炉系统及使用方法技术方案

烧结炉可以包括界定内部容积体的外壳；被配置成将反应剂引入到内部容积体中的反应剂入口；在外壳内的绝缘腔室；以及被配置成保留物体的干馏釜。操作烧结炉的方法可以包括在布置在腔室内的干馏釜内烧结零件前体，其中腔室界定干馏釜和腔室之间的中间容积体，其中烧结副产物在中间容积体内被氧化。副产物在中间容积体内被氧化。副产物在中间容积体内被氧化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】炉系统及使用方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年12月4日提交的美国临时申请号62/943,675的权益，该美国临时申请通过该引用以其整体并入。


[0003]本专利技术总体上涉及烧结领域，并且更具体地涉及烧结领域中新的且有用的系统和方法。
[0004]背景
[0005]烧结，一种加热材料(通常为金属粉末、浆料、糊剂等)直到优选地在不熔化该材料的情况下该材料聚结成固体和/或多孔物质的工艺，传统上需要在具有高气体纯度的炉中加热材料。氧化剂(诸如氧气(O2)、水(H2O)、二氧化碳(CO2)等)在炉中的存在可能导致烧结的材料的不合意的氧化，负面地影响烧结的材料的性质。因此，在烧结领域中对创建新的且有用的系统和方法存在需求。本专利技术提供了这样的新的且有用的系统和方法。
[0006]附图简述
[0007]图1是系统的变体的示意性表示。
[0008]图2是系统的实施方案的示意性表示。
[0009]图3是干馏釜(retort)的实施方案的示意性表示的剖切视图(cut
‑
out view)。
[0010]图4是具有示例性空气流的系统的实施方案的示意性表示的剖切视图。
[0011]图5是系统的实施方案的示意性表示。
[0012]图6是加热元件相对于绝缘腔室(insulation chamber)内的干馏釜的实施方案的示意性表示。
[0013]图7A是来自干馏釜的实例的左上角的等距视图。
[0014]图7B是来自干馏釜的实例的左上角的透明的等距视图。
[0015]图7C和图7D是分别来自干馏釜的实例的前部和后部的剖切的等距视图。
[0016]图8是操作方法的实施方案的示意性表示。
[0017]图9是操作烧结炉的实例的框图。
[0018]图10A、图10B和图10C是干馏釜温度分布(retort temperature profile)和反应气体流量分布的实例的示意性表示，其中T
D
是脱粘温度(debinding temperature)，T
S
是烧结温度，t
D
是脱粘时间，t
S
是烧结时间，并且Q
最大值
是最大反应气体流量。
[0019]优选的实施方案的描述
[0020]对本专利技术的优选的实施方案的以下描述不意图将本专利技术限制于这些优选的实施方案，而是使得本领域的任何技术人员能够制造并且使用本专利技术。
[0021]1.综述。
[0022]如图1中示出的，系统10优选地包括外壳、绝缘腔室和干馏釜。该系统可以任选地包括计算系统、一个或更多个传感器和/或任何合适的组件。外壳可以界定容积体(volume)(例如，外腔室容积体、炉容积体等)。该系统可以起到达到并维持高温(例如，高达1400℃)
持续任何合适的持续时间(例如，烧结时间诸如10min、30min、1小时、2小时、4小时、8小时、24小时等)以支撑零件(part)(例如，印刷的金属零件、生坯(green body)、褐色坯体(brown body)、零件前体、成品零件等)的作用，和/或可以执行任何合适的功能。该系统优选地是真空炉；然而，可以另外地和/或可选择地是气氛炉(atmosphere furnace)，或者可以利用任何其他气氛控制方案。炉的组件几何形状可以是通常被描述为马弗炉、干馏炉(retort furnace)、管式炉，和/或加热元件、气氛控制部(atmosphere control)和被称为炉的绝缘件(insulation)的任何合适的配置的组件几何形状。
[0023]在具体实例中，系统10可以用于烧结(例如，焙烧)一个或更多个零件(例如，生坯诸如去除溶剂的印刷零件；褐色零件诸如去除粘合剂的印刷零件；等等)和/或任何合适的材料(例如，金属粉末、金属糊剂等)。然而，该系统可以另外地或可选择地用于在高温和/或在任何合适的气氛和/或在任何合适的压力加热、烘烤和/或加工任何合适的材料。
[0024]2.益处。
[0025]该技术的变型可以赋予若干个益处和/或优点。
