一種步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明針對現(xiàn)有電阻燒結(jié)爐的固有缺陷及無機新材料的研發(fā)對特種燒結(jié)技術(shù)的需求，設計了一種步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐，包括爐殼及內(nèi)置于爐殼的爐膛，周圍雙側(cè)或單側(cè)分布的發(fā)熱體，遮擋罩，載物坩堝，坩堝支撐架，遮擋支撐桿，支撐桿固定架，步進／伺服電機。步進／伺服電機輸出的步進頻率下的步進位移帶動遮擋罩周期性移動，使發(fā)熱體作用到樣品上的輻射傳熱和對流傳熱在燒結(jié)過程中處于周期性的被遮擋罩遮擋狀態(tài)，使樣品的溫度根據(jù)步進頻率及樣品不同呈現(xiàn)5oC~200oC的周期性波動。本發(fā)明具有在燒結(jié)過程中使燒結(jié)樣品的晶粒協(xié)調(diào)生長、晶粒大小均勻、物相穩(wěn)定分布均勻、致密度高、孔隙率低，降低晶格畸變的優(yōu)勢。
【專利說明】一種步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電阻燒結(jié)爐，尤其涉及一種通過步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)陶瓷等無機材料的電阻燒結(jié)爐。

【背景技術(shù)】
[0002]燒結(jié)是陶瓷等無機材料制備工藝的核心環(huán)節(jié)。在燒結(jié)過程中材料形成獨有的晶型結(jié)構(gòu)、顆粒尺寸、形貌以及位錯、缺陷等物理和化學特征，從而使材料具備特定的性能。當前國防工業(yè)領(lǐng)域與科技領(lǐng)域?qū)Σ牧系男阅芤笤絹碓礁撸瑢Σ牧系闹苽湓O備要求越來越高。電阻燒結(jié)爐廣泛應用于新材料的研制和生產(chǎn)中，一般電阻燒結(jié)爐中燒結(jié)體或燒結(jié)物料位置固定，燒結(jié)是利用的加熱體中通以均勻的電流或緩慢變化的電流后的焦耳熱的熱輻射及空氣等介質(zhì)的熱傳導加熱物體的，燒結(jié)體受到均勻或緩慢變化的熱作用，燒結(jié)體或燒結(jié)物料各部分受熱作用較為均勻、熱量傳遞速度均勻或變化緩慢。這種燒結(jié)方式對于燒結(jié)普通的陶瓷等無機材料制品較為有利。對于具有特定的功能的新型功能陶瓷等無機功能材料，往往需要這些材料具有超細晶粒、低孔隙率、更純的物相、更少的晶格畸變等特定的微觀結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)其功能。這些無機功能材料的特定微觀結(jié)構(gòu)通過普通電阻燒結(jié)方式難以制備出來。通過在燒結(jié)溫度附近的非均勻、溫度快速變化的燒結(jié)方式有助于實現(xiàn)超細晶粒、低孔隙率、特定的晶界或者適量的晶格畸變的微觀結(jié)構(gòu)。普通電阻燒結(jié)爐通過控制加熱體的輸入電流的變化難以實現(xiàn)快速、非均勻變化的熱傳輸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有電阻燒結(jié)爐的固有缺陷及新材料研發(fā)對特種燒結(jié)技術(shù)的需求，通過對傳統(tǒng)的普通電阻爐進行升級，設計了一種步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐，使燒結(jié)體或燒結(jié)物料受到周期全遮擋，在燒結(jié)體或燒結(jié)物料上實現(xiàn)溫度快速交替變化的熱沖擊燒結(jié)，適應功能陶瓷等無機新材料燒結(jié)的需求。其主要包含以下構(gòu)造:
一種步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐，包括爐殼及內(nèi)置于爐殼的爐膛，周圍雙側(cè)或單側(cè)分布的發(fā)熱體，遮擋罩，載物坩堝，坩堝支撐架，遮擋支撐桿，支撐桿固定架，步進/伺服電機，其特征是，爐膛中央設有載物坩堝，坩堝支撐架，待燒物料放置于載物坩堝內(nèi)，載物坩堝外部有遮擋罩，遮擋罩與遮擋支撐桿相連，遮擋支撐桿通過爐殼上的支撐桿固定架穿過爐殼，坩堝支撐桿另一端與位于爐殼外的步進/伺服電機連接，步進/伺服帶動遮擋支撐桿及遮擋罩以一定的速度上下或左右周期移動，周期性的遮擋住發(fā)熱體對載物坩堝內(nèi)的待燒物料的輻射傳熱。
