一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐的制作方法
【專利摘要】一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐，它包括爐體以及設(shè)置于爐體內(nèi)的保溫層和模具、以及分別與爐體密封連接的微波加熱系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、加壓裝置和氣氛系統(tǒng)；保溫層緊貼模具的外周，微波加熱系統(tǒng)包括微波發(fā)生器、水負(fù)載、環(huán)形器、調(diào)諧器和波導(dǎo)管，該微波發(fā)生器依次經(jīng)環(huán)形器、調(diào)諧器和波導(dǎo)管與爐體連接；加壓裝置包括上壓頭、下壓頭、壓力傳感器和伺服電機；氣氛系統(tǒng)包括流量壓力控制器以及分別經(jīng)流量壓力控制器與爐體連接的儲氣罐和真空泵；溫控系統(tǒng)包括紅外測溫儀和溫度控制軟件；它采用加壓和微波加熱合成加工從而實現(xiàn)自動化生產(chǎn)高致密度成品，并且工作效率高，設(shè)備使用壽命長，加工成本低；它廣泛用于陶瓷以及硬質(zhì)合金材料加工配套使用。
【專利說明】
一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐。
【背景技術(shù)】
[0002]微波的電磁能量能穿透介質(zhì)材料并傳送到物質(zhì)的內(nèi)部，并與物體的原子、分子互相碰撞、摩擦，從而使物體發(fā)熱，微波加熱具有內(nèi)外同熱、熱應(yīng)力小、效率高、加熱速度快、成本低及可選擇性等特點，被廣泛應(yīng)用到實踐中。
[0003]采用微波對材料的燒結(jié)始于20世紀(jì)60年代中期，有研究者提出了陶瓷材料的微波燒結(jié)，到20世紀(jì)70年代中期，又有研究者對微波燒結(jié)技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，某公司于九十年代建成制造氮化硅陶瓷刀具的生產(chǎn)中心，使用數(shù)臺間歇式常壓微波燒結(jié)爐，每天生產(chǎn)超過萬片的半英寸氮化硅陶瓷刀片，燒結(jié)產(chǎn)品的性能遠(yuǎn)優(yōu)于采用傳統(tǒng)方式燒結(jié)的刀具;專利號CN203550534U公開了一種微波輔助加熱的微波燒結(jié)爐，也是采用類似的常壓燒結(jié)的技術(shù)方案，而對于一些熔點較高的材料，例如陶瓷等，受爐體承載高溫的限制而無法進(jìn)行加工；再如專利號CN203545695U公開了一種熱電材料的微波加壓合成裝置，它雖然能克服熱電材料合成裝置昂貴、原料損失嚴(yán)重等缺點，但該裝置采用熱電偶測溫，且測溫元件直接伸入模具內(nèi)緊貼模具內(nèi)壁，在微波電磁場的作用下容易失準(zhǔn)，同時該裝置的液壓裝置并沒有進(jìn)行控制和反饋，其進(jìn)給運動無法得到精確的保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述情況，本實用新型的目的在于提供一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐，它采用加壓和微波加熱合成加工從而實現(xiàn)自動化生產(chǎn)材料致密度高、晶粒細(xì)化的成品，并且整體結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，加熱速度快，工作效率高，設(shè)備使用壽命長，加工成本低，市場前景廣闊，便于推廣使用。
[0005]為實現(xiàn)上述任務(wù)，一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐，它包括爐體以及設(shè)置于爐體內(nèi)的保溫層和模具、以及分別與爐體密封連接的微波加熱系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、加壓裝置和氣氛系統(tǒng);所述保溫層緊貼模具的外周，所述微波加熱系統(tǒng)包括微波發(fā)生器、水負(fù)載、環(huán)形器、調(diào)諧器和波導(dǎo)管，該微波發(fā)生器依次經(jīng)環(huán)形器、調(diào)諧器和波導(dǎo)管與爐體連接;所述加壓裝置包括上壓頭、下壓頭、壓力傳感器和伺服電機;所述氣氛系統(tǒng)包括儲氣罐、真空栗和流量壓力控制器，該儲氣罐和真空栗分別經(jīng)流量壓力控制器與爐體連接;所述溫控系統(tǒng)包括紅外測溫儀和溫度控制軟件。
