一种基于加压的微波加热烧结炉的制作方法
【专利摘要】一种基于加压的微波加热烧结炉，它包括炉体以及设置于炉体内的保温层和模具、以及分别与炉体密封连接的微波加热系统、温控系统、加压装置和气氛系统；保温层紧贴模具的外周，微波加热系统包括微波发生器、水负载、环形器、调谐器和波导管，该微波发生器依次经环形器、调谐器和波导管与炉体连接；加压装置包括上压头、下压头、压力传感器和伺服电机；气氛系统包括流量压力控制器以及分别经流量压力控制器与炉体连接的储气罐和真空泵；温控系统包括红外测温仪和温度控制软件；它采用加压和微波加热合成加工从而实现自动化生产高致密度成品，并且工作效率高，设备使用寿命长，加工成本低；它广泛用于陶瓷以及硬质合金材料加工配套使用。
【专利说明】
一种基于加压的微波加热烧结炉
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种基于加压的微波加热烧结炉。
【背景技术】
[0002]微波的电磁能量能穿透介质材料并传送到物质的内部，并与物体的原子、分子互相碰撞、摩擦，从而使物体发热，微波加热具有内外同热、热应力小、效率高、加热速度快、成本低及可选择性等特点，被广泛应用到实践中。
[0003]采用微波对材料的烧结始于20世纪60年代中期，有研究者提出了陶瓷材料的微波烧结，到20世纪70年代中期，又有研究者对微波烧结技术进行了深入的研究，某公司于九十年代建成制造氮化硅陶瓷刀具的生产中心，使用数台间歇式常压微波烧结炉，每天生产超过万片的半英寸氮化硅陶瓷刀片，烧结产品的性能远优于采用传统方式烧结的刀具;专利号CN203550534U公开了一种微波辅助加热的微波烧结炉，也是采用类似的常压烧结的技术方案，而对于一些熔点较高的材料，例如陶瓷等，受炉体承载高温的限制而无法进行加工；再如专利号CN203545695U公开了一种热电材料的微波加压合成装置，它虽然能克服热电材料合成装置昂贵、原料损失严重等缺点，但该装置采用热电偶测温，且测温元件直接伸入模具内紧贴模具内壁，在微波电磁场的作用下容易失准，同时该装置的液压装置并没有进行控制和反馈，其进给运动无法得到精确的保证。
【发明内容】
[0004]针对上述情况，本实用新型的目的在于提供一种基于加压的微波加热烧结炉，它采用加压和微波加热合成加工从而实现自动化生产材料致密度高、晶粒细化的成品，并且整体结构科学合理，加热速度快，工作效率高，设备使用寿命长，加工成本低，市场前景广阔，便于推广使用。
[0005]为实现上述任务，一种基于加压的微波加热烧结炉，它包括炉体以及设置于炉体内的保温层和模具、以及分别与炉体密封连接的微波加热系统、温控系统、加压装置和气氛系统;所述保温层紧贴模具的外周，所述微波加热系统包括微波发生器、水负载、环形器、调谐器和波导管，该微波发生器依次经环形器、调谐器和波导管与炉体连接;所述加压装置包括上压头、下压头、压力传感器和伺服电机;所述气氛系统包括储气罐、真空栗和流量压力控制器，该储气罐和真空栗分别经流量压力控制器与炉体连接;所述温控系统包括红外测温仪和温度控制软件。
[0006]为实现本实用新型结构、效果优化，其进一步的措施:所述上压头和下压头分别穿过炉体和模具的上下端用于对模具型腔内的工件进行加压。
[0007]所述下压头的一端穿过模具下端与工件连接，另一端与炉体下的基座连接。
[0008]所述上压头的一端穿过模具上端与工件连接，另一端经压力传感器与伺服电机连接。
[0009]所述红外测温仪设置于炉体的内壁上并可将所测温度实时反馈给温度控制软件从而调节微波发生器的功率。
[0010]所述模具本体的一侧设有5mm的圆孔从距模具内壁2mm处开始延伸穿过保温层。
[0011]所述模具本体上的圆孔位于炉体内壁上红外测温仪的同侧。
[0012]所述环形器为三端环形器，且该环形器的三个端口按顺时针方向分别连接调谐器、水负载、微波发生器。
[0013]所述流量压力控制器、伺服电机、压力传感器、红外测温仪以及微波发生器分别与计算机单元连接。
[0014]所述模具采用石墨、氧化铝或碳化硅材料制成;所述保温层为多孔氧化铝陶瓷。
