一种耦合加热的粉末冶金场辅助烧结装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种耦合加热的粉末冶金场辅助烧结装置，包括成型箱体、成型模具系统、动力系统、电流输入系统、以及感应加热系统，其中所述成型箱体为能够实现可控气氛环境的密封箱体；所述成型模具系统，放置于所述成型箱体内部，用于材料制备成型；所述感应加热系统，用于在材料制备过程中对材料进行加热，其中，所述电流输入系统与所述感应加热系统二者按照控制策略作用于材料制备成型过程，使材料制备过程中电流和温度可控。本装置可有效控制材料制备所涉及到的工艺参数，进而能够根据稳定的压力、合理的电流、适当的温度耦合作用，设计出特定性能的材料。特定性能的材料。特定性能的材料。

【技术实现步骤摘要】
一种耦合加热的粉末冶金场辅助烧结装置


[0001]本专利技术涉及粉末冶金制备工艺设备，尤其涉及一种粉末冶金场辅助烧结装置。

技术介绍

[0002]在材料制备工艺中，粉末冶金可以制备出难熔金属、硬质合金、陶瓷等一系列高性能材料，还可以容易地实现多种类型材料的复合，以及生产铸造工艺无法生产的一些材料，同时可以实现近净形成和自动化批量生产。
[0003]粉末冶金工艺常涉及的工序有：制粉、混粉、预成形、烧结、后处理等。
[0004]一般采用有压烧结(热压、热等静压等)对粉体进行致密化，相对于传统烧结，以获得高致密、晶粒细小、组织均匀的材料。然而，这种低温长时间的烧结，一方面不利于合金组织均质化；另一方面高温长时间烧结必然导致晶粒的长大。
[0005]目前，制备难固结粉体材料已多采用场辅助烧结技术(FAST)，即利用脉冲直流电流的电流场和轴向外加载荷的应力场使粉体在低温快速致密化。
[0006]在FAST致密化过程中，增大升温速率(≥100℃/min)时，可以有效地避免材料晶粒的长大，且有利于其组织均匀化。另外，施加于粉体上的外加载荷，在低温时可以促进粉体的位移和重排；在高温下可以促进物质扩散和塑性流动，均有利于粉体的致密化。
[0007]采用FAST固结粉体时，烧结温度的高低受限于脉冲直流电流，当电流恒定时，烧结温度无法进一步提升；烧结温度提高时，电流值需要上升到更高水平，对使用条件有更为严苛的要求。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于一种耦合加热的粉末冶金场辅助烧结装置，破除以往烧结设备中加热温度受电流数值的限制，使烧结温度与电流大小解耦。
[0009]为此，本专利技术提供了一种耦合加热的粉末冶金场辅助烧结装置，包括成型箱体、成型模具系统、动力系统、电流输入系统、以及感应加热系统，其中所述成型箱体，为能够实现可控气氛环境的密封箱体；所述成型模具系统，放置于所述成型箱体内部，用于材料制备成型；所述动力系统，用于在材料制备成型过程中为材料致密化提供压力；所述电流输入系统，用于在材料制备成型过程中为材料内部电子迁移提供驱动力；所述感应加热系统，用于在材料制备过程中对材料进行加热，其中，所述电流输入系统与所述感应加热系统二者按照控制策略作用于材料制备成型过程，使材料制备过程中电流和温度可控。
[0010]进一步地，上述成型箱体设置有内部保温层，该内部保温层将所述成型模具系统环裹，实现热量集中，保证材料制备的温度环境均匀稳定。
[0011]上述内部保温层材质选优为不锈钢或陶瓷隔热层，可将所述成型模具系统包裹，最大限度阻挡成型模具系统的热辐射，形成一个团聚的能量腔体，使热量集中，保证样品的温度环境始终处于可控的条件下，使材料制备的过程按照实际设计进行，保证材料制备的温度环境的均匀性、准确性和稳定性。
[0012]进一步地，上述成型模具系统包括电极上压头、石墨上模、材料成型板、石墨下模、以及电极下压头，所述材料成型板设置有上下贯穿的模具腔。其中，模具腔作为材料制备的关键部位，对于材料施加压力、电流及控制烧结温度等条件，可充分实现耦合作用效果，最终实现制备高致密、组织均匀、晶粒细小的材料。
[0013]进一步地，上述动力系统携带所述成型模具系统的电极上压头和/或电极下压头移动，为材料致密化提供动力。如此样品在电流、压力及感应加热的耦合作用下制备结构致密、组织均匀、晶粒细小、综合性能优异的材料。
[0014]进一步地，上述电流输入系统具有电流调节功能，其流经所述成型模具系统内部的电流可调节。