[0006]為實現(xiàn)本實用新型結(jié)構(gòu)、效果優(yōu)化，其進(jìn)一步的措施:所述上壓頭和下壓頭分別穿過爐體和模具的上下端用于對模具型腔內(nèi)的工件進(jìn)行加壓。
[0007]所述下壓頭的一端穿過模具下端與工件連接，另一端與爐體下的基座連接。
[0008]所述上壓頭的一端穿過模具上端與工件連接，另一端經(jīng)壓力傳感器與伺服電機連接。
[0009]所述紅外測溫儀設(shè)置于爐體的內(nèi)壁上并可將所測溫度實時反饋給溫度控制軟件從而調(diào)節(jié)微波發(fā)生器的功率。
[0010]所述模具本體的一側(cè)設(shè)有5mm的圓孔從距模具內(nèi)壁2mm處開始延伸穿過保溫層。
[0011]所述模具本體上的圓孔位于爐體內(nèi)壁上紅外測溫儀的同側(cè)。
[0012]所述環(huán)形器為三端環(huán)形器，且該環(huán)形器的三個端口按順時針方向分別連接調(diào)諧器、水負(fù)載、微波發(fā)生器。
[0013]所述流量壓力控制器、伺服電機、壓力傳感器、紅外測溫儀以及微波發(fā)生器分別與計算機單元連接。
[0014]所述模具采用石墨、氧化鋁或碳化硅材料制成;所述保溫層為多孔氧化鋁陶瓷。
[0015]本實用新型提供一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐，它包括爐體以及設(shè)置于爐體內(nèi)的保溫層和模具、以及分別與爐體密封連接的微波加熱系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、加壓裝置和氣氛系統(tǒng);所述保溫層緊貼模具的外周，所述微波加熱系統(tǒng)包括微波發(fā)生器、水負(fù)載、環(huán)形器、調(diào)諧器和波導(dǎo)管，該微波發(fā)生器依次經(jīng)環(huán)形器、調(diào)諧器和波導(dǎo)管與爐體連接;所述加壓裝置包括上壓頭、下壓頭、壓力傳感器和伺服電機;所述氣氛系統(tǒng)包括儲氣罐、真空栗和流量壓力控制器，該儲氣罐和真空栗分別經(jīng)流量壓力控制器與爐體連接;所述溫控系統(tǒng)包括紅外測溫儀和溫度控制軟件;它采用加壓和微波加熱合成加工從而實現(xiàn)自動化生產(chǎn)高致密度和晶粒細(xì)化的成品，并且整體結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，加熱速度快，工作效率高，設(shè)備使用壽命長，加工成本低，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，市場前景廣闊，便于推廣使用。
[0016]本實用新型相比現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的有益效果:
[0017]1、本實用新型采用設(shè)置真空栗和儲氣罐等設(shè)備進(jìn)行氣氛燒結(jié)，有助于燒結(jié)過程中成型致密化程度高、性能良好的產(chǎn)品；
[0018]Π、本實用新型采用微波穿透對工件直接加熱，可實現(xiàn)同步快速加熱，大大縮短加工周期，有利于節(jié)約能源；
[0019]m、本實用新型利用微波加熱快速升溫和快速燒結(jié)的特點，有利于獲得更加細(xì)密的晶粒組織結(jié)構(gòu)；
[0020]IV、本實用新型采用微波加熱的同時進(jìn)行加壓可提高被燒結(jié)工件的整體致密度，從而減少工件內(nèi)部產(chǎn)生氣孔、孔洞、微裂紋等缺陷，提高工件組織結(jié)構(gòu)的致密化；
[0021]V、本實用新型采用壓力傳感器來精確控制上壓頭的進(jìn)給運動，有利于實現(xiàn)對各種不同材料的產(chǎn)品進(jìn)行燒結(jié)成型；
[0022]V1、本實用新型采用對爐體內(nèi)壁加裝紅外測溫儀，便于實時掌握微波加熱的溫度，有利于對微波熱壓燒結(jié)反應(yīng)的準(zhǔn)確控制；
[0023]W、本實用新型采用環(huán)行器可將爐體內(nèi)反射回來的的微波導(dǎo)入水負(fù)載，從而有效保護(hù)微波電子管，提高設(shè)備的使用壽命；
[0024]砸、本實用新型采用計算機單元與各控制系統(tǒng)連接，生產(chǎn)自動化程度高，縮短了加工周期，降低了生產(chǎn)成本。
