一种多场耦合材料处理系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种多场耦合材料处理系统，包括主机框架，主机框架上设有侧开门结构的炉体，炉体上方设有伺服液压油缸，伺服液压油缸的油管通过大流量高频响伺服阀连接到伺服油源，伺服液压油缸驱动设在炉体顶部的上压头施加向下的恒定力或波动力，上压头底端通过绝缘陶瓷连接有上电极；炉体底部设有与上压头对应的下压头；下压头顶端通过绝缘陶瓷连接有下电极，上电极和下电极分别连接到炉体外的可编程控制高压电源；所述炉体内的还设有为材料加热的发热体，发热体设置在由炉体外的电气柜控制。本实用新型专利技术通过设置热、力、电多场耦合，为材料处理提供了新的多场耦合作用方式；且结构简单、使用方便、快捷，有效降低了能耗。

A Multi-field Coupled Material Processing System

【技术实现步骤摘要】
一种多场耦合材料处理系统
本技术涉及材料处理装置
，具体为一种多场耦合作用下的材料处理装置。
技术介绍
工程材料以其独特的力学、热学、电学、光学、声学、磁学等特性，在各个领域发挥着重要作用。材料性能与其微观结构密切相关，而微观结构往往是通过不同的材料处理工艺来调控。目前重点关注的材料微观结构特征主要包括晶体结构、缺陷、表面和界面等。材料微观结构的改变往往和物质扩散过程密切相关，温度梯度、压力梯度和电场梯度就是物质扩散常见的驱动力。通过力和热对材料进行处理已经有很长的发展历史，例如压制成型、压力加工、退火、压力烧结、放电等离子烧结等技术，但是通过电场直接对材料微观结构进行处理的技术还很少见，仅有电加热技术较为成熟。热压加工、热压烧结和放电等离子烧结技术将热和力的作用耦合起来对材料进行处理，大幅提升了材料处理效率，同时极大地提高了材料性能，推动了材料工业的飞速发展。但对材料致密度，材料力学性能的追求一直是工程材料行业的需求。
技术实现思路
针对上述问题，本技术的目的在于提供一种能够提供高压电场、高频交变压力和辐射加热耦合作用的多场耦合作用下的材料处理装置，且结构简单、方便、快捷。技术方案如下：一种多场耦合材料处理系统，包括主机框架，主机框架上设有前开门结构的炉体，炉体上方设有静压支撑油缸，静压支撑油缸的油管通过大流量高频响伺服阀连接到伺服油源，静压支撑油缸驱动设在炉体顶部的上压头施加向下的高频交变压力，上压头底端通过绝缘陶瓷连接有上电极；炉体底部设有与上压头对应的下压头；下压头顶端通过绝缘陶瓷连接有下电极，上电极和下电极分别连接到炉体外的可编程控制高压电源，用于为材料提供高压电场；所述炉体内的还设有为材料辐射加热的发热体，发热体设置在由炉体外的电气柜控制。进一步的，还包括与炉体连接为炉体内提供真空环境的真空泵组。更进一步的，还包括与炉体连接的向炉体内提供保护气氛的高压气源，以及用于电场控制、温度控制、压力控制和气氛控制的控制系统。更进一步的，还包括给炉体和伺服油源提供冷却保护的水冷系统，以及用于电场控制、温度控制和压力控制的控制系统。更进一步的，所述炉体的顶部和底部均设有两个分离的高压接线柱，上电极通过顶部的高压接线柱连接到可编程控制高压电源，下电极通过底部的高压接线柱连接到可编程控制高压电源。更进一步的，所述电气柜包括大功率三相交流变压器、功率控制器和温控器，以及热电偶或红外测温装置；外接三相交流电源进入电气柜先与功率控制器连接，再由大功率三相交流变压器转换为低压直流电源，并传输给炉体内的发热体；热电偶或红外测温装置设置在发热体附近，将测得的温度信号传给温控器，温控器根据工艺参数向功率控制器发送信号调整加热功率，形成闭环控制。更进一步的，所述静压支撑油缸顶部安装有位移传感器，底部安装有载荷传感器。更进一步的，所述下压头通过设置在炉体下方的另一台静压支撑油缸驱动，以施加向上的高频交变压力。更进一步的，所述发热体为由铁铬铝、镍铬、钨、钨铼、铂铱或钼制成的电热丝，或由硅钼、硅碳、铬酸镧、氧化锆、硼化锆或石墨制成的加热棒。本技术的有益效果是：本技术通过设置热、力、电多场耦合，为材料处理提供了新的多场耦合作用方式；高压电场可以通过激发场致缺陷、电化学极化、隧穿效应等大幅提高材料的扩散速率，甚至改变材料的扩散机制，实现材料的烧结、变形、改性、功能调控等目的，设置高频交变压力，可以优化材料显微结构，可以帮助排出材料内部的气孔，提高致密度，抑制晶粒异常长大和过快生长，可以帮助排出材料内部的气孔，从而提升材料的致密度，提升材料力学性能；且结构简单、使用方便、快捷，有效降低了能耗，不仅能用于材料实验研究，也可用于材料的连续化生产。附图说明图1为本技术多场耦合作用下的材料处理装置实施例1的结构示意图。图2为本技术多场耦合作用下的材料处理装置实施例2的结构示意图图3为本技术多场耦合作用下的材料处理装置实施例3的结构示意图图4为本技术多场耦合作用下的材料处理装置实施例4的结构示意图图中：1-主机框架；2-可编程控制高压电源；3-炉体；4-高压接线柱；5-上压头；6-上电极；7-下压头；8-下电极；9-电气柜；10-发热体；11-伺服油源；12-大流量高频响伺服阀；13-静压支撑油缸；14-位移传感器；15-载荷传感器；16-真空泵组；17-高压气源；18-水冷系统；19-控制系统。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术做进一步详细说明。本技术的多场耦合材料处理系统可以为材料处理同时提供高压电场、高频交变压力和辐射加热的耦合作用。热、力、电耦合作用可以在不同气氛下进行，也可以分别独立运行；热、力、电耦合作用可以显著提高材料处理效率及被处理材料的各种性能。尤其是，引入高压电场直接对材料进行处理，可提高材料的扩散驱动力，是一种全新的材料处理手段。多场耦合材料处理系统的结构如下：主机框架1上设有前开门结构的炉体3，炉体3上方设有静压支撑油缸13，静压支撑油缸13的油管通过大流量高频响伺服阀12连接到伺服油源11，静压支撑油缸13驱动设在炉体3顶部的上压头5施加向下的高频交变压力，上压头5底端通过绝缘陶瓷连接有上电极6；炉体3底部设有与上压头5对应的下压头7；下压头7顶端通过绝缘陶瓷连接有下电极8，上电极6和下电极8分别连接到炉体3外的可编程控制高压电源2，用于为材料提供高压电场；所述炉体3内的还设有为材料辐射加热的发热体10，发热体10设置在由炉体3外的电气柜9控制。高压电场为施加在材料上>100V/cm的高压直流或交流电场，高压电场可以通过激发场致缺陷、电化学极化、隧穿效应等大幅提高材料的扩散速率，甚至改变材料的扩散机制。高频交变压力输出的载荷为0-500MPa范围内可调，频率为0-100Hz范围内可调，高频交变压力可以帮助排出材料内部的气孔，抑制晶粒的异常长大和过快生长，大幅提升晶粒尺寸的均匀性，显著改善材料的显微结构，从而提升材料的致密度，提高材料的力学性能。其中，所述电气柜9包括大功率三相交流变压器、功率控制器和温控器，以及热电偶或红外测温装置；外接三相交流电源进入电气柜先与功率控制器连接，再由大功率三相交流变压器转换为低压直流电源，并传输给炉体内的发热体10；热电偶或红外测温装置设置在发热体10附近，将测得的温度信号传给温控器，温控器根据工艺参数向功率控制器发送信号调整加热功率。实施例1：本实施例所述一种多场耦合材料处理系统由主机框架、电场系统、高温系统、压力系统、真空系统、气氛系统、水冷系统和控制系统等部分组成。如图1所示，主机框架1为压力系统和高温系统提供安装平台，同时它还具有很高的刚度，可以保证在压力加载时不发生明显的弹性变形，而且不产生系统共振。电场系统由一台可编程控制高压电源2提供输出，通过连接导线与前开门结构炉体3上设置的两个分离的高压接线柱4相连。在炉体3内部，接线柱通过导线与上压头5底部的上电极6和下压头7顶部下电极8连接，压头与电极之间通过绝缘陶瓷连接。上电极6通过顶部的高压接线柱4连接到可编程控制高压电源2，下电极8通过底部的高压接线柱4连接到可编程控制高压电源2。高温系统由炉体3，大功率三相交流变压器、功率控制器、热电偶和温控器组成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多场耦合材料处理系统，其特征在于，包括主机框架（1），主机框架（1）上设有炉体（3），炉体（3）上方设有静压支撑油缸（13），静压支撑油缸（13）的油管通过大流量高频响伺服阀（12）连接到伺服油源（11），静压支撑油缸（13）驱动设在炉体（3）顶部的上压头（5）施加向下的高频交变压力，上压头（5）底端通过绝缘陶瓷连接有上电极（6）；炉体（3）底部设有与上压头（5）对应的下压头（7）；下压头（7）顶端通过绝缘陶瓷连接有下电极（8），上电极（6）和下电极（8）分别连接到炉体（3）外的可编程控制高压电源（2），用于为材料提供高压电场；所述炉体（3）内的还设有为材料辐射加热的发热体（10），发热体（10）由设置在炉体（3）外的电气柜（9）控制。

