密封炉的制作方法

本公开的各个方面总体涉及炉，尤其涉及配置用于脱脂和/或烧结操作的炉。

背景技术：

1、金属注射成型(mim)是一种可用于制造各种金属物体的金属加工过程。粉末金属和一种或多种粘合剂(例如诸如聚丙烯或蜡的聚合物)的混合物可以形成“原料”，其在加热时能够模制成所需物体的形状。最初的模制零件(也称为“生零件”)然后可以经历初步的脱脂过程(例如化学脱脂或热脱脂)以去除主要粘合剂，同时保持第二粘合剂完好无损，随后是烧结过程。在烧结期间，零件可被加热以蒸发和去除第二粘合剂(热脱脂)，并被带到接近粉末金属熔点的温度，这可以导致金属粉末致密成固体块，从而产生期望的金属物体。

2、增材制造比如三维(3d)印刷包括通过形成物体的连续层的过程来制造三维物体的各种技术。在一些实施例中，三维打印机可以利用与mim中使用的原料相当的原料，从而产生不需要模具的生零件。生零件然后可以经历脱脂和烧结过程以生产物体。

3、除了基于mim的增材制造，还有使用粉末床和松散粉末、光学树脂固化等的系统。这些方法等可能涉及使用炉来生产最终零件或提高零件的性能。

4、为了减少污染和提高零件质量，真空炉可用于热脱脂和/或烧结。用真空炉热处理可能是有用的，例如减少氧化的发生。虽然真空炉可能有助于减少氧化，但这些炉可能容易受到污染，从而降低零件质量。

5、为了生产更高质量零件，减少炉内存在的污染物量是有益的。一种常见的污染源来自炉中所包括的隔热。例如，隔热可能会保留污染物，比如湿气、脱脂过程中从零件释放的粘合剂以及热处理过程中从零件和炉本身结构中排出的各种化合物。一般来说，增加的隔热与增加的污染有关，因为这些污染物通常被隔热保留，并在后续热处理过程中释放。因此，虽然厚的隔热可以减少维持炉室内期望温度所需的功率量，但厚的隔热会增加室内污染物的数量。一些炉比如石墨隔热和钼隔热的炉可能采用最小隔热以减少污染。然而，使用最小隔热可能会大大增加所需的功率(例如约20kw至100kw的高功率要求)。此外，使用最小隔热可能需要使用水冷，这可能涉及使用两个嵌套且气密密封的室(例如钢室)，这两个室之间具有便于水流动以进行热交换的结构，增加了复杂性和成本。此外，即使以这种或另一种方式减少隔热数量，由于水和/或冷凝的粘合剂产品(其可能在烧结过程中再次挥发)造成的污染仍会对零件质量产生不利影响。

6、在一些方面，炉内污染的存在可能导致零件污染或零件质量降低。例如，炉内存在的湿气可能增加金属粉末的氧化，或者可能在烧结过程中改变合金的碳含量。某些类型的隔热比如陶瓷隔热可能特别容易受到污染，包括湿气污染。然而，污染可能发生在各种类型的隔热中以及在炉的其他部件中。

7、本公开的设备和系统可以解决一个或多个上述问题，或者解决现有技术的其他方面。

技术实现思路

1、本公开的示例尤其涉及用于烧结通过增材制造生产的物体的系统和方法。本文公开的每个示例可包括结合任何其他公开的示例描述的一个或多个特征。

2、一方面，一种炉可以包括：限定室的外壁，该室包括配置成接收一个或多个零件的内腔；位于室内的至少一个加热器，该至少一个加热器配置成在内腔内产生至少约800℃的温度；以及真空泵，其配置为向室的至少一部分施加真空。炉还可以包括：至少一层内隔热；以及至少一层外隔热，其相对于室设置在内隔热的外侧，至少一层外隔热相对于至少一层内隔热密封。

3、另一方面，一种用于炉的干馏炉可以包括：干馏炉底座；干馏炉主体，其可分离地联接到干馏炉底座；以及干馏炉密封件，当干馏炉处于关闭位置时，干馏炉密封件设置在干馏炉底座和干馏炉主体之间，其中干馏炉底座联接到干馏炉主体，干馏炉密封件包括内密封件和外密封件。干馏炉还可以包括：第一导管，其流体连接到干馏炉底座并配置成供应惰性气体；第二导管，其流体连接到干馏炉底座并配置成向干馏炉的内部施加真空；以及第三导管，其流体连接到干馏炉密封件并配置成在内密封件和外密封件之间供应惰性气体。

4、一方面，一种真空烧结炉系统可以包括具有第一炉零件和第二炉零件的可密封炉，第一和第二炉零件形成炉壳并且具有由隔热层向内覆盖的相应的第一和第二炉壁。隔热层的内侧面可以形成热区容积的热面，第一和第二炉零件具有允许进入热区容积的打开位置和密封关闭炉壳的关闭位置。可密封炉可以包括具有第一干馏炉零件和第二干馏炉零件的可密封干馏炉，第一和第二干馏炉零件形成干馏炉壳并分别具有第一和第二干馏炉壁，干馏炉壁的内侧面限定干馏炉室容积，第一和第二干馏炉零件具有允许将工件装载到干馏炉室容积中的打开位置和用干馏炉密封件密封地关闭干馏炉壳的关闭位置。第一和第二干馏炉零件可以联接到第一和第二炉零件之一，使得在炉零件的打开位置，干馏炉零件可被带到其打开位置，并且在关闭位置，处于其关闭位置的干馏炉零件可以包含在热区容积中，干馏炉密封件的周边的至少大部分布置在热区容积中，并且在干馏炉壁的外面和炉壁的内面之间形成环形空间。炉系统还可以包括真空泵通道，其相对于干馏炉外部利用干馏炉管密封件密封到第一干馏炉零件，并且在干馏炉室容积和炉壁外部的端口之间建立气体连通，可密封干馏炉和干馏炉管密封件位于能够承受烧结温度的热区中，其中密封关闭的干馏炉密封件与干馏炉壁配合以形成低压封闭件，其阻碍干馏炉室容积和环形空间之间的气体通道。