[0025]本實用新型廣泛適用于陶瓷以及硬質(zhì)合金材料加工配套使用。
[0026]下面將參照圖，對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【附圖說明】
[0027]圖1為本實用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為本實用新型中模具結(jié)構(gòu)放大示意圖。
[0029]圖中:1_儲氣罐，2-真空栗，3-流量壓力控制器，4-紅外測溫儀，5-上壓頭，6-伺服電機，7-壓力傳感器，8-波導(dǎo)管，9-調(diào)諧器，10-環(huán)形器，11-水負(fù)載，12-微波發(fā)生器，13-計算機單元，14-基座，15-下壓頭，16-保溫層，17-工件，18-模具，19-爐體。
【具體實施方式】
[0030]參考附圖，本實用新型是這樣實現(xiàn)的:一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐，它包括爐體19以及設(shè)置于爐體19內(nèi)的保溫層16和模具18、以及分別與爐體19密封連接的微波加熱系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、加壓裝置和氣氛系統(tǒng);所述保溫層16緊貼模具18的外周，所述微波加熱系統(tǒng)包括微波發(fā)生器12、水負(fù)載11、環(huán)形器10、調(diào)諧器9和波導(dǎo)管8，該微波發(fā)生器12依次經(jīng)環(huán)形器10、調(diào)諧器9和波導(dǎo)管8與爐體19連接;所述加壓裝置包括上壓頭5、下壓頭15、壓力傳感器7和伺服電機6;所述氣氛系統(tǒng)包括儲氣罐1、真空栗2和流量壓力控制器3，該儲氣罐I和真空栗2分別經(jīng)流量壓力控制器3與爐體19連接;所述溫控系統(tǒng)包括紅外測溫儀4和溫度控制軟件。
[0031]如圖1所示，本實用新型的上壓頭5和下壓頭15分別穿過爐體19和模具18的上下端用于對模具18型腔內(nèi)的工件17進(jìn)行加壓，所述下壓頭15的一端穿過模具18下端與工件17連接，另一端與爐體19下的基座14連接;所述上壓頭5的一端穿過模具18上端與工件17連接，另一端經(jīng)壓力傳感器7與伺服電機6連接;所述紅外測溫儀4設(shè)置于爐體19的內(nèi)壁上且與計算機單元13的溫度控制軟件連接;所述環(huán)形器10為三端環(huán)形器，且該環(huán)形器10的三個端口按順時針方向分別連接調(diào)諧器9、水負(fù)載11和微波發(fā)生器12，該環(huán)行器10可以將爐體19內(nèi)被反射回來的的微波導(dǎo)入水負(fù)載U，從而有效保護(hù)微波電子管;所述流量壓力控制器3、伺服電機9、壓力傳感器7、微波發(fā)生器12分別與計算機單元13連接;加工時由于被加工材料處于熱塑性的狀態(tài)，此時材料變形的阻力較小，并易于晶粒的塑性流動和致密化，此時成型所需的壓力也大大降低，因此當(dāng)燒結(jié)的同時進(jìn)行加壓，有利于硬質(zhì)合金粉末顆粒之間的接觸、擴散和流動，同時還可降低燒結(jié)的溫度、縮短燒結(jié)周期、抑制晶粒的長大，最終制備的工件17結(jié)構(gòu)致密、晶粒細(xì)小以及氣孔率低，具有良好的力學(xué)性能。
[0032]如圖2所示，本實用新型的模具18本體的一側(cè)設(shè)有5mm的圓孔從距模具內(nèi)壁2mm處開始延伸穿過保溫層16，所述模具18本體上的圓孔位于爐體19內(nèi)壁上紅外測溫儀4的同側(cè)，該結(jié)構(gòu)便于準(zhǔn)確測量模具18的內(nèi)部溫度，有利于精確控制微波燒結(jié)反應(yīng);所述模具18優(yōu)選采用石墨、氧化鋁或碳化硅材料制成，所述保溫層16優(yōu)選為多孔氧化鋁陶瓷。
[0033]結(jié)合附圖，本實用新型的工作原理為:將待加工材料裝入模具18中，然后啟動流量壓力控制器3對爐體19抽真空或通入保護(hù)氣體，隨后壓緊上壓頭5、下壓頭15，并設(shè)定初始壓力以及微波發(fā)生器12的功率，接著開啟微波發(fā)生器12，逐漸升溫至工件17預(yù)處理溫度并保溫，然后設(shè)定二次加壓的壓力和微波加壓合成功率，快速升溫至合成溫度對工件17進(jìn)行燒結(jié)成型，最后自然冷卻至室溫，卸壓，取出成品；在燒結(jié)成型過程中紅外測溫儀4可將所測的實時溫度反饋到計算機單元13并通過溫度控制軟件自動調(diào)節(jié)微波發(fā)生器12的功率，同時壓力傳感器7可將實時壓力反饋給計算機單元13控制調(diào)節(jié)二次加壓的壓力，經(jīng)計算機單元的實時控制調(diào)節(jié)可保障精確控制微波燒結(jié)反應(yīng)，獲得具有良好性能的成品。
