[發明專利]一種基于放電等離子的定向凝固陶瓷燒結裝置及方法

在審

• 申請號: 201710024652.2
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN106714359A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 蓋健楠
• 申請（專利權）人: 蓋健楠
• 主分類號: H05B7/00
• 分類號: H05B7/00;B28B17/02;B28B1/54;C04B35/64
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司11138
• 代理人: 江崇玉

技術領域

本發明涉及陶瓷燒結領域，特別涉及一種基于放電等離子的定向凝固陶瓷燒結裝置及方法。

背景技術

基于定向凝固的方法制備的定向凝固陶瓷具有特有的共晶微晶組織和極低的孔隙率，這使該陶瓷具有耐高溫性、高韌性、高強度、多功能性等特點，為陶瓷材料在高端領域的應用提供了新的出路。采用傳統工藝中的高頻感應電源或熱電偶加熱等方式制備陶瓷材料，具有加熱速度慢、冷卻速度低等缺點，這使陶瓷材料的微晶組織在加熱與冷卻的過程中有充分的時間長大粗化，難以形成細小的微晶組織，并且產生嚴重的枝晶偏析，影響陶瓷材料的性能。目前，放電等離子燒結作為一種新穎燒結的方法，能夠燒結制得具有微晶組織的陶瓷材料，且該方法具有燒結溫度低、時間短、能耗少等特點，因此提供一種基于放電等離子的定向凝固陶瓷燒結裝置是十分必要的。

現有技術提供了一種粉末冶金放電等離子燒結系統，可用于燒結陶瓷粉末等，該系統包括依次連接的中央集控裝置、控制裝置、加壓裝置、脈沖電流發生器、上沖壓模和下沖壓模。其中，中央集控裝置可集成位移測量、氣氛控制(真空/氬氣)、水冷、溫度測量等組件，中央集控裝置與控制裝置電連接，并用于控制控制裝置，控制裝置驅動加壓裝置并帶動上沖壓模和下沖壓模作相對運動或相背運動，控制裝置還通過脈沖電流發生器分別向上沖壓模和下沖壓模施加脈沖電流。上沖壓膜包括上電極和上壓頭，下沖壓膜包括下電極和下壓頭，上壓頭和下壓頭之間放置有模具，且上壓頭的下端和下壓頭的上端分別位于模具的上下口處。在進行陶瓷粉末燒結時，將陶瓷粉末置于上壓頭和下壓頭之間的模具內，通過控制中央集控裝置，實現上沖壓模和下沖壓模對陶瓷粉末晶粒進行脈沖電流加熱和垂直單向施壓，以使陶瓷粉末致密化燒結，燒結完畢后可得到與模具結構相同的陶瓷體。

發明人發現現有技術至少存在以下問題：

采用上述粉末冶金放電等離子燒結系統燒結得到的陶瓷體的結構依賴于上壓頭和下壓頭之間的模具的結構，且該系統不能連續化生產。

發明內容

本發明實施例所要解決的技術問題在于，提供了一種可以連續化生產具有不同結構的陶瓷材料的基于放電等離子的定向凝固陶瓷燒結裝置及方法。具體技術方案如下：

第一方面，本發明實施例提供了一種基于放電等離子的定向凝固陶瓷燒結裝置，所述裝置包括：放電腔體，包括至少一個外腔體以及豎直設置在每個所述外腔體內腔的中柱，每個所述外腔體的上端開口，下端均設置有擠出口；固定裝置，用于固定所述中柱，使所述中柱的外壁不與所述外腔體的內壁接觸；至少一個中心電極，分別設置在每個所述中柱上，與裝填在所述外腔體中的陶瓷粉末接觸；多個所述內嵌電極，設置在所述外腔體上，與所述陶瓷粉末接觸；高頻電源，負極和正極通過導線分別與所述中心電極和多個所述內嵌電極電連接；壓力件，可移動地設置在所述外腔體與所述中柱之間的環形空間內；牽引件，設置在所述擠出口處；冷卻器，設置在所述擠出口的下方；成型器，設置在所述冷卻器的出口處；所述牽引件用于將所述放電腔體內形成的陶瓷熔融體牽引至所述冷卻器和所述成型器內。

具體地，作為優選，所述固定裝置包括頂板、底板以及將所述頂板和所述底板固定的多個加固螺栓；所述頂板蓋裝在所述外腔體的上端，并且與所述中柱連接，所述頂板上設置有多個用于穿過所述壓力件和導線的通孔；所述底板與所述外腔體的下端相抵接觸，所述底板上設置有用于穿過所述牽引件的通孔。

具體地，作為優選，所述外腔體的下端沿橫向設置有測溫口；所述測溫口與所述擠出口連通。

具體地，作為優選，所述中心電極包括相連的第一嵌入段和第一放電段，所述第一嵌入段貫穿設置在所述中柱上，所述第一放電段的上端與所述中柱的下端連接；多個所述內嵌電極均包括相連的第二嵌入段和第二放電段，所述第二嵌入段嵌入所述外腔體的壁內，所述第二放電段設置在所述外腔體的內壁上并延伸至所述擠出口處；所述第一放電段和所述第二放電段的間距在所述擠出口處達到最小。

具體地，作為優選，所述第一放電段呈柱狀體結構，且下端設置成弧形；多個所述第二放電段的壁配合構成與所述第一放電段相適配的結構。

具體地，作為優選，所述第一放電段呈柱狀體結構，且下端設置成錐形；多個所述第二放電段的壁配合構成與所述第一放電段相適配的結構。

具體地，作為優選，所述中心電極還包括與所述第一放電段的下端連接的插入體，所述插入體穿入所述擠出口，并與所述擠出口之間形成環形間隙。