5、另一方面，一种高温真空烧结炉可以包括外隔热，其由包含在外隔热内部的至少一个外炉加热器加热，外隔热和外炉加热器能够在约800℃或更高的温度下重复循环，其中外隔热限定完全包围由至少一种耐火材料构成的干馏炉的热区，该耐火材料能够在高于约800℃的温度下经受至少50次烧结循环。干馏炉可以包括中空内部，其可用作烧结零件的工作区。该炉可以包括与中空内部流体连通的第一气体管，该第一气体管通过干馏炉管密封件附接并密封到干馏炉壁，并且配置为将烧结过程气体供应到中空内部中，并且其中该管从热区延伸穿过外隔热到达炉外部的周围环境。炉的干馏炉可以配置为打开以通过主干馏炉开口接收至少一个零件，并且可以配置为关闭以烧结该至少一个零件，使得密封干馏炉开口的至少50％在热区内。主干馏炉开口可以由内密封件包围，内密封件的至少一半设置在热区内。内密封件可以与外密封件串联设置，至少50％的外密封件设置在热区中，使得气流通道设置在内密封件和外密封件之间。该炉可包括第二管，其用与气流通道直接流体连通的干馏炉管密封件密封并且配置成从内密封件和外密封件之间的气流通道排出气态污染物。

6、另一方面，第三管可以与中空内部流体连接，并且用管密封件密封。第三管可以流体连接到真空泵，用于在中空内部产生负压。

7、另一方面，外密封件可以是佩克莱(peclet)密封件，其配置为接收来自第二管的气流，用于通过佩克莱密封排出污染物。内密封件可以是搭接密封件。内密封件可以是高温垫圈。内密封件可以包括柔性石墨(graphoil)。

8、另一方面，第一管可以提供过程气体流入中空内部，并且内密封件可以是从中空内部接收过程气体作为流出物的佩克莱密封件，其中流出物可以促进佩克莱密封件的气流通道和中空内部之间的佩克莱密封。外密封件可以是搭接密封件或高温垫圈，并且第二管可以配置为在过程气体已经通过佩克莱密封件之后排出过程气体，使得第二管密封件配置为通过第二密封件排出从外部泄漏的气态污染物。外密封件可以是搭接密封件。

9、另一方面，外密封件可以是高温垫圈。高温垫圈可以包括柔性石墨，并且炉可以设置在围绕外隔热的气密容器内。气密容器可以填充有惰性气体，以减少或防止柔性石墨的氧化和/或燃烧。

10、另一方面，垫圈可以包括柔性石墨，并且炉可以包括沿周边围绕外垫圈的耐火外环。

11、另一方面，内密封件可以包括高温垫圈且外密封件可以包括高温垫圈。第二管可以配置成从气流通道排出气体，并且可以排出通过外密封件泄漏的气态污染物的至少一部分。内密封件和外密封件可以包括柔性石墨垫圈，外隔热可以被包含惰性干燥气体的气密壳体包围。第二管可以用真空泵泵送。

12、另一方面，第四管可以连接到气体通道，其配置成喷射吹扫气体以在内外密封件之间进行吹扫。第四管可以供给吹扫气体，第三管可以排出吹扫气体，在内外密封件之间具有或不具有泵。可替代地，第三管可以被真空泵送，第四管可以供给吹扫气体。

13、另一方面，干馏炉可以包括无孔材料，其是气密的并且不渗透外部气体的扩散。例如，干馏炉可以包括以下中的一种或多种：sic、反应结合的si sic、陶瓷、具有或不具有上釉干馏炉涂层的氮化物结合的si sic或者高温金属。高温金属可以包括：配置为暴露于空气的31os、配置为暴露于空气的镍、钼、钨或任何合适的难熔金属，包括在烧结温度下不能经受住暴露于氧气的难熔金属。

14、另一方面，炉可以包括非气密多孔材料，其被涂覆以提供气密干馏炉。气密干馏炉可以包括带有上釉涂层的氮化物结合的sic。

15、另一方面，外隔热可被密封壳体包围。密封壳体可以是配置为承受真空压力的高强度壳体。干馏炉可以是多孔的。干馏炉可以是涂覆的多孔干馏炉。密封壳体可以是气密的，并配置成在约大气压下保持干馏炉周围的干燥惰性大气。干馏炉可以包括在烧结温度下不能经受暴露于空气的难熔金属。

16、前面的一般描述和下面的详细描述都只是示例性和解释性的，而不是对所要求保护的特征的限制。如本文所用，术语“包括”、“包含”、“具有”或其其他变体旨在覆盖非排他性包括，使得包括一系列元素的过程、方法、物品或设备不仅包括那些元素，还可以包括未明确列出的或这种过程、方法、物品或设备所固有的其他元素。此外，术语“示例性”在本文是以“示例”而不是“理想”的意义使用的。应该注意的是，本文公开或要求保护的所有数值(包括所有公开的数值、极限和范围)与所公开的数值的偏差为+/-10％(除非指定不同的偏差)。在本公开中，除非另有说明，否则相关术语例如“约”、“基本”和“近似”用于表示所述值的10％的可能变化。此外，在权利要求中，各种要求保护的元素和/或特征的值、极限和/或范围是指所述的值、极限和/或范围+/-10％。本文使用的术语“物体”、“零件”和“部件”旨在包括使用本文描述的增材制造技术制造的任何物体。