉換器(23)相接，光電轉換器(23)通過專用導線(24)與溫度顯示儀(25)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于感溫元件(13)為長形體。
3.根據(jù)權利要求1和2所述的裝置，其特征在于感溫元件(13)的中心線與聚焦鏡(15)的中心線相重合。
全文摘要
本發(fā)明屬于粉末制品專用設備領域，提供了一種超高溫熱等靜壓裝置。該裝置除主要含有下法蘭、支承板、承壓容器、支墊、加熱體、隔熱屏、上蓋、恒溫箱、真空機組和壓力源外，還含有一套由感溫元件、聚焦盒、聚焦鏡、高溫光導纖維、保護套、高壓密封體、接頭、光電轉換器和溫度顯示儀組成的超高溫光導測溫系統(tǒng)。能夠準確測量高達3000℃的溫度，使該裝置可在高溫高壓下工作，完全可以滿足高溫陶瓷之類的高溫燒結的要求。
文檔編號B22F3/14GK1127685SQ9511833
公開日1996年7月31日 申請日期1995年11月16日 優(yōu)先權日1995年11月16日
發(fā)明者張德明, 陳宏霞, 王偉民, 姚敏言, 朱復榴, 張志恒, 徐寧昌 申請人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院