[0026]首先，该技术的变体可以使得材料(例如，生坯；褐色坯体；粉末状金属；零件前体；物体前体；印刷零件，诸如在2020年1月16日提交的标题为“SYSTEM AND METHOD FOR ADDITIVE METAL MANUFACTURING”的美国申请号16/744,657中描述的零件，该美国申请通过该引用以其整体并入；等等)能够加热至高温以烧结材料。该技术的具体实例可以使得任何合适的温度(例如，高达1400℃)能够维持持续任何合适的持续时间以烧结材料。
[0027]第二，该技术的变体可以使得炉在烧结操作之前、期间或之后能够自清洁(例如，防止和/或去除烧结工艺的副产物诸如挥发性化合物、碳质化合物、有机化合物等的积聚)。在具体实例中，绝缘件可以可控地(例如，通过其结构，通过化学组成，通过流量控制系统等)保留水分、O2和/或可以与副产物反应的任何合适的氧化剂，产生可以容易地从系统(例如，气氛交换器、真空泵、排气口(vent)等)中去除的产物(例如，一氧化碳、二氧化碳等)。在其他实例中，炉可以可控地将水分、O2和/或任何合适的氧化剂和/或还原剂注入到炉的特定区域中，以便仅在该区域中与副产物反应。
[0028]第三，该技术的变体可以为材料的烧结提供烧结环境(例如，惰性环境；诸如包含<1ppm、<10ppm、<100ppm、<1000ppm等反应剂的清洁环境；等等)。该技术的实例可以通过控制通过系统的惰性气体流动(例如，流动路径、流量、温度等)、用于干馏釜的材料(例如，石墨)的选择、用于环境的惰性气体的选择和/或作为任何合适的系统和/或组件性质的结果来实现该烧结环境。在具体实例中，流动路径可以通过在干馏釜内部产生正压(例如，引入气体)同时在外腔室容积体中产生降低的或较低的压力(例如，排气或真空，压力低于干馏釜压力等)来界定。
[0029]第四，该技术的变体可以使得石墨(另外地或可选择地碳化硅、高温钢、镍高温合金(nickel superalloy)、钼合金或其他耐高温氧化材料)干馏釜能够在陶瓷绝缘腔室中使用(并且重复使用)，从而赋予较低成本、较高效率的混合炉。在具体实例中，系统内组件的布置、材料选择和/或操作参数(例如，气体流量、气体特性等)可以使得石墨干馏釜能够与陶瓷绝缘体非破坏性地使用。然而，将石墨干馏釜与陶瓷绝缘体组合可以以任何合适的方式实现。
[0030]第五，该技术的变体可以帮助避免(例如，最小化、防止等)系统内固体副产物和/
或液体副产物的积聚。在具体实例中，通过将反应剂(例如，氧化剂、还原剂、水、氧气、空气等)引入到干馏釜、外腔室或绝缘腔室中，可以使来自加热和烧结生坯的副产物反应以形成挥发性产物诸如CO、CO2、CH4，它们本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种烧结炉，包括：外壳，所述外壳界定内部容积体，所述外壳包括：氧化剂入口，所述氧化剂入口被配置成将氧化剂引入到所述内部容积体中；和排出机构，所述排出机构被配置成将反应副产物从所述内部容积体内释放到外部环境中；绝缘腔室，所述绝缘腔室被布置在所述外壳内，其中所述绝缘腔室包括加热元件，所述加热元件被配置成将所述绝缘腔室内部的温度升高到至少烧结温度；以及干馏釜，所述干馏釜被布置在所述绝缘腔室内，界定干馏釜容积体，所述干馏釜包括：接口壁，所述接口壁将所述干馏釜容积体分隔成工作容积体和气体引入容积体，其中所述工作容积体被配置成接收用于烧结的材料，其中所述接口壁界定孔，所述孔被配置成允许所述工作容积体和所述气体引入容积体之间的流体连通；和气体入口，所述气体入口被配置成提供进入所述气体引入容积体中的气体流，其中所述气体引入容积体界定曲折路径，所述曲折路径被配置成在所述气体进入所述工作容积体之前升高所述气体的温度。2.根据权利要求1所述的烧结炉，其中所述排出机构不包括催化转化器。3.根据权利要求1所述的烧结炉，其中所述绝缘腔室包括纤维状氧化铝、耐火砖、氧化铝、高铝水泥或氧化铝空心球。4.根据权利要求3所述的烧结炉，其中陶瓷材料在炉操作期间释放低剂量的第二氧化剂。5.根据权利要求1所述的烧结炉，还包括传感器，所述传感器被配置成检测所述内部容积体内或从所述内部容积体释放的二氧化碳的量。6.根据权利要求5所述的烧结炉，其中所述氧化剂响应于由所述传感器检测到二氧化碳、一氧化碳、氧气或水中的至少一种的阈值量而被引入。7.根据权利要求1所述的烧结炉，其中所述干馏釜内的气体压力大于所述内部容积体内的气体压力。8.根据权利要求1所述的烧结炉，其中所述内部容积体中的氧化剂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬，
申请(专利权)人：曼特尔公司，
类型：发明
国别省市：