一种可用于制备陶瓷材料的快速加热方法技术

本发明专利技术提供了一种制备陶瓷材料的快速加热方法，通过电源(1)放电产生电流，使电流通过电路中的具有高电导率的导电材料(4)和(5)并对它进行电阻加热；位于导电材料(4)和(5)中间型腔部位的陶瓷材料(8)在辐射加热的作用下，温度迅速升高，在极短的时间内完成烧结工艺过程。在加热过程结束后，陶瓷材料(8)的温度迅速下降，完成冷却过程。该方法能够实现超快速加热和冷却过程，加热速率可以达到10

【技术实现步骤摘要】
一种可用于制备陶瓷材料的快速加热方法
本专利技术属于材料制备与加工领域，具体涉及一种基于焦耳加热效应的快速加热方法。
技术介绍
陶瓷材料具有优良的热力学稳定性、力学稳定性以及化学稳定性，从而成为了广泛使用的一类材料。传统的陶瓷烧结工艺通常需要几个小时的加工时间。由于部分元素具有挥发性，在长时间的材料烧结过程中极易散失，导致制备的陶瓷材料很难控制元素成分，从而影响陶瓷材料的使用性能。例如，在陶瓷基固态电解质的制备过程中，由于材料烧结的时间过长，锂元素和钠元素在烧结过程中严重挥发，从而降低了电解质材料的使用性能。除了传统的材料烧结工艺，一些其它的烧结方法也得到了发展。例如，微波辅助烧结、电火花等离子体烧结、电场辅助快速烧结以及光子烧结等等。但是，以上烧结方法均存在较大的技术局限性。微波辅助烧结工艺依赖于材料的微波吸收性能。电火花等离子体烧结工艺需要在烧结过程中，使用压缩陶瓷材料的模具，不适用于具有复杂三维几何形状的样品。电场辅助快速烧结工艺需要使用昂贵的铂金电极，快速烧结条件也与材料的电学特性密切相关。因此，该方法并不是一种普遍适用的陶瓷烧结工艺。对于一些性能未知的材料，该方法能否大规模应用，也是不确定的。光子烧结工艺达到的温度较低，通常难以实现陶瓷材料的烧结过程。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于焦耳加热效应的快速加热方法，该方法操作简易，设备结构简单，且加热均匀。本专利技术提供了一种基于焦耳加热效应的快速加热方法，包括以下步骤：将具有高电导率的材料与电源连接，形成一个电流回路；通过电源产生电流，电流流经电路中的导电材料；在导电材料的中间部位形成一个空腔，将待烧结的陶瓷材料放置在空腔内；当电流流经电路中的导电材料时，导电材料在焦耳加热的作用下，温度迅速升高；在辐射加热的作用下，位于导电材料内部型腔里的陶瓷材料也迅速升温，在极短的时间内完成烧结过程；在加热过程结束后，陶瓷材料的温度迅速下降，完成冷却过程。优选地，所述导电材料的材质选自碳纸、石墨烯材质中的任意一种。优选地，所述碳纸为裁剪式结构；石墨烯为条带状或裁剪式结构。优选地，所述电源为直流电源或者交流电源，电流范围是0A～50A。本专利技术的有益效果是：超快速加热和冷却过程，加热速率能够达到103～104℃/分钟，冷却速率达到104℃/分钟。加热温度达到3000℃，在数秒左右的时间内完成烧结过程。该工艺操作简易，设备结构简单，而且加热均匀。附图说明图1为本专利技术的电路原理图，其中，1.电源，2.铜带，3.铜带，4.第一导电材料，5.第二导电材料，6.第一垫块，7.第二垫块，8.陶瓷材料；图2为本专利技术的导电材料结构设计图，其中，9.第一集中加热区域，10.第二集中加热区域，11.第三集中加热区域。具体实施方式本专利技术提供的方法将该工艺将具有高电导率的导电材料与电源相连接，形成一个电流回路，在导电材料的中间部位形成一个空腔，将待烧结的陶瓷材料放置在该空腔内。电源产生的电流通过导电材料并对它进行电阻加热，使导电材料的温度迅速升高。在辐射加热的作用下，位于导电材料型腔内的陶瓷材料迅速升温，完成快速烧结过程。该工艺方法可以实现超快速加热和冷却过程，加热速率可以达到103～104℃/分钟，冷却速率达到104℃/分钟。加热温度达到3000℃，在数秒左右的时间内完成烧结过程。该工艺操作简易，设备结构简单，而且加热均匀。现结合附图，对本
