一种超声辅助直流烧结炉制造技术

本实用新型专利技术涉及一种超声辅助直流烧结炉，其特征在于：其包括：炉体、超声控制系统、直流电流控制系统、单向压力控制系统和烧结控制中心；单向压力控制系统包括相互连接的压力发生部和压力控制部，压力发生部设置在炉体内，用于对设置在炉体内的待烧结材料进行单向加压；压力控制部与烧结控制中心相连接；超声控制系统与压力发生部相连，通过压力发生部施加机械振动信号并作用于待烧结材料；直流电流发生器分别与压力控制系统的压力发生部和烧结控制中心相连接。本实用新型专利技术可用于各种先进材料的烧结中。

An ultrasonic assisted direct current sintering furnace

The utility model relates to an ultrasonic assisted direct current sintering furnace, which is characterized in that: the furnace body, the ultrasonic control system, the direct current control system, the unidirectional pressure control system and the sintering control center are included; the unidirectional pressure control system includes the interconnected pressure generating part and the pressure control part, the pressure generating part is arranged in the furnace body, which is used for the sintering to be arranged in the furnace body The material is pressurized unidirectionally; the pressure control part is connected with the sintering control center; the ultrasonic control system is connected with the pressure generating part to apply the mechanical vibration signal and act on the material to be sintered through the pressure generating part; the DC current generator is connected with the pressure generating part and the sintering control center of the pressure control system respectively. The utility model can be used for sintering various advanced materials.

