一种基于放电等离子的定向凝固陶瓷烧结装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于放电等离子的定向凝固陶瓷烧结装置及方法，属于陶瓷烧结领域。该装置包括：放电腔体，其包括至少一个外腔体以及竖直设置在内腔的中柱，外腔体上端开口，下端设置有挤出口；固定装置，固定中柱，使中柱外壁不与外腔体内壁接触；设置在中柱上的中心电极及均匀地设置在外腔体的壁上的多个内嵌电极；高频电源，负极和正极通过导线分别与中心电极和多个内嵌电极电连接；压力件，可移动地设置在环形空间内；牵引件，设置在挤出口处；冷却器，设置在挤出口下方；成型器，设置在冷却器出口下方；牵引件用于将放电腔体内的陶瓷熔融体牵引至冷却器和成型器。该装置能够高效化、连续化地烧结得到具有微晶组织、致密化的不同结构的陶瓷。

Directional solidification ceramic sintering device and method based on discharge plasma

The invention discloses a directionally solidified ceramic sintering device based on a discharge plasma and a method thereof, belonging to the field of ceramic sintering. The device comprises a discharge chamber, which comprises at least one outer cavity is arranged in the inner cavity and the vertical column of the outer cavity, the upper opening, is arranged at the lower end of the extrusion; fixing device, fixed in the column, the column is not in contact with the inner wall of the external cavity; the center electrode in the column and uniformly arranged in the outer wall of the cavity on the multiple embedded electrode setting; high frequency power supply, anode and cathode current through the wire is connected with the center electrode and a plurality of embedded electrodes are electrically connected; the pressure piece is movably arranged in the annular space; traction, setting the extruding opening; the cooler is arranged on the bottom, extrusion; forming device, is arranged in the cooler outlet below; traction for the ceramic melt discharge cavity traction to the cooler and forming device. The device can efficiently and continuously sinter and obtain ceramics with microcrystalline structure and compact structure.

【技术实现步骤摘要】
一种基于放电等离子的定向凝固陶瓷烧结装置及方法
本专利技术涉及陶瓷烧结领域，特别涉及一种基于放电等离子的定向凝固陶瓷烧结装置及方法。
技术介绍
基于定向凝固的方法制备的定向凝固陶瓷具有特有的共晶微晶组织和极低的孔隙率，这使该陶瓷具有耐高温性、高韧性、高强度、多功能性等特点，为陶瓷材料在高端领域的应用提供了新的出路。采用传统工艺中的高频感应电源或热电偶加热等方式制备陶瓷材料，具有加热速度慢、冷却速度低等缺点，这使陶瓷材料的微晶组织在加热与冷却的过程中有充分的时间长大粗化，难以形成细小的微晶组织，并且产生严重的枝晶偏析，影响陶瓷材料的性能。目前，放电等离子烧结作为一种新颖烧结的方法，能够烧结制得具有微晶组织的陶瓷材料，且该方法具有烧结温度低、时间短、能耗少等特点，因此提供一种基于放电等离子的定向凝固陶瓷烧结装置是十分必要的。现有技术提供了一种粉末冶金放电等离子烧结系统，可用于烧结陶瓷粉末等，该系统包括依次连接的中央集控装置、控制装置、加压装置、脉冲电流发生器、上冲压模和下冲压模。