高效节能型稀有金属材料真空烧结炉的制作方法

本实用新型涉及一种稀有金属材料生产设备，具体地说是一种高效节能型稀有金属材料真空烧结炉。

背景技术：

烧结是目前制备难熔金属材料的主要方法，稀有金属材料的制备过程通常为制粉—成型—烧结—热处理—后续加工成型，其中随着IT技术及智能控制技术的快速发展，目前金属材料(特别是稀有金属)烧结基本都是在真空条件下完成，真空烧结已经成为金属烧结(特别是稀土金属)的常规手段之一，在这种条件下制备的材料无论是无氧化指标还是材料的性能都得到极大提高，这对于提高产品的市场竞争力有极大的帮助。

真空烧结是指在真空环境中将预制备的金属胚料加热到一定温度，并通过金属材料本身分子的热运动最终制备成品的工艺技术，其对真空度以及温度稳定性有着极高要求，尤其对于稀有金属材料(比如NdFeB钕铁硼、SmCo钐钴等永磁材料)来说，其在烧结过程中的真空度(绝对压力)、压升率、均温区温度稳定性等指标稍有差池都会导致成品材料关键参数产生极大的差异，从而导致最终产品达不到生产要求。目前随着技术的持续发展及市场竞争越来越激烈，各个生产厂家不断采用技术手段对真空烧结设备进行改进，一方面要考虑不断提高真空烧结过程中相关参数指标，另一方面还要考虑如何缩短工艺时间、减小劳动强度。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高效节能型稀有金属材料真空烧结炉，能实现稀有金属材料特别是难熔金属及稀土永磁体(例如：NdFeB，SmCo)的高效烧结，温度均匀性、冷却速度及冷却均匀性均高于国家标准,大大提高烧结产品的质量，且有效缩短工艺时间，降低劳动强度。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种高效节能型稀有金属材料真空烧结炉，包括炉壳、炉胆、抽真空系统、充气系统、风机换热系统、PLC电控系统和电源系统，炉胆设置于炉壳内，所述炉胆内部设有加热组件，在所述炉胆内壁上设有隔热保温层，所述炉胆上设有可开启的风门，并且在所述炉胆没有设置风门的侧壁内侧安装有发热体，另外在所述炉胆内设有用于检测温度的温控装置，炉壳内通过所述抽真空系统抽真空，并通过所述充气系统注入冷却气体，风机换热系统设置于炉壳上，且冷却气体通过所述风机换热系统带动流动换热。

所述加热组件包括多个均匀排列的加热体。

所述加热体为框状，且框边形状为板状、棒状或带状。

所述温控装置包括多个热电偶，且各个热电偶沿着炉胆长度方向均匀分布。

所述炉胆前后两端为封闭端、左右两侧设有开口，且在所述炉胆前后端内壁上均设有发热体，在所述炉胆左右侧开口处设有可开启的风门。

所述炉胆前后端设有端口、左右两侧封闭，且在所述炉胆前后端口处设有可开启的风门，在所述炉胆左右封闭侧内壁上均设有发热体。

本实用新型的优点与积极效果为：

1、本实用新型能实现稀有金属材料特别是难熔金属及稀土永磁体(例如：NdFeB，SmCo)的高效烧结，温度均匀性、冷却速度及冷却均匀性均高于国家标准,大大提高烧结产品的质量，且有效缩短工艺时间，降低劳动强度。

2、本实用新型在炉胆内的加热组件包括多个均匀排列的加热体，所述加热体可根据炉胆形状设计成相应的框状结构，且框边形状可为板状、棒状或带状，材料可为钨、钼、石墨，从而保证炉胆内均匀加热，另外本实用新型的温控装置包括多个热电偶，各个热电偶沿着炉胆长度方向均匀分布并分别监测炉胆各段的炉温，控制炉胆温度在±1℃之间变化，保证烧结温度稳定。

3、本实用新型在炉胆的封闭侧均匀设有发热体，能够为金属材料烧结提供更佳的热区，进一步保证高均温性。

4、本实用新型的抽真空系统为三级真空泵配置，通过所述PLC电控系统控制实现真空度可调，另外在扩散泵与炉壳连接的管路上设有真空捕集器用于针对一些挥发极大的材料烧结，大大提高了本实用新型的适用范围。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例的内部结构示意图，