【技术实现步骤摘要】
一种超声辅助直流烧结炉
本技术涉及一种烧结炉，特别是关于一种超声辅助直流烧结炉。
技术介绍
高性能陶瓷、硬质合金等先进材料的致密化烧结是其制备过程中的关键科学技术问题之一。以先进结构陶瓷材料为例，烧结可以促进气孔排出，提高颗粒间的结合强度，使陶瓷颗粒致密化，最终得到接近理论密度且具有出色力学性能的致密陶瓷材料。陶瓷材料通常具有极高的理论强度，例如氧化铝的理论强度范围为38～76GPa；碳化硅的理论强度为44～88GPa。然而，现有烧结方法所得到陶瓷材料的实际强度远达不到其理论强度：通常多晶陶瓷的实际强度仅约为理论强度的1/500～1/50。陶瓷材料实际强度不够理想一方面是因为材料中存在制造缺陷和结构缺陷，如气孔夹杂物、裂纹、团聚等，从而导致应力集中，材料强度降低；另一方面是因为陶瓷晶粒过大。根据Hall-Petch公式，材料晶粒越大，则强度越低。目前常见的烧结方法主要有常压烧结、气压烧结、热压烧结、放电等离子体烧结(SPS)等。常压烧结在烧结过程中不对材料施加额外的压力，即在大气压力下进行烧结；气压烧结则使材料在一定压力下的保护气氛中进行烧结；与常压烧结和气压烧结相比，热压烧结在烧结时通过压头给材料施加数十兆帕的压力，从而提高材料的烧结驱动力，促进气孔排出并抑制晶粒长大。通常来说，热压烧结材料比常压和气压烧结材料更加致密、晶粒更小，力学性能更好，但由于材料内部依然有明显的闭气孔存在，其性能提高水平仍不够理想。放电等离子体烧结指在烧结过程中无外加热源，而是直接对材料通入脉冲电流，依靠材料本身通电发热使其升温，并利用通电产生的等离子及活化效应促进烧结，这一方法可以缩短烧结时间，提高烧结效率，然而由于脉冲电流加热常常使样品内温度场不均匀，因此无法烧结大尺寸样品；同时放电等离子体烧结设备结构复杂，成本很高，不适合工业化大规模应用。如果能将烧结过程中的脉冲电流改为恒定的直流电流，持续提供放电火花，则可以提高烧结材料的温度场均匀性，从而提高烧结体性能。超声波在现代军事、工业、生活等领域有广泛的应用，当超声波与媒介相互作用时，可以激发材料各点的高频振动，从而引发各种独特的物理化学效应。例如，超声波通过液体时所伴随的的空化效应可以产生局部高温、高压，以及强烈的冲击波；超声波作用于材料时可以促使材料产生强烈的高频振动，促进物质的扩散、溶解等过程。可以预想，如果能在材料烧结过程中引入超声波处理，可以通过待烧结颗粒的剧烈运动进一步促进气孔排出并抑制晶粒长大。
技术实现思路
针对上述问题，本技术的目的是提供一种无外加热源，通过直流电流对各种尺寸的待烧结材料进行烧结，并可以在烧结过程中同步对材料进行超声辅助处理，促进气孔排出，显著抑制晶粒长大，提高烧结体致密度，从而进一步提高现有各种先进材料性能的超声辅助直流烧结炉。为实现上述目的，本技术采取以下技术方案：一种超声辅助直流烧结炉，其包括：炉体、超声控制系统、直流电流控制中心、单向压力控制系统和烧结控制中心；所述单向压力控制系统包括相互连接的压力发生部和压力控制部，所述压力发生部设置在所述炉体内，用于对设置在所述炉体内的夹持有待烧结材料的模具进行单向加压；所述压力控制部与所述烧结控制中心相连接，用于对所述压力发生部产生的压力进行控制；所述超声控制系统与所述压力发生部相连，并通过所述压力发生部施加机械振动信号并作用于待烧结材料；所述直流电流发生器分别与所述压力控制系统的压力发生部和烧结控制中心相连接，对所述待烧结材料施加直流电流。进一步的，所述压力发生部包括上压头和下压头；所述上压头固定设置在所述炉体内，所述上压头上端由所述炉体顶部穿出后与所述超声控制系统相连；所述下压头上端由所述炉体底部伸入到所述炉体内，与所述上压头处于同一轴线上，且所述下压头顶部与所述上压头底部之间预留有放置待烧结材料的空间；所述压力控制部包括液压缸和压力控制中心，所述液压缸设置在所述炉体外部，其一端与所述下压头底部相连，另一端与所述压力控制中心相连，所述压力控制中心与所述烧结控制中心相连。进一步的，所述超声控制系统包括依次相连的超声变幅杆、超声换能器、超声波发生器和超声控制中心；所述超声变幅杆另一端与所述上压头顶部连接，所述超声控制中心的输入端与所述烧结控制中心连接。进一步的，所述直流电流控制中心的输入端连接所述烧结控制中心，所述直流电流控制中心的输出端分别连接所述单向压力控制系统中的上压头和下压头，且所述直流电流控制中心的输出端与所述上压头和下压头的连接处外围环绕有柔性绝缘层。进一步的，所述直流电流控制中心的工作电压为0～1000V，产生的输出电流为0～5000A。进一步的，所述超声辅助直流烧结炉还包括气氛控制系统，所述气氛控制系统包括进出气孔和气氛控制中心；所述进出气孔一端与所述炉体内部连通，另一端与所述气氛控制中心连接；所述气氛控制中心与所述烧结控制中心连接。