[0004]所述的步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐的工作溫度范圍為100°(Tl800°C，步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐的最高工作溫度由電阻爐的額定工作溫度及載物坩堝、坩堝支撐架、遮擋罩和遮擋支撐桿的最高使用溫度確定。
[0005]所述的步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐，其特征是，爐殼開有小孔，小孔位于爐殼上部或側(cè)面，支撐桿固定架通過小孔穿過爐殼，支撐桿固定架緊密卡在爐殼上，遮擋支撐桿通過支撐桿固定架固定并可以自由移動。
[0006]所述的步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐，其特征是，遮擋罩、遮擋支撐桿、穿過爐殼的支撐桿固定架、步進/伺服電機組成的步進式周期遮擋熱沖擊燒結(jié)裝置，載物坩堝和坩堝支撐架為一體化形式或通過螺紋等安裝在一起的形式，遮擋罩和遮擋支撐桿為一體化形式或通過螺紋等安裝在一起的形式，載物坩堝、坩堝支撐架、遮擋罩、遮擋支撐桿和穿過爐殼的支撐桿固定架的材料包括三氧化二鋁、二氧化鋯、氧化鎂、氧化鈹、氮化硼，碳化硼、碳化硅、氮化硅、氮化鋁在內(nèi)的陶瓷、耐高溫玻璃或石墨，包括高溫合金鋼、碳化鎢、碳化鈦、鈦鋁合金、不銹鋼在內(nèi)的高溫高強度合金。
[0007]所述的步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐，其特征是，步進/伺服電機可以輸出一定距離的垂直或橫向位移，步進頻率從0.2周/分鐘?30周/分鐘，輸出垂直或橫向位移帶動遮擋罩以同樣的步進頻率位移，使待燒樣品在燒結(jié)過程中處于周期性的被遮擋狀態(tài)，將發(fā)熱體的熱輻射等熱作用周期性的進行遮擋，待燒樣品的溫度呈現(xiàn)周期性波動，波動溫度根據(jù)不同的爐內(nèi)溫度、待燒材料、步進頻率可以在5°(T200°C之間變化。
[0008]所述的步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐，其特征是，發(fā)熱體的安裝不限于豎式安裝方式，還包括爐膛上部或側(cè)面橫裝方式；遮擋支撐桿不限于豎式通過爐殼上部安裝方式，還包括橫式通過爐殼側(cè)面開孔安裝方式；電阻爐的結(jié)構(gòu)不限于箱式結(jié)構(gòu)，還包括圓柱狀結(jié)構(gòu)或管式結(jié)構(gòu)；燒結(jié)氣氛不限于空氣氣氛，還包括真空、氫氣、氧氣、気氣、氮氣、一氧化碳等氣氛燒結(jié)。
[0009]本發(fā)明具有如下的有益效果:(1)阻止單相晶粒持續(xù)長大，使不同晶粒協(xié)調(diào)生長:在交替溫度變換的熱沖擊作用下，陶瓷等無機多晶材料的不同物相的晶粒的最佳生長溫度不同，單一溫度下容易造成某種相的晶粒生長速度較大，而其它相的晶粒生長速度較小。在遮擋式旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的變換溫度下在不同溫度下具有最優(yōu)生長速度的晶粒在各自適宜溫度下長大，不同物相晶粒生長相差不大，晶粒大小均勻性更好。這對于多相陶瓷材料的燒結(jié)制備具有非常明顯的優(yōu)勢。
[0010](2)在燒結(jié)溫度附近的快速溫度變化加速破壞原有物相結(jié)構(gòu)，促進材料生成燒結(jié)溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定的物相:在燒結(jié)溫度附近，燒結(jié)快速進行，一定范圍內(nèi)快速變化的溫度，使原有物相結(jié)構(gòu)加速破壞，減少了生成新物相結(jié)構(gòu)的阻力，有利于全部生成在該溫度范圍內(nèi)最穩(wěn)定的物相，該溫度范圍內(nèi)不夠穩(wěn)定的物相結(jié)構(gòu)通過溫度變化得到抑制和轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定物相。