【技术特征摘要】
1.一种多场耦合材料处理系统，其特征在于，包括主机框架（1），主机框架（1）上设有炉体（3），炉体（3）上方设有静压支撑油缸（13），静压支撑油缸（13）的油管通过大流量高频响伺服阀（12）连接到伺服油源（11），静压支撑油缸（13）驱动设在炉体（3）顶部的上压头（5）施加向下的高频交变压力，上压头（5）底端通过绝缘陶瓷连接有上电极（6）；炉体（3）底部设有与上压头（5）对应的下压头（7）；下压头（7）顶端通过绝缘陶瓷连接有下电极（8），上电极（6）和下电极（8）分别连接到炉体（3）外的可编程控制高压电源（2），用于为材料提供高压电场；所述炉体（3）内的还设有为材料辐射加热的发热体（10），发热体（10）由设置在炉体（3）外的电气柜（9）控制。2.根据权利要求1所述的多场耦合材料处理系统，其特征在于，还包括与炉体（3）连接为炉体（3）内提供真空环境的真空泵组（16）。3.根据权利要求1或2所述的多场耦合材料处理系统，其特征在于，还包括与炉体（3）连接的向炉体（3）内提供保护气氛的高压气源（17），以及用于电场控制、温度控制、压力控制和气氛控制的控制系统（19）；所述炉体（3）为前开门结构。4.根据权利要求1所述的多场耦合材料处理系统，其特征在于，还包括给炉体（3）和伺服油源（11）提供冷却保护的水冷系统（18），以及用于电场控制、温度控制和压力控制的控...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金铃，刘佃光，陈丹，
申请(专利权)人：成都易飞得材料科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51