图2为图1中实施例的俯视图，

图3为图1中A-A视图，

图4为图1中B-B视图，

图5为图1中加热组件的示意图，

图6为图2中实施例的工作状态示意图一，

图7为图2中实施例的工作状态示意图二，

图8为本实用新型另一个实施例的示意图。

其中，1为炉壳，2为前发热体，3为热电偶，4为冷却喷嘴，5为冷却喷管，6为炉胆，601为第二固定件，7为搁架支腿，8为加热组件，801为加热体，802为电极，803为电源，804为第一固定件，9为后侧板，10为后发热体，11为水冷换热器，12为离心风机，13为前侧板，14为搁架，15为电源系统，16为充气系统，17为水冷系统，18为滑阀泵，19为罗茨泵，20为扩散泵，21为真空捕集器，22为PLC电控系统，23为第一侧风门，24为侧风门驱动装置，25为风冷篦板，26为第一气流换向门，27为第二气流换向门，28为第二侧风门，29为换向板驱动装置，30为前风门，31为前端口，32为后端口，33为后风门，34为后风门驱动装置，35为前风门驱动装置，36为风道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1～8所示，本实用新型包括炉壳1、炉胆6、抽真空系统、充气系统16、风机换热系统、PLC电控系统22和电源系统15，其中如图1所示，炉胆6设置于炉壳1内，在所述炉胆6内部设有加热组件8，所述炉胆6为非封闭结构，也即所述炉胆6包括封闭侧和设有开口的非封闭侧，如图3和图8所示，在所述炉胆6的非封闭侧的开口处设有可开启的风门，在所述炉胆6的封闭侧内壁上设有发热体，在所述炉胆6内壁上均设有隔热保温层，另外在所述炉胆6内还设有用于检测胆内温度的温控装置，如图2所示，在所述炉壳1外部设有抽真空系统、充气系统16、PLC电控系统22和电源系统15，另外在炉壳1上设有风机换热系统，设备工作时，炉壳1内通过所述抽真空系统抽真空，并通过所述充气系统16注入冷却气体，且冷却气体通过所述风机换热系统带动流动换热，各个系统及加热元件均通过所述电源系统15供电，并统一通过所述PLC电控系统22控制。所述电源系统15、PLC电控系统22、充气系统16均为本领域公知技术。

如图2所示，所述抽真空系统设置于炉壳1外部且抽气端通过管路与所述炉壳1相连，所述抽真空系统为三级真空泵配置，包括依次连接的滑阀泵18(或分子泵)、罗茨泵19和扩散泵20，所述扩散泵20的抽气端通过管路与所述炉壳1相连，本实用新型通过三级真空泵配置并通过所述PLC电控系统22实现真空度可调，另外在所述扩散泵20与炉壳1连接的管路上设有真空捕集器21，所述真空捕集器21主要针对一些挥发极大的材料烧结而设置，提高设备适用性。所述真空捕集器21为本领域公知技术且为市购产品。

如图4～5所示，所述炉胆6内部设有加热组件8，所述加热组件8包括多个均匀排列的加热体801，其中如图4所示，所述加热体801根据炉胆6形状可设计成矩形框状，如果炉胆6为圆形或椭圆形，则加热体801相应地可设计成圆形或椭圆形框状，所述加热体801框边可为板状、棒状或带状，所述加热体801材料可为钨、钼、石墨，其中石墨主要用于钐钴加热。如图5所示，在所述加热组件8中，两个加热体801形成一组发热单元并通过一个电极802通电发热，所述电极802与炉壳1外部的电源803相连，如图2所示，所述各个电源803均设置于所述电源系统15中。

如图4所示，所述加热体801四周通过第一固定件804与炉胆6内壁固连，所述炉胆6两侧通过第二固定件601与炉壳1内壁固连。

所述炉胆6内壁上均设有隔热保温层，所述隔热保温层为多层结构且由内到外依次为热反射屏、保温材料(石墨毡或纤维棉)和金属外壳。所述隔热保温层为本领域公知技术。

如图1和图8所示，所述温控装置包括多个热电偶3，各个热电偶3沿着炉胆6长度方向均匀分布并分别监测炉胆6各段的炉温，所述热电偶3分别控制各个加热区的加热功率输出，同时提供超温报警信号，能控制炉胆6温度在±1℃之间变化，保证烧结温度稳定。

如图1和图8所示，在所述炉胆6内设有搁架14，所述搁架14下侧设有搁架支腿7，且所述搁架支腿7穿过炉胆6下侧后固定在炉壳1底面上，待烧结金属即放置在所述搁架14上。

如图1所示，所述风机换热系统包括水冷换热器11和离心风机12，其中水冷换热器11设置于炉壳1内，离心风机12设置于炉壳1外，且离心风机12前端风扇转动带动冷却气体流经所述水冷换热器11实现换热，如图2所示，在所述炉壳1外侧设有水冷系统17，所述水冷换热器11通过管路与所述水冷系统17相连。

本实用新型除所述加热组件8外，还在所述炉胆6的封闭侧内壁上均匀设有发热体，能够为金属材料烧结提供更佳的热区，进一步保证高均温性。根据炉胆6的不同结构，所述风门和所述发热体位置也不同。