其中，中央集控装置可集成位移测量、气氛控制(真空/氩气)、水冷、温度测量等组件，中央集控装置与控制装置电连接，并用于控制控制装置，控制装置驱动加压装置并带动上冲压模和下冲压模作相对运动或相背运动，控制装置还通过脉冲电流发生器分别向上冲压模和下冲压模施加脉冲电流。上冲压膜包括上电极和上压头，下冲压膜包括下电极和下压头，上压头和下压头之间放置有模具，且上压头的下端和下压头的上端分别位于模具的上下口处。在进行陶瓷粉末烧结时，将陶瓷粉末置于上压头和下压头之间的模具内，通过控制中央集控装置，实现上冲压模和下冲压模对陶瓷粉末晶粒进行脉冲电流加热和垂直单向施压，以使陶瓷粉末致密化烧结，烧结完毕后可得到与模具结构相同的陶瓷体。专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：采用上述粉末冶金放电等离子烧结系统烧结得到的陶瓷体的结构依赖于上压头和下压头之间的模具的结构，且该系统不能连续化生产。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种可以连续化生产具有不同结构的陶瓷材料的基于放电等离子的定向凝固陶瓷烧结装置及方法。具体技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于放电等离子的定向凝固陶瓷烧结装置，所述装置包括：放电腔体，包括至少一个外腔体以及竖直设置在每个所述外腔体内腔的中柱，每个所述外腔体的上端开口，下端均设置有挤出口；固定装置，用于固定所述中柱，使所述中柱的外壁不与所述外腔体的内壁接触；至少一个中心电极，分别设置在每个所述中柱上，与装填在所述外腔体中的陶瓷粉末接触；多个所述内嵌电极，设置在所述外腔体上，与所述陶瓷粉末接触；高频电源，负极和正极通过导线分别与所述中心电极和多个所述内嵌电极电连接；压力件，可移动地设置在所述外腔体与所述中柱之间的环形空间内；牵引件，设置在所述挤出口处；冷却器，设置在所述挤出口的下方；成型器，设置在所述冷却器的出口处；所述牵引件用于将所述放电腔体内形成的陶瓷熔融体牵引至所述冷却器和所述成型器内。具体地，作为优选，所述固定装置包括顶板、底板以及将所述顶板和所述底板固定的多个加固螺栓；所述顶板盖装在所述外腔体的上端，并且与所述中柱连接，所述顶板上设置有多个用于穿过所述压力件和导线的通孔；所述底板与所述外腔体的下端相抵接触，所述底板上设置有用于穿过所述牵引件的通孔。具体地，作为优选，所述外腔体的下端沿横向设置有测温口；所述测温口与所述挤出口连通。具体地，作为优选，所述中心电极包括相连的第一嵌入段和第一放电段，所述第一嵌入段贯穿设置在所述中柱上，所述第一放电段的上端与所述中柱的下端连接；多个所述内嵌电极均包括相连的第二嵌入段和第二放电段，所述第二嵌入段嵌入所述外腔体的壁内，所述第二放电段设置在所述外腔体的内壁上并延伸至所述挤出口处；所述第一放电段和所述第二放电段的间距在所述挤出口处达到最小。具体地，作为优选，所述第一放电段呈柱状体结构，且下端设置成弧形；多个所述第二放电段的壁配合构成与所述第一放电段相适配的结构。具体地，作为优选，所述第一放电段呈柱状体结构，且下端设置成锥形；多个所述第二放电段的壁配合构成与所述第一放电段相适配的结构。具体地，作为优选，所述中心电极还包括与所述第一放电段的下端连接的插入体，所述插入体穿入所述挤出口，并与所述挤出口之间形成环形间隙。具体地，作为优选，所述压力件包括多个压力活塞和环形多孔压头；所述环形多孔压头设置在所述外腔体和所述中柱之间的环形空间内，用于下压放置于所述环形空间内的陶瓷粉末；多个所述压力活塞的下端与所述环形多孔压头的上端相抵。具体地，作为优选，所述装置还包括工作电源和传动件；所述牵引件、所述成型器、所述传动件均与所述工作电源电连接；所述传动件与所述压力活塞连接，以驱动所述压力活塞施压。第二方面，本专利技术实施例提供了利用上述装置进行基于放电等离子的定向凝固烧结陶瓷的方法，所述方法包括：将配制好的陶瓷粉末装入外腔体与中柱之间的空间内，采用压力件对所述陶瓷粉末施压并压实。启动高频电源，中心电极和多个内嵌电极释放脉冲电流，使所述陶瓷粉末活化，同时所述中心电极和所述内嵌电极之间形成高温热力场，对所述陶瓷粉末加热。与此同时，采用所述压力件对所述陶瓷粉末继续加压，待所述陶瓷粉末熔融后，采用牵引件并配合所述压力件的推力将陶瓷熔融体缓慢牵引至冷却器定向凝固冷却，然后将定向凝固冷却后的陶瓷熔融体牵引至成型器，压制成型。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术实施例提供的基于放电等离子的定向凝固陶瓷烧结装置，通过设置放电腔体以及在放电腔体的中柱上和外腔体上分别设置中心电极和多个内嵌电极，便于使位于中心电极和多个内嵌电极之间的陶瓷粉末活化，并使中心电极和多个内嵌电极之间形成高温热力场，便于陶瓷粉末的快速、高效熔融。