[0015]本实用新型提供一种基于加压的微波加热烧结炉，它包括炉体以及设置于炉体内的保温层和模具、以及分别与炉体密封连接的微波加热系统、温控系统、加压装置和气氛系统;所述保温层紧贴模具的外周，所述微波加热系统包括微波发生器、水负载、环形器、调谐器和波导管，该微波发生器依次经环形器、调谐器和波导管与炉体连接;所述加压装置包括上压头、下压头、压力传感器和伺服电机;所述气氛系统包括储气罐、真空栗和流量压力控制器，该储气罐和真空栗分别经流量压力控制器与炉体连接;所述温控系统包括红外测温仪和温度控制软件;它采用加压和微波加热合成加工从而实现自动化生产高致密度和晶粒细化的成品，并且整体结构科学合理，加热速度快，工作效率高，设备使用寿命长，加工成本低，具有显著的经济效益和社会效益，市场前景广阔，便于推广使用。
[0016]本实用新型相比现有技术所产生的有益效果:
[0017]1、本实用新型采用设置真空栗和储气罐等设备进行气氛烧结，有助于烧结过程中成型致密化程度高、性能良好的产品；
[0018]Π、本实用新型采用微波穿透对工件直接加热，可实现同步快速加热，大大缩短加工周期，有利于节约能源；
[0019]m、本实用新型利用微波加热快速升温和快速烧结的特点，有利于获得更加细密的晶粒组织结构；
[0020]IV、本实用新型采用微波加热的同时进行加压可提高被烧结工件的整体致密度，从而减少工件内部产生气孔、孔洞、微裂纹等缺陷，提高工件组织结构的致密化；
[0021]V、本实用新型采用压力传感器来精确控制上压头的进给运动，有利于实现对各种不同材料的产品进行烧结成型；
[0022]V1、本实用新型采用对炉体内壁加装红外测温仪，便于实时掌握微波加热的温度，有利于对微波热压烧结反应的准确控制；
[0023]W、本实用新型采用环行器可将炉体内反射回来的的微波导入水负载，从而有效保护微波电子管，提高设备的使用寿命；
[0024]砸、本实用新型采用计算机单元与各控制系统连接，生产自动化程度高，缩短了加工周期，降低了生产成本。
[0025]本实用新型广泛适用于陶瓷以及硬质合金材料加工配套使用。
[0026]下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0027]图1为本实用新型整体结构示意图。
[0028]图2为本实用新型中模具结构放大示意图。
[0029]图中:1_储气罐，2-真空栗，3-流量压力控制器，4-红外测温仪，5-上压头，6-伺服电机，7-压力传感器，8-波导管，9-调谐器，10-环形器，11-水负载，12-微波发生器，13-计算机单元，14-基座，15-下压头，16-保温层，17-工件，18-模具，19-炉体。
【具体实施方式】
[0030]参考附图，本实用新型是这样实现的:一种基于加压的微波加热烧结炉，它包括炉体19以及设置于炉体19内的保温层16和模具18、以及分别与炉体19密封连接的微波加热系统、温控系统、加压装置和气氛系统;所述保温层16紧贴模具18的外周，所述微波加热系统包括微波发生器12、水负载11、环形器10、调谐器9和波导管8，该微波发生器12依次经环形器10、调谐器9和波导管8与炉体19连接;所述加压装置包括上压头5、下压头15、压力传感器7和伺服电机6;所述气氛系统包括储气罐1、真空栗2和流量压力控制器3，该储气罐I和真空栗2分别经流量压力控制器3与炉体19连接;所述温控系统包括红外测温仪4和温度控制软件。
[0031]如图1所示，本实用新型的上压头5和下压头15分别穿过炉体19和模具18的上下端用于对模具18型腔内的工件17进行加压，所述下压头15的一端穿过模具18下端与工件17连接，另一端与炉体19下的基座14连接;所述上压头5的一端穿过模具18上端与工件17连接，另一端经压力传感器7与伺服电机6连接;所述红外测温仪4设置于炉体19的内壁上且与计算机单元13的温度控制软件连接;所述环形器10为三端环形器，且该环形器10的三个端口按顺时针方向分别连接调谐器9、水负载11和微波发生器12，该环行器10可以将炉体19内被反射回来的的微波导入水负载U，从而有效保护微波电子管;所述流量压力控制器3、伺服电机9、压力传感器7、微波发生器12分别与计算机单元13连接;加工时由于被加工材料处于热塑性的状态，此时材料变形的阻力较小，并易于晶粒的塑性流动和致密化，此时成型所需的压力也大大降低，因此当烧结的同时进行加压，有利于硬质合金粉末颗粒之间的接触、扩散和流动，同时还可降低烧结的温度、缩短烧结周期、抑制晶粒的长大，最终制备的工件17结构致密、晶粒细小以及气孔率低，具有良好的力学性能。