进一步的，所述超声辅助直流烧结炉还包括冷却水循环系统；所述冷却水循环系统包括进水口、出水口、冷却水循环通道和冷却水控制中心；所述进水口位于所述炉体底部，所述出水口位于所述炉体顶部，所述冷却水循环通道设置于所述炉体内部，并与所述进水口和出水口连通；所述冷却水控制中心与所述烧结控制中心连接。进一步的，所述超声辅助直流烧结炉还包括测温系统，所述测温系统包括测温窗口和测温中心；所述测温窗口位于所述炉体中部；所述测温中心通过所述测温窗口检测所述炉体内待烧结材料的温度，并发送到所述烧结控制中心。进一步的，所述炉体包括螺栓连接的上炉盖、炉体本体和下炉盖。本技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本技术由于能够在烧结过程中同步地对待烧结材料进行超声处理，与现有的烧结技术相比，可以通过加强颗粒重排，进一步促进气孔排出，并抑制高温烧结时晶粒的粗化，制备出致密度更高，晶粒更小，性能提升的先进材料。2、本技术由于采用直流电流对待烧结材料进行烧结，在烧结过程中不引入外加热源，因而可以进一步缩短烧结时间，提高烧结效率，同时大大减小烧结过程中的能源消耗，适合工业化大规模应用。3、本技术由于在国内外率先采用超声场、电场和力场三场耦合的先进烧结技术，可以在制备出性能比现有各种烧结技术产品更加优异的先进材料的同时，促进各种新现象、新问题的发现与解决，加强对先进材料烧结理论的研究与认识。综上所述，本技术能够广泛应用于一系列高性能先进材料的烧结过程中。附图说明图1是本技术超声辅助直流烧结炉的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进行详细的描述。如图1所示，本技术提供一种超声辅助直流烧结炉，其包括炉体1、单向压力控制系统2、超声控制系统3、直流电流控制系统4和烧结控制中心5；烧结控制中心5与单向压力控制系统2、超声控制系统3、直流电流控制中心4相连并对各系统进行控制，进而对设置在炉体1内的待烧结材料施加超声场、直流电流和单向压力，以实现高性能先进材料的烧结。单向压力控制系统2包括上压头21、下压头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声辅助直流烧结炉，其特征在于：其包括：炉体、超声控制系统、直流电流控制中心、单向压力控制系统和烧结控制中心；/n所述单向压力控制系统包括相互连接的压力发生部和压力控制部，所述压力发生部设置在所述炉体内，用于对设置在所述炉体内的夹持有待烧结材料的模具进行单向加压；所述压力控制部与所述烧结控制中心相连接；/n所述超声控制系统与所述压力发生部相连，并通过所述压力发生部施加机械振动信号并作用于待烧结材料；/n所述直流电流控制中心分别与所述单向压力控制系统的压力发生部和烧结控制中心相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声辅助直流烧结炉，其特征在于：其包括：炉体、超声控制系统、直流电流控制中心、单向压力控制系统和烧结控制中心；
所述单向压力控制系统包括相互连接的压力发生部和压力控制部，所述压力发生部设置在所述炉体内，用于对设置在所述炉体内的夹持有待烧结材料的模具进行单向加压；所述压力控制部与所述烧结控制中心相连接；
所述超声控制系统与所述压力发生部相连，并通过所述压力发生部施加机械振动信号并作用于待烧结材料；
所述直流电流控制中心分别与所述单向压力控制系统的压力发生部和烧结控制中心相连接。


2.如权利要求1所述的一种超声辅助直流烧结炉，其特征在于：所述压力发生部包括上压头和下压头；
所述上压头固定设置在所述炉体内，所述上压头上端由所述炉体顶部穿出与所述超声控制系统相连；
所述下压头上端由所述炉体底部伸入到所述炉体内，与所述上压头处于同一轴线上，且所述下压头顶部与所述上压头底部之间预留有放置待烧结材料的空间；
所述压力控制部包括液压缸和压力控制中心，所述液压缸设置在所述炉体外部，其一端与所述下压头底部相连，另一端与所述压力控制中心相连，所述压力控制中心与所述烧结控制中心相连。


3.如权利要求2所述的一种超声辅助直流烧结炉，其特征在于：所述超声控制系统包括依次相连的超声变幅杆、超声换能器、超声波发生器和超声控制中心；所述超声变幅杆另一端与所述上压头顶部连接，所述超声控制中心的输入端与所述烧结控制中心连接。


4.如权利要求2所述的一种超声辅助直流烧结炉，其特征在于：所述直流电流控制中心的输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢志鹏，许靖堃，安迪，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：北京;11