[0034]結(jié)合附圖，本實用新型的氣氛系統(tǒng)有利于對不同的材料選擇適宜的氣氛燒結(jié)，有助于燒結(jié)過程中提高成品的致密化程度、獲得良好的性能;常用的有真空、氫、氧、氮或惰性氣體(如氬)等氣氛燒結(jié)，例如透明氧化鋁陶瓷可采用對爐體19通入氫氣氛燒結(jié)，透明鐵電陶瓷宜采用對爐體19通入氧氣氛燒結(jié)，氮化物陶瓷如氮化鋁等宜采用對爐體19通入氮氣氛作么士
[0035]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化;凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐，其特征是在于包括爐體以及設(shè)置于爐體內(nèi)的保溫層和模具、以及分別與爐體密封連接的微波加熱系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、加壓裝置和氣氛系統(tǒng);所述保溫層緊貼模具的外周，所述微波加熱系統(tǒng)包括微波發(fā)生器、水負(fù)載、環(huán)形器、調(diào)諧器和波導(dǎo)管，該微波發(fā)生器依次經(jīng)環(huán)形器、調(diào)諧器和波導(dǎo)管與爐體連接;所述加壓裝置包括上壓頭、下壓頭、壓力傳感器和伺服電機;所述氣氛系統(tǒng)包括儲氣罐、真空栗和流量壓力控制器，該儲氣罐和真空栗分別經(jīng)流量壓力控制器與爐體連接;所述溫控系統(tǒng)包括紅外測溫儀和溫度控制軟件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐，其特征在于所述上壓頭和下壓頭分別穿過爐體和模具的上下端用于對模具型腔內(nèi)的工件進(jìn)行加壓。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐，其特征在于所述下壓頭的一端穿過模具下端與工件連接，另一端與爐體下的基座連接。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐，其特征在于所述上壓頭的一端穿過模具上端與工件連接，另一端經(jīng)壓力傳感器與伺服電機連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐，其特征在于所述紅外測溫儀設(shè)置于爐體的內(nèi)壁上并可將所測溫度實時反饋給溫度控制軟件從而調(diào)節(jié)微波發(fā)生器的功率。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐，其特征在于所述模具本體的一側(cè)設(shè)有5_的圓孔從距模具內(nèi)壁2_處開始延伸穿過保溫層。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐，其特征在于所述模具本體上的圓孔位于爐體內(nèi)壁上紅外測溫儀的同側(cè)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐，其特征在于所述環(huán)形器為三端環(huán)形器，且該環(huán)形器的三個端口按順時針方向分別連接調(diào)諧器、水負(fù)載、微波發(fā)生器。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐，其特征在于所述流量壓力控制器、伺服電機、壓力傳感器、紅外測溫儀以及微波發(fā)生器分別與計算機單元連接。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于加壓的微波加熱燒結(jié)爐，其特征在于所述模具采用石墨、氧化鋁或碳化硅材料制成;所述保溫層為多孔氧化鋁陶瓷。
【文檔編號】F27B5/05GK205537095SQ201620332587
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】許靖偉, 唐思文, 劉德順, 蘇闖南, 李鵬南, 蔣玲莉
【申請人】湖南科技大學(xué)