[0011](3)燒結(jié)體致密度高、孔隙率低:不同物相的微觀顆粒在遮擋式旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的變換溫度下不斷變化的生長速度使大小不同的微觀顆粒都能有機會生長填充空隙，從而使燒結(jié)體密度高。此外，燒結(jié)過程中出現(xiàn)液相的燒結(jié)體在變換溫度下適宜通過液相傳質(zhì)生長出不同物相的比液相密度更大的晶粒，使液相更少，密度更高，結(jié)構(gòu)更致密。
[0012](4)控制晶格畸變:在單一生長溫度下，晶格畸變隨時間持續(xù)變大，影響材料的性能。在交替變換的溫度下，晶粒生長速度不斷變化，晶粒生長中產(chǎn)生的晶格畸變得到抑制，且更加分散，從而性能上更為優(yōu)越。
[0013](5)適應性廣:在材料的許可溫度范圍內(nèi)，幾乎適用于一切固體材料，尤其適宜燒結(jié)無機多相或多晶材料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]附圖1為步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐豎式安裝正視示意圖；
附圖2為步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐橫式安裝正視示意圖；
圖中標號:1 一爐殼，2 —發(fā)熱體，3 —待燒樣品，4 一遮擋罩，5 —載物坩堝，6 —坩堝支撐架，7 —遮擋支撐桿，8 —支撐桿固定架，9 一步進/伺服電機。

【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明提供了一種步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐，下面通過【專利附圖】

【附圖說明】和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。
[0016]實施例1:如圖1步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐豎式安裝的正視示意圖所示，本發(fā)明提供的步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐的步進式周期遮擋為豎式安裝形式，爐殼I上部開有小孔，三氧化二鋁材質(zhì)的支撐桿固定架8通過小孔穿過爐殼1，支撐桿固定架8緊密卡在爐殼I的小孔中，遮擋罩4、載物坩堝5、坩堝支撐架6、遮擋支撐桿7的材質(zhì)均為三氧化二鋁，遮擋支撐桿7通過支撐桿固定架8固定，遮擋支撐桿7的外壁及支撐桿固定架8的內(nèi)壁光滑，遮擋支撐桿7的外徑比支撐桿固定架8的稍小，一體化的遮擋罩4和遮擋支撐桿7可以在支撐桿固定架8上下自由移動且不傾斜。載物坩堝5和坩堝支撐架6為一體化形式，坩堝支撐架6下端固定在爐膛及爐殼I上。遮擋支撐桿7的外端通過連接到步進/伺服電機9上。步進/伺服電機9的步進頻率從0.2周/分鐘?30周/分鐘可調(diào)，遮擋罩4移動的最下端位于載物坩堝5的外沿處，可將發(fā)熱體2對待燒樣品3的直接熱輻射全部遮擋。燒結(jié)時，將待燒樣品3放入載物坩堝5內(nèi)，設定好溫度制度并開始加熱，打開步進/伺服電機9，或者根據(jù)燒成需要在一定溫度下打開步進/伺服電機9，使步進/伺服電機9以一定的步進頻率帶動遮擋罩4移動，對待燒樣品進行步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)。本實施例中最高燒結(jié)溫度為1600° C左右，熱沖擊最大波動溫度200° C左右。
[0017]實施例2:如圖2步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐橫式安裝的正視示意圖所示，本發(fā)明提供的步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐的步進式遮擋為橫式安裝形式，爐殼I側(cè)面開有小孔，高溫合金鋼材質(zhì)的支撐桿固定架8通過小孔穿過爐殼I，支撐桿固定架8緊密卡在爐殼I的小孔中，遮擋罩4、載物坩堝5、坩堝支撐架6、遮擋支撐桿7的材質(zhì)均為高溫合金鋼，遮擋支撐桿7通過支撐桿固定架8固定，遮擋支撐桿7的外壁及支撐桿固定架8的內(nèi)壁光滑，遮擋支撐桿7的外徑比支撐桿固定架8的稍小，一體化的遮擋罩4和遮擋支撐桿7可以在支撐桿固定架8左右自由移動且不傾斜。載物坩堝5和坩堝支撐架6為一體化形式，坩堝支撐架6下端固定在爐膛及爐殼I上。