实施例1

如图1和图3所示，本实施例中的炉胆6前后两端为封闭端，炉胆6左右两侧设有开口，且所述开口内侧设有风冷篦板25。其中如图1所示，在所述炉胆6前端设有前发热体2，在所述炉胆6后端设有后发热体10，所述前发热体2通过固定件安装在炉胆6的前侧板13上，所述后发热体10通过固定件安装在炉胆6的后侧板9上，且所述前侧板13和后侧板9内侧均设有所述隔热保温层。所述前发热体2和后发热体10可为板状、棒状或带状且均匀布置在炉胆6的前侧板13及后侧板9上，材料可为钨、钼、石墨，其中石墨主要用于钐钴加热，所述前发热体2和后发热体10均设有电极，且所述电极通过线路与所述电源系统15上的对应电源相连，通电后即实现前发热体2和后发热体10加热。

如图3所示，在所述炉胆6一侧开口处设有第一侧风门23、另一侧开口处设有第二侧风门28，且各个侧风门前端与对应开口的前边缘铰接，在所述炉胆6两侧分别设有一个侧风门驱动装置24，且各个侧风门通过对应的侧风门驱动装置24驱动旋转打开或关闭，另外在所述炉壳1内靠近所述风机换热系统一端两侧分别设有第一气流换向门26和第二气流换向门27，且各个气流换向门后端与所述风机换热系统铰接，在所述炉壳1两侧分别设有一个换向板驱动装置29，且各个气流换向门通过对应的换向板驱动装置29驱动旋转打开或关闭。本实施例中，所述侧风门驱动装置24和换向板驱动装置29均为气缸。

如图1所示，本实施例在所述炉胆6上侧均匀分布有多个冷却喷嘴4，另外在所述炉胆6上侧外部设有冷却喷管5，所述冷却喷管5与炉壳1外侧的充气系统16相连，各个冷却喷嘴4与所述冷却喷管5相通。烧结完成后，产品冷却时，充气系统16通过冷却喷嘴4向炉内喷入冷却气体(惰性气体或氮气)。

本实施例的工作原理为：

如图1所示，本实施例除在炉胆6内设有均布排列的加热组件8外，还在炉胆6前后的封闭端分别设有前发热体2和后发热体10，能够为金属材料烧结提供更佳的热区，保证更高均温性。

烧结开始时，工件放置在炉胆6内的搁架14上，然后通过抽真空系统抽真空，使炉胆6内达到需要真空度，然后第一侧风门23和第二侧风门28关闭，加热组件8和各个发热体开始通电加热，加热完成后，进入冷却阶段。

如图6～7所示，加热结束后第一侧风门23和第二侧风门28先打开，并按照工艺要求当炉内温度冷却到设定温度时，快速向炉壳1内冲入冷却气体，同时如图6所示，第一气流换向门26打开，第二气流换向门27关闭挡住风道36，风机换热系统启动，此时气体流经途径如图6所示：水冷换热器11—离心风机12—第一气流换向门26—第一侧风门23—炉胆6内工件—第二侧风门28—水冷换热器11。30秒后(具体时间可根据实际需要设定)，第一气流换向门26关闭挡住风道36，第二气流换向门27打开，改变气体流向，此时气体流经途径如图7所示：水冷换热器11—离心风机12—第二气流换向门27—第二侧风门28—炉胆6内工件—第一侧风门23—水冷换热器11，这样便通过两个气流换向门实现冷却气体换向循环，工件冷却更加均匀且变形小，冷却速度快。

实施例2

如图8所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述炉胆6前后端设有端口、左右两侧封闭，其中在炉胆6的前端口31处设有前风门30，且所述前风门30通过设置于炉壳1前端外侧的前风门驱动装置35驱动移动开启或关闭，在炉胆6的后端口32处设有后风门33，且所述后风门33通过设置于炉壳1一侧的后风门驱动装置34驱动打开或关闭，所述前风门驱动装置35和后风门驱动装置34均为本领域公知技术，在所述炉胆6左右封闭侧设有发热体，所述发热体结构以及可选用的材质与实施例1相同。

本实施例的工作原理为：

本实施例除在炉胆6内设有均布排列的加热组件8外，还在炉胆6左右侧分别设有发热体，能够为金属材料烧结提供更佳的热区，保证更高均温性。

烧结开始时，工件放置在炉胆6内的搁架14上，然后通过抽真空系统抽真空，使炉胆6内达到需要真空度，然后前风门30和后风门33关闭，加热组件8和各个发热体开始通电加热，加热完成后，进入冷却阶段。冷却时炉胆6的前风门30和后风门33打开，炉壳1内充入冷却气体(惰性气体或氮气)，并启动风机换热系统，使冷却气体循环流动冷却，达到快速降温目的。