[0032]如图2所示，本实用新型的模具18本体的一侧设有5mm的圆孔从距模具内壁2mm处开始延伸穿过保温层16，所述模具18本体上的圆孔位于炉体19内壁上红外测温仪4的同侧，该结构便于准确测量模具18的内部温度，有利于精确控制微波烧结反应;所述模具18优选采用石墨、氧化铝或碳化硅材料制成，所述保温层16优选为多孔氧化铝陶瓷。
[0033]结合附图，本实用新型的工作原理为:将待加工材料装入模具18中，然后启动流量压力控制器3对炉体19抽真空或通入保护气体，随后压紧上压头5、下压头15，并设定初始压力以及微波发生器12的功率，接着开启微波发生器12，逐渐升温至工件17预处理温度并保温，然后设定二次加压的压力和微波加压合成功率，快速升温至合成温度对工件17进行烧结成型，最后自然冷却至室温，卸压，取出成品；在烧结成型过程中红外测温仪4可将所测的实时温度反馈到计算机单元13并通过温度控制软件自动调节微波发生器12的功率，同时压力传感器7可将实时压力反馈给计算机单元13控制调节二次加压的压力，经计算机单元的实时控制调节可保障精确控制微波烧结反应，获得具有良好性能的成品。
[0034]结合附图，本实用新型的气氛系统有利于对不同的材料选择适宜的气氛烧结，有助于烧结过程中提高成品的致密化程度、获得良好的性能;常用的有真空、氢、氧、氮或惰性气体(如氩)等气氛烧结，例如透明氧化铝陶瓷可采用对炉体19通入氢气氛烧结，透明铁电陶瓷宜采用对炉体19通入氧气氛烧结，氮化物陶瓷如氮化铝等宜采用对炉体19通入氮气氛作么士
[0035]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化;凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于加压的微波加热烧结炉，其特征是在于包括炉体以及设置于炉体内的保温层和模具、以及分别与炉体密封连接的微波加热系统、温控系统、加压装置和气氛系统;所述保温层紧贴模具的外周，所述微波加热系统包括微波发生器、水负载、环形器、调谐器和波导管，该微波发生器依次经环形器、调谐器和波导管与炉体连接;所述加压装置包括上压头、下压头、压力传感器和伺服电机;所述气氛系统包括储气罐、真空栗和流量压力控制器，该储气罐和真空栗分别经流量压力控制器与炉体连接;所述温控系统包括红外测温仪和温度控制软件。2.根据权利要求1所述的一种基于加压的微波加热烧结炉，其特征在于所述上压头和下压头分别穿过炉体和模具的上下端用于对模具型腔内的工件进行加压。3.根据权利要求2所述的一种基于加压的微波加热烧结炉，其特征在于所述下压头的一端穿过模具下端与工件连接，另一端与炉体下的基座连接。4.根据权利要求2所述的一种基于加压的微波加热烧结炉，其特征在于所述上压头的一端穿过模具上端与工件连接，另一端经压力传感器与伺服电机连接。5.根据权利要求1所述的一种基于加压的微波加热烧结炉，其特征在于所述红外测温仪设置于炉体的内壁上并可将所测温度实时反馈给温度控制软件从而调节微波发生器的功率。6.根据权利要求1所述的一种基于加压的微波加热烧结炉，其特征在于所述模具本体的一侧设有5_的圆孔从距模具内壁2_处开始延伸穿过保温层。7.根据权利要求6所述的一种基于加压的微波加热烧结炉，其特征在于所述模具本体上的圆孔位于炉体内壁上红外测温仪的同侧。8.根据权利要求1所述的一种基于加压的微波加热烧结炉，其特征在于所述环形器为三端环形器，且该环形器的三个端口按顺时针方向分别连接调谐器、水负载、微波发生器。9.根据权利要求1所述的一种基于加压的微波加热烧结炉，其特征在于所述流量压力控制器、伺服电机、压力传感器、红外测温仪以及微波发生器分别与计算机单元连接。10.根据权利要求1所述的一种基于加压的微波加热烧结炉，其特征在于所述模具采用石墨、氧化铝或碳化硅材料制成;所述保温层为多孔氧化铝陶瓷。
【文档编号】F27B5/05GK205537095SQ201620332587
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】许靖伟, 唐思文, 刘德顺, 苏闯南, 李鹏南, 蒋玲莉
【申请人】湖南科技大学