遮擋支撐桿7的外端通過連接到步進/伺服電機9上。步進/伺服電機9的步進頻率從0.2周/分鐘?30周/分鐘可調(diào)，遮擋罩4移動的最左端位于載物坩堝5的外沿處，可將發(fā)熱體2對待燒樣品3的直接熱輻射全部遮擋。燒結(jié)時，將待燒樣品3放入載物坩堝5內(nèi)，設定好溫度制度并開始加熱，打開步進/伺服電機9，或者根據(jù)燒成需要在一定溫度下打開步進/伺服電機9，使步進/伺服電機9以一定的步進頻率帶動遮擋罩4移動，對待燒樣品進行步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)。本實施例中最高燒結(jié)溫度為750° C左右，熱沖擊最大波動溫度70° C左右。
【權(quán)利要求】
1.一種步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐，包括爐殼及內(nèi)置于爐殼的爐膛，周圍雙側(cè)或單側(cè)分布的發(fā)熱體，遮擋罩，載物坩堝，坩堝支撐架，遮擋支撐桿，支撐桿固定架，步進/伺服電機，其特征是，爐膛中央設有載物坩堝，坩堝支撐架，待燒物料放置于載物坩堝內(nèi)，載物坩堝外部有遮擋罩，遮擋罩與遮擋支撐桿相連，遮擋支撐桿通過爐殼上的支撐桿固定架穿過爐殼，坩堝支撐桿另一端與位于爐殼外的步進/伺服電機連接，步進/伺服帶動遮擋支撐桿及遮擋罩以一定的速度上下或左右周期移動，周期性的遮擋住發(fā)熱體對載物坩堝內(nèi)的待燒物料的輻射傳熱和對流傳熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐的工作溫度范圍為100° (Tl800° C，步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐的最高工作溫度由電阻爐的額定工作溫度及載物坩堝、坩堝支撐架、遮擋罩和遮擋支撐桿的最高使用溫度確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐，其特征是，爐殼開有小孔，小孔位于爐殼上部或側(cè)面，支撐桿固定架通過小孔穿過爐殼，支撐桿固定架緊密卡在爐殼上，遮擋支撐桿通過支撐桿固定架固定并可以自由移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐，其特征是，遮擋罩、遮擋支撐桿、穿過爐殼的支撐桿固定架、步進/伺服電機組成的步進式周期遮擋熱沖擊燒結(jié)裝置，載物坩堝和坩堝支撐架為一體化形式或通過螺紋等安裝在一起的形式，遮擋罩和遮擋支撐桿為一體化形式或通過螺紋等安裝在一起的形式，載物坩堝、坩堝支撐架、遮擋罩、遮擋支撐桿和穿過爐殼的支撐桿固定架的材料包括三氧化二鋁、二氧化鋯、氧化鎂、氧化鈹、氮化硼，碳化硼、碳化硅、氮化硅、氮化鋁在內(nèi)的陶瓷、耐高溫玻璃或石墨，包括高溫合金鋼、碳化鎢、碳化鈦、鈦鋁合金、不銹鋼在內(nèi)的高溫高強度合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐，其特征是，步進/伺服電機可以輸出一定距離的垂直或橫向位移，步進頻率從0.2周/分鐘?30周/分鐘，輸出垂直或橫向位移帶動遮擋罩以同樣的步進頻率位移，使待燒樣品在燒結(jié)過程中處于周期性的被遮擋狀態(tài)，將發(fā)熱體的輻射熱等熱作用周期性的進行遮擋，待燒樣品的溫度呈現(xiàn)周期性波動，波動溫度根據(jù)不同的爐內(nèi)溫度、待燒材料、步進頻率可以在5°(T200°C之間變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進式全遮擋熱沖擊燒結(jié)電阻爐，其特征是，發(fā)熱體的安裝不限于豎式安裝方式，還包括爐膛上部或側(cè)面橫裝方式；遮擋支撐桿不限于豎式通過爐殼上部安裝方式，還包括橫式通過爐殼側(cè)面開孔安裝方式；電阻爐的結(jié)構(gòu)不限于箱式結(jié)構(gòu)，還包括圓柱狀結(jié)構(gòu)或管式結(jié)構(gòu)；燒結(jié)氣氛不限于空氣氣氛，還包括真空、氫氣、氧氣、氬氣、氮氣、一氧化碳等氣氛燒結(jié)。
【文檔編號】F27B9/06GK104197700SQ201410481050
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】邸永江, 賈碧, 邱楊, 施越 申請人:重慶科技學院