[0015]当对制备的材料保持恒定电流，改变烧结温度时，可借助感应加热系统的配合提升总体烧结温度；当对制备材料样品保持恒定温度时，改变流经材料的电流值，可借助感应加热系统与电流加热的双场耦合作用实现温度恒定；调控电流加热与感应加热的配合，可以进一步提升烧结温度，总体实现材料组织结构设计。
[0016]进一步地，上述感应加热系统包括感应加热线圈、移动装置及连接架，所述移动装置用于携带感应线圈上下移动，所述感应线圈以环绕的形式覆盖所述成型模具系统。
[0017]本感应加热系统的感应线圈放置于移动装置上，自动化程度高，可快速完成使材料样品脱离加热源的过程，为材料烧结的工艺流程提供更好的保证，为实现材料性能的提升奠定基础。
[0018]进一步地，上述迁移装置还用于带动感应加热线圈与所述成型模具系统瞬时脱离或重合。如此保证了感应加热作用的即时性。
[0019]进一步地，上述控制策略选自：恒定电流制备材料样品、恒定温度制备材料样品、或者恒定温度及恒定电流变化梯度下制备材料样品。
[0020]进一步地，上述成型箱体的可控气氛环境包括真空和保护气氛，所述保护气氛包括氮气气氛和惰性气体气氛。
[0021]进一步地，上述粉末冶金场辅助烧结装置为科学试验装置。
[0022]本专利技术装置采用电流与感应加热同时作用于材料，可以打破粉末材料烧结过程中的局限；当流经样品的电流数值达到设定值时，可通过感应线圈的辅助加热作用进而改变烧结温度，使电流与温度的关系不再相互制约。
[0023]采用本装置，可有效控制材料制备所涉及到的工艺参数，实现稳定的压力、合理的电流、适当的温度耦合作用，设计出特定性能的材料。
[0024]本装置解决了以往设备中特定烧结温度无法改变电流或者特定电流无法改变烧结温度的限制，实现烧结温度不再依赖于电流而实时可控，同时，实现提升最大烧结参数(温度、升温速率)极值点。
[0025]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0026]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0027]图1为本专利技术的粉末冶金场辅助烧结装置的系统组成示意图。以及
[0028]图2为本专利技术的粉末冶金场辅助烧结装置的成型模具系统及感应加热系统的结构配合示意图；
[0029]图3为本专利技术的粉末冶金场辅助烧结装置的成型模具系统的内部结构示意图；
[0030]图4为本专利技术的粉末冶金场辅助烧结装置的感应加热线圈引线由成型箱体底壁引出的示意图；
[0031]图5为本专利技术的粉末冶金场辅助烧结装置的工程应用示意图。
[0032]附图标记：
[0033]1‑
电流输入系统；2
‑
动力系统；3
‑
成型箱体；31
‑
内部保温层；32
‑
过孔；4
‑
感应加热系统；5
‑
成型模具系统；41
‑
感应加热线圈；411
‑
引线；42
‑
移动装置；43
‑
连接架；51
‑
电极上压头；52
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦合加热的粉末冶金场辅助烧结装置，其特征在于，包括成型箱体、成型模具系统、动力系统、电流输入系统、以及感应加热系统，其中所述成型箱体，为能够实现可控气氛环境的密封箱体；所述成型模具系统，放置于所述成型箱体内部，用于材料制备成型；所述动力系统，用于在材料制备成型过程中为材料致密化提供压力；所述电流输入系统，用于在材料制备成型过程中为材料内部电子迁移提供驱动力；所述感应加热系统，用于在材料制备过程中对材料进行加热，其中，所述电流输入系统与所述感应加热系统二者按照控制策略作用于材料制备成型过程，使材料制备过程中电流和温度可控。2.根据权利要求1所述的耦合加热的粉末冶金场辅助烧结装置，其特征在于，所述成型箱体设置有内部保温层，该内部保温层将所述成型模具系统环裹，实现热量集中，保证材料制备的温度环境均匀稳定。3.根据权利要求1所述的耦合加热的粉末冶金场辅助烧结装置，其特征在于，所述成型模具系统包括电极上压头、石墨上模、材料成型板、石墨下模、以及电极下压头，所述材料成型板设置有上下贯穿的模具腔。4.根据权利要求3所述的耦合加热的粉末冶金场辅助烧结装置，其特征在于，所述动力系统携带所述成型模具系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭晓月，束泽林，吴玉程，罗来马，朱晓勇，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：