技术实现思路
及其具体实施方式做进一步说明:如图1所示，铜带(2)和(3)分别与电源(1)相连接，导电材料(4)和(5)的两端与铜带(2)和(3)相连接，形成一个完整的回路。当电源(1)放电后，产生的电流通过导电材料(4)和(5)，从而对它进行加热。导电材料(4)和(5)的电导率很高，温度在极短时间内迅速升高。位于导电材料(4)和(5)之间的陶瓷材料(8)受导电材料(4)和(5)辐射加热的作用，温度迅速升高，完成烧结过程。本专利技术的一种具体实施方式是采用碳纸或石墨烯作为导电材料(4)和(5)。此外，导电材料(4)和(5)的结构设计具有三种形式。如图2所示，导电材料(4)和(5)的结构可以为均匀结构形式，在各个位置的宽度均相等。导电材料(4)和(5)也可以在中间部位裁剪出一个宽度减小的区域(9)，由于在集中加热区域(9)的电流密度增大，导致此区域的加热速率增大，导电材料(4)和(5)在集中加热区域(9)的升温速度加快，从而使位于集中加热区域(9)的陶瓷材料(8)更快的达到烧结温度，缩短烧结工艺时间。导电材料(4)和(5)也可以在不同的位置裁剪出两个集中加热区域(10)和(11)，在集中加热区域(10)和(11)分别放置陶瓷材料(8)。因此，当电源(1)放电后，可以同时对两个陶瓷材料(8)进行加热并完成烧结工艺，提高了烧结工艺效率。带有集中加热区域(9)、(10)和(11)的导电材料，能够提高电阻加热效率，缩短加热时间和陶瓷材料(8)的烧结工艺时间，有利于陶瓷材料成分的控制与稳定。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于焦耳加热效应的快速加热方法，其特征在于，将电源作为能量来源，利用具有高电导率的导电材料的电阻加热效应，实现温度的迅速升高，包括以下步骤：/n电源(1)放电产生电流，电流流经电路中的具有高电导率的导电材料(4)和(5)；/n产生的电流使导电材料(4)和(5)的温度在极短的时间内迅速升高；/n在辐射加热的作用下，导电材料(4)和(5)对位于它们中间型腔位置的陶瓷材料(8)进行加热，使陶瓷材料(8)的温度在数秒时间内达到烧结温度，从而迅速完成烧结工艺过程；在加热过程结束后，陶瓷材料(8)的温度迅速下降，完成冷却过程。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于焦耳加热效应的快速加热方法，其特征在于，将电源作为能量来源，利用具有高电导率的导电材料的电阻加热效应，实现温度的迅速升高，包括以下步骤：
电源(1)放电产生电流，电流流经电路中的具有高电导率的导电材料(4)和(5)；
产生的电流使导电材料(4)和(5)的温度在极短的时间内迅速升高；
在辐射加热的作用下，导电材料(4)和(5)对位于它们中间型腔位置的陶瓷材料(8)进行加热，使陶瓷材料(8)的温度在数秒时间内达到烧结温度，从而迅速完成烧结工艺过程；在加热过程结束后，陶瓷材料(8)的温度迅速下降，完成冷却过程。


2.根据权利要求1所述的快速加热方法，其特征在于，所述具有高电导率的导电材料(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：才胜，何志祝，廖文辉，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11