通过设置高频电源，便于使中心电极和多个内嵌电极释放脉冲电流，以使陶瓷粉末活化，降低陶瓷粉末熔融的温度，减少能耗。通过设置压力件，便于将陶瓷粉末内的空气挤压出，使陶瓷粉末处于近真空状态，以保证烧结得到致密的陶瓷材料。通过设置牵引件，便于将陶瓷熔融体牵引至冷却器定向凝固，以形成具有微晶组织的陶瓷凝固体，进一步牵引至成型器内压制成型出多个不同结构的陶瓷体。可见，本专利技术实施例提供的基于放电等离子的定向凝固陶瓷烧结装置能够高效化、连续化地一次性烧结得到具有微晶组织、致密化的不同结构的陶瓷体。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的基于放电等离子的定向凝固陶瓷烧结装置的结构示意图；图2-1是本专利技术实施例提供的设置有下端为锥形结构的中心电极及内嵌电极的放电腔体的结构示意图；图2-2是本专利技术实施例提供的设置有下端带有插入体的中心电极及内嵌电极的放电腔体的结构示意图；图2-3是本专利技术实施例提供的外腔体为四个时的放电腔体的结构示意图。其中，附图标记分别表示：1放电腔体，101外腔体，1011挤出口，1012测温口，102中柱，2固定装置，201顶板，202底板，203加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于放电等离子的定向凝固陶瓷烧结装置，其特征在于，所述装置包括：放电腔体(1)，包括至少一个外腔体(101)以及竖直设置在每个所述外腔体(101)内腔的中柱(102)，每个所述外腔体(101)的上端开口，下端均设置有挤出口(1011)；固定装置(2)，用于固定所述中柱(102)，使所述中柱(102)的外壁不与所述外腔体(101)的内壁接触；至少一个中心电极(3)，分别设置在每个所述中柱(102)上，与装填在所述外腔体(101)中的陶瓷粉末接触；多个所述内嵌电极(4)，设置在所述外腔体(101)上，与所述陶瓷粉末接触；高频电源(5)，负极和正极通过导线分别与所述中心电极(3)和多个所述内嵌电极(4)电连接；压力件(6)，可移动地设置在所述外腔体(101)与所述中柱(102)之间的环形空间内；牵引件(7)，设置在所述挤出口(1011)处；冷却器(8)，设置在所述挤出口(1011)的下方；成型器(9)，设置在所述冷却器(8)的出口处；所述牵引件(7)用于将所述放电腔体(1)内形成的陶瓷熔融体牵引至所述冷却器(8)和所述成型器(9)内。

【技术特征摘要】
1.一种基于放电等离子的定向凝固陶瓷烧结装置，其特征在于，所述装置包括：放电腔体(1)，包括至少一个外腔体(101)以及竖直设置在每个所述外腔体(101)内腔的中柱(102)，每个所述外腔体(101)的上端开口，下端均设置有挤出口(1011)；固定装置(2)，用于固定所述中柱(102)，使所述中柱(102)的外壁不与所述外腔体(101)的内壁接触；至少一个中心电极(3)，分别设置在每个所述中柱(102)上，与装填在所述外腔体(101)中的陶瓷粉末接触；多个所述内嵌电极(4)，设置在所述外腔体(101)上，与所述陶瓷粉末接触；高频电源(5)，负极和正极通过导线分别与所述中心电极(3)和多个所述内嵌电极(4)电连接；压力件(6)，可移动地设置在所述外腔体(101)与所述中柱(102)之间的环形空间内；牵引件(7)，设置在所述挤出口(1011)处；冷却器(8)，设置在所述挤出口(1011)的下方；成型器(9)，设置在所述冷却器(8)的出口处；所述牵引件(7)用于将所述放电腔体(1)内形成的陶瓷熔融体牵引至所述冷却器(8)和所述成型器(9)内。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定装置(2)包括顶板(201)、底板(202)以及将所述顶板(201)和所述底板(202)固定的多个加固螺栓(203)；所述顶板(201)盖装在所述外腔体(101)的上端，并且与所述中柱(102)连接，所述顶板(201)上设置有多个用于穿过所述压力件(6)和导线的通孔；所述底板(202)与所述外腔体(101)的下端相抵接触，所述底板(202)上设置有用于穿过所述牵引件(7)的通孔。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述外腔体(101)的下端沿横向设置有测温口(1012)；所述测温口(1012)与所述挤出口(1011)连通。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中心电极(3)包括相连的第一嵌入段和第一放电段，所述第一嵌入段贯穿设置在所述中柱(102)上，所述第一放电段的上端与所述中柱(102)的下端连接；多个所述内嵌电极(4)均包括相连的第二嵌入段和第二放电段，所述第二嵌入段嵌入所述外...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖健楠，
申请(专利权)人：盖健楠，
类型：发明
国别省市：河北,13