【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高温热工装备与材料制备，尤其涉及一种可精准测控温度的超快速宽温域热工设备及方法。
技术介绍
1、创新工艺制程、突破材料品质、重视节能环保，是材料制造业高质量发展的关键。对于陶瓷、金属等材料的合成、烧结、熔炼、焊接、反应以及热处理等高温制造过程，节能降耗与绿色高效显得尤为重要。
2、中国专利技术专利申请cn114206802a公开了高温烧结系统和方法，首次公开了超快速高温烧结技术，该方法将样品放置于两层导电碳元件之间，通过电流焦耳热原理将所述导电碳元件迅速加热，进而使样品快速升温，实现材料的超快速合成、烧结以及反应等。该方法虽然对样品材料的化学组成与物理性能没有特殊要求，但受限于导电碳元件的层状结构以及样品摆放位置，其无法实现对厚度超过1厘米的大尺寸样品的高温制备。
3、中国专利cn216205255u中公开了超快加热烧结装置及超快升温反应釜，提供了一种基于高熔点导电粉末的超快加热方法，通过将样品埋入高熔点导电粉末形成良好包覆，实现大尺寸复杂结构样品的超快速升温与制备。然而，由于导电粉末对样品的三维堆埋包覆，热电偶、红外等测温仪器无法获取样品的实时温度；并且由于导电粉末电导率与热导率随温度变化，使得整个热过程无法精准控制且温度场分布不稳定，最终导致该工艺方法可操作性差，工程化应用困难。
4、中国专利技术专利cn113847805a公开了一种超高温烧结炉，所述超高温烧结炉主要由电极装置和碳纤维加热装置构成，碳纤维布通过电极导电并加热，在碳纤维布中包裹烧结元件。本专利技术主要利用碳纤维
技术实现思路
1、针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种可精准测控温度的超快速宽温域热工设备及方法，本专利技术要解决的技术问题是提供一种可实现温度场时空调控与实时监测的超快速宽温域热工设备及方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种可精准测控温度的超快速宽温域热工设备，
3、包括炉体单元、温度场监测单元、发热及保温结构单元；
4、所述发热及保温结构单元设置于炉体单元内部，发热及保温结构单元包括周围区域、电流负载核心区域和电极，周围区域设置在电流负载核心区域和电极的外围，电流负载核心区域设置在电极之间的间隙中；周围区域和电流负载核心区域中均设置有加热介质；
5、所述温度场监测单元设置在炉体单元外围，用于实时监测所述发热及保温结构单元的温度。
6、进一步的，发热及保温结构单元包括金属容器，周围区域、电流负载核心区域和电极设置在金属容器内部。
7、进一步的，包括联动控制单元，所述联动控制单元与所述温度场监测单元连接；所述联动控制单元包括计算机控制系统和联动控制机构，所述联动控制机构与计算机控制系统电连接，计算机控制系统与温度场监测单元电连接，联动控制机构与电极的一端相连，计算机控制系统接收来自温度场监测单元的实时温度数据，并根据实时温度数据命令联动控制机构调控电极位移，以及调控电极对导电粉末施加的电流负载大小。
8、进一步的，联动控制机构包括程控电机、程控电源、传动机构和电极夹持装置，程控电源与计算机控制系统电连接，程控电源与电极电连接，程控电机与计算机控制系统电连接，程控电机的输出轴与传动机构连接，传动机构的一端与电极夹持装置连接，电极夹持装置的内表面与电极接触。
9、进一步的，电极包括上电极和下电极，二者相对设置，传动机构的一端与上电极连接。
10、进一步的，上电极的内部设置有测温通道，上电极包括极板，极板上设置有多个通孔。
11、进一步的，温度场监测单元包括双色红外测温仪以及多个热电偶；双色红外测温仪设置在电极的上方，与炉体单元连接；所述热电偶的下部延伸进入金属容器的内部或者热电偶的一端与金属容器接触。
12、进一步的，温度场监测单元包括多通道数据采集卡，双色红外测温仪和热电偶通过数据传输线与多通道数据采集卡电连接，多通道数据采集卡与计算机控制系统电连接。
13、本专利技术提供了一种可精准测控温度的方法，利用上述的可精准测控温度的超快速宽温域热工设备，包括以下步骤：
14、步骤s1：将样品放入电极之间的电流负载核心区域内，对样品进行加热；
15、步骤s2：利用温度场监测单元测量炉体单元内部的实时温度数据，并传输给联动控制单元；
16、步骤s3：联动控制单元将实时温度数据与预设的时间-温度曲线进行对比，并根据对比结果调控的电极位移或电流负载。
17、进一步的，所述步骤s3中，若温度值低于预设的时间-温度曲线预设的温度值的下极限时，联动控制单元将增大输出至电极的电流负载；若温度值高于预设的时间-温度曲线预设的温度值的上极限时，联动控制单元将减小电极的电流负载；若是联动控制单元输出的电流量值超出预设的电流区间上下极限时，联动控制单元控制电极中的上电极实施上移或下行动作，改变上电极与下电极之间的间距，并且改变电流负载核心区域内加热介质密度大小和堆积状态。
