陶瓷烧结装置和陶瓷烧结方法

本申请涉及陶瓷材料制备，尤其涉及一种陶瓷烧结装置和陶瓷烧结方法。

背景技术：

1、目前，陶瓷材料作为金属和非金属材料之后最被人们所看好的无机材料，具有广阔的应用和发展前景，是现代社会和建设发展中必不可少的关键材料。在电气领域中，电介质陶瓷以其优异的机械强度、绝缘性能、耐高温性能等特性获得了广泛的应用。陶瓷材料的制造目前仍以传统烧结为主，传统烧结工艺烧结温度很高，烧结时间也比较长，例如氧化铝陶瓷的烧结温度高达1650℃～1990℃，烧结时间需要数小时。因此传统烧结工艺不能限制晶粒的无限生长，并且传统烧结方式，带来的能量损耗是巨大的，能量利用效率低下，寻求陶瓷坯体快速致密化的方法至关重要。

2、闪烧是一种新型的陶瓷制备方法，具有能耗低、烧结速度快的优点。但是从目前来看，闪烧所能应用的陶瓷材料范围有限，如氧化铝陶瓷、ysz陶瓷等目前还不能实现室温下闪烧，限制了陶瓷的发展和应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种陶瓷烧结装置和陶瓷烧结方法。

2、为实现上述目的，本申请提供了一种陶瓷烧结装置，用于烧结陶瓷生坯，所述陶瓷烧结装置包括电源装置、第一绝缘板和第二绝缘板，第一绝缘板用于支撑所述陶瓷生坯；电源装置用于与所述陶瓷生坯的两端电连接，所述电源装置用于为所述陶瓷生坯提供电压，以使所述陶瓷生坯上方产生电弧以烧结所述陶瓷生坯；第二绝缘板间隔设置于所述第一绝缘板上，所述第二绝缘板用于以预设间距间隔设置于所述陶瓷生坯上，所述第二绝缘板用于将所述电弧束缚在所述陶瓷生坯的上方。

3、在一些可能的实现方式中，所述预设间距为2～15mm。

4、在一些可能的实现方式中，所述陶瓷烧结装置还包括限流电阻装置和电压电流测量装置，所述限流电阻装置用于限制所述电源装置的电流，所述电压电流测量装置用于实时检测所述电源装置中的电压。

5、在一些可能的实现方式中，所述第一绝缘板和所述第二绝缘板分别包括氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷或氮化铍陶瓷。

6、在一些可能的实现方式中，所述电源装置包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别连接于所述陶瓷生坯的两端，且所述第一电极和所述第二电极分别采用钨丝或钼丝。

7、本申请还提供一种陶瓷烧结方法，包括：将陶瓷生坯放置于第一绝缘板上，然后将第二绝缘板间隔设置于所述第一绝缘板的上方，得到中间体；将所述中间体置于预设气体氛围下；在室温下，所述陶瓷生坯的两端连接电源装置，通过所述电源装置对所述陶瓷生坯施加电压，在所述陶瓷生坯上方产生电弧以烧结所述陶瓷生坯。

8、在一些可能的实现方式中，流经所述陶瓷生坯的电流密度为75～150ma/mm2，所述陶瓷生坯的烧结时间小于或等于2.5min。

9、在一些可能的实现方式中，所述第一绝缘板和所述第二绝缘板的厚度均大于或等于1cm。

10、在一些可能的实现方式中，所述电源装置的升压速率为0.1～5kv/s。

11、在一些可能的实现方式中，所述预设气体氛围包括空气、氧气、氮气或氩气。

12、本申请中，在陶瓷烧结装置中，通过电源装置与陶瓷生坯的两端电连接，并为陶瓷生坯提供电压，并在陶瓷生坯上方产生电弧，以使陶瓷生坯在电弧的作用下短时间内迅速烧结，并形成致密化陶瓷，从而在室温下实现对陶瓷生坯的烧结，改善传统长时间烧结的方式，降低烧结陶瓷的能耗。同时，电流经由陶瓷生坯流过，不仅可以实现陶瓷生坯整体烧结的均匀性，而且，还能够减小电弧对于陶瓷生坯表面的损伤。另外，本申请提供的电源装置中，通过对陶瓷生坯施加电压，并产生电弧即实现烧结，并不需要额外的加热装置辅助加热，可在室温下完成，且结构简单。同时，本申请提供的陶瓷烧结装置中，第二绝缘板间隔设置于第一绝缘板上方，以将电弧束缚在陶瓷生坯的表面，提高电弧作用于陶瓷生坯的效率，避免电弧外扩。本申请提供的陶瓷烧结装置，结构简单，易作业，可以适用于不同材质的陶瓷生坯，适用性强，有助于推进陶瓷闪烧的发展。

技术特征：

1.一种陶瓷烧结装置，用于烧结陶瓷生坯，其特征在于，所述陶瓷烧结装置包括：

2.如权利要求1所述的陶瓷烧结装置，其特征在于，所述预设间距为2～15mm。

3.如权利要求1所述的陶瓷烧结装置，其特征在于，所述陶瓷烧结装置还包括限流电阻装置和电压电流测量装置，所述限流电阻装置用于限制所述电源装置的电流，所述电压电流测量装置用于实时检测所述电源装置中的电压。

4.如权利要求1所述的陶瓷烧结装置，其特征在于，所述第一绝缘板和所述第二绝缘板分别包括氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷或氮化铍陶瓷。

5.如权利要求1所述的陶瓷烧结装置，其特征在于，所述电源装置包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别连接于所述陶瓷生坯的两端，且所述第一电极和所述第二电极分别采用钨丝或钼丝。

6.一种陶瓷烧结方法，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的陶瓷烧结方法，其特征在于，流经所述陶瓷生坯的电流密度为75～150ma/mm2，所述陶瓷生坯的烧结时间小于或等于2.5min。

8.如权利要求6所述的陶瓷烧结方法，其特征在于，所述第一绝缘板和所述第二绝缘板的厚度均大于或等于1cm。

9.如权利要求6所述的陶瓷烧结方法，其特征在于，所述电源装置的升压速率为0.1～5kv/s。

10.如权利要求6所述的陶瓷烧结方法，其特征在于，所述预设气体氛围包括空气、氧气、氮气或氩气。

技术总结
本申请提供了一种陶瓷烧结装置和陶瓷烧结方法，用于烧结陶瓷生坯，陶瓷烧结装置包括电源装置、第一绝缘板和第二绝缘板，第一绝缘板用于支撑陶瓷生坯；电源装置用于与陶瓷生坯的两端电连接，电源装置用于为陶瓷生坯提供电压，以使陶瓷生坯上方产生电弧以烧结陶瓷生坯；第二绝缘板间隔设置于第一绝缘板上，第二绝缘板用于以预设间距间隔设置于陶瓷生坯上，第二绝缘板用于将电弧束缚在陶瓷生坯的上方。本申请中，通过电源装置与陶瓷生坯的两端电连接，并为陶瓷生坯提供电压，并在陶瓷生坯上方产生电弧，以使陶瓷生坯在电弧的作用下短时间内迅速烧结，并形成致密化陶瓷，从而在室温下实现对陶瓷生坯的烧结，改善传统长时间烧结的方式。

技术研发人员：王希林,晏年平,晏子杨,申子魁,贾志东
受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13