18、本专利技术一种超快速宽温域热工设备采用电热介质一体化设计，样品置于由石墨、碳粉、碳纳米材料、碳化物等耐高温粉体一种或多种混合形成的导电粉床内，形成对样品的全方位三维包裹，使得样品形状结构及尺寸体积等不受限制；导电粉体包括周围区域和电流负载核心区，既作为发热体，又作为保温结构材料，不但可以保证电流负载核心区域的超快速升温效果，获得3000℃以上的安全稳定工作环境，还可以通过电极位移，改变样品及粉体之间的接触和堆积状态，原位实时调控导电粉体核心加热区域的电阻值与热导率，进而实现对升温、保温和降温全程热效能及热量分布的动态精准调控。本专利技术无需在导电粉末与金属容器之间另外使用绝缘材料或保温材料；采用双色红外测温仪与三组热电偶同时对样品核心加热区以及导电粉床内部不同空间位置进行温度测量，实现多工位精准测温与温度场实时监测，同时配合有限元模型仿真，实现对样品温度的精准测量以及对导电粉床全域温度场的实时动态可视化监测与精准调控。
19、本专利技术一种超快速宽温域热工方法通过电极在电脑程序和程控电机的控制及驱动下实现实时位移，从本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可精准测控温度的超快速宽温域热工设备，其特征在于，包括炉体单元、温度场监测单元、发热及保温结构单元；
2.根据权利要求1所述的可精准测控温度的超快速宽温域热工设备，其特征在于，发热及保温结构单元包括金属容器，周围区域、电流负载核心区域和电极设置在金属容器内部。
3.根据权利要求2所述的可精准测控温度的超快速宽温域热工设备，其特征在于，包括联动控制单元，所述联动控制单元与所述温度场监测单元连接；所述联动控制单元包括计算机控制系统和联动控制机构，所述联动控制机构与计算机控制系统电连接，计算机控制系统与温度场监测单元电连接，联动控制机构与电极的一端相连，计算机控制系统接收来自温度场监测单元的实时温度数据，并根据实时温度数据命令联动控制机构调控电极位移，以及调控电极对导电粉末施加的电流负载大小。
4.根据权利要求3所述的可精准测控温度的超快速宽温域热工设备，其特征在于，联动控制机构包括程控电机、程控电源、传动机构和电极夹持装置，程控电源与计算机控制系统电连接，程控电源与电极电连接，程控电机与计算机控制系统电连接，程控电机的输出轴与传动机构连接，
5.根据权利要求4所述的可精准测控温度的超快速宽温域热工设备，其特征在于，电极包括上电极和下电极，二者相对设置，传动机构的一端与上电极连接。
6.根据权利要求5所述的可精准测控温度的超快速宽温域热工设备，其特征在于，上电极的内部设置有测温通道，上电极包括极板，极板上设置有多个通孔。
7.根据权利要求6所述的可精准测控温度的超快速宽温域热工设备，其特征在于，温度场监测单元包括双色红外测温仪以及多个热电偶；双色红外测温仪设置在电极的上方，与炉体单元连接；所述热电偶的下部延伸进入金属容器的内部或者热电偶的一端与金属容器接触。
8.根据权利要求7所述的可精准测控温度的超快速宽温域热工设备，其特征在于，温度场监测单元包括多通道数据采集卡，双色红外测温仪和热电偶通过数据传输线与多通道数据采集卡电连接，多通道数据采集卡与计算机控制系统电连接。
9.一种可精准测控温度的方法，其特征在于，利用如权利要求3-8任一项所述的可精准测控温度的超快速宽温域热工设备，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的可精准测控温度的方法，其特征在于，所述步骤S3中，若温度值低于预设的时间-温度曲线预设的温度值的下极限时，联动控制单元将增大输出至电极的电流负载；若温度值高于预设的时间-温度曲线预设的温度值的上极限时，联动控制单元将减小电极的电流负载；若是联动控制单元输出的电流量值超出预设的电流区间上下极限时，联动控制单元控制电极中的上电极实施上移或下行动作，改变上电极与下电极之间的间距，并且改变电流负载核心区域内加热介质密度大小和堆积状态。
...【技术特征摘要】
1.一种可精准测控温度的超快速宽温域热工设备，其特征在于，包括炉体单元、温度场监测单元、发热及保温结构单元；
2.根据权利要求1所述的可精准测控温度的超快速宽温域热工设备，其特征在于，发热及保温结构单元包括金属容器，周围区域、电流负载核心区域和电极设置在金属容器内部。
3.根据权利要求2所述的可精准测控温度的超快速宽温域热工设备，其特征在于，包括联动控制单元，所述联动控制单元与所述温度场监测单元连接；所述联动控制单元包括计算机控制系统和联动控制机构，所述联动控制机构与计算机控制系统电连接，计算机控制系统与温度场监测单元电连接，联动控制机构与电极的一端相连，计算机控制系统接收来自温度场监测单元的实时温度数据，并根据实时温度数据命令联动控制机构调控电极位移，以及调控电极对导电粉末施加的电流负载大小。
4.根据权利要求3所述的可精准测控温度的超快速宽温域热工设备，其特征在于，联动控制机构包括程控电机、程控电源、传动机构和电极夹持装置，程控电源与计算机控制系统电连接，程控电源与电极电连接，程控电机与计算机控制系统电连接，程控电机的输出轴与传动机构连接，传动机构的一端与电极夹持装置连接，电极夹持装置的内表面与电极接触。
5.根据权利要求4所述的可精准测控温度的超快速宽温域热工设备，其特征在于，电极包括上电极和下电极，二者相对设置，传动机构的一端与上电极连接。
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【专利技术属性】
技术研发人员：萨尔瓦多·格拉索，左飞，王立国，林华泰，
申请(专利权)人：深圳市国创新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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