[實用新型]一種磁場耦合直流電流的壓力燒結(jié)爐

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920163699.1
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN209820120U
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝志鵬;許靖堃;安迪
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: F27B5/04
• 分類號: F27B5/04;F27B5/16;F27B5/18
• 代理公司: 11245 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 孫楠

本實用新型涉及一種磁場耦合直流電流的壓力燒結(jié)爐，其包括：爐體、磁場控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、直流電流發(fā)生器和總控中心；爐體包括上爐蓋、下爐蓋和爐體本體，爐體本體內(nèi)設(shè)置有模具；磁場控制系統(tǒng)包括磁場發(fā)生部和磁場控制部，磁場發(fā)生部設(shè)置在爐體本體內(nèi)，對模具內(nèi)的待燒結(jié)材料施加磁場，磁場控制部與總控中心相連；壓力控制系統(tǒng)包括壓力發(fā)生部和壓力控制部，壓力發(fā)生部設(shè)置在爐體本體內(nèi)，用于固定模具并對模具內(nèi)的待燒結(jié)材料進行加壓；壓力控制部與總控中心相連；直流電流發(fā)生器分別與壓力控制系統(tǒng)的壓力發(fā)生部和總控中心相連。本實用新型可應(yīng)用于各種高性能先進材料的燒結(jié)過程中。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種燒結(jié)爐，特別是關(guān)于一種磁場耦合直流電流的壓力燒結(jié)爐。

背景技術(shù)

燒結(jié)是高性能陶瓷、硬質(zhì)合金等多種先進材料制備過程中最關(guān)鍵的步驟之一。以陶瓷材料為例，原料素坯或粉體在燒結(jié)過程中發(fā)生物質(zhì)遷移，達到某一溫度后坯體發(fā)生收縮，晶粒長大，并伴隨氣孔排除，最終在低于熔點的溫度下變?yōu)橹旅艿奶沾刹牧稀５琛⑻蓟琛⒀趸X、氧化鋯等陶瓷的熔點很高，相比其他低熔點陶瓷，需要在更高的溫度下進行燒結(jié)才能實現(xiàn)致密化，從而對相應(yīng)的燒結(jié)設(shè)備提出了很高要求。

根據(jù)具體燒結(jié)工藝參數(shù)的不同，目前已經(jīng)發(fā)展出多種燒結(jié)技術(shù)，如常壓燒結(jié)、氣壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、放電等離子體燒結(jié)(即SPS)等。常壓燒結(jié)指材料在大氣壓力環(huán)境中進行燒結(jié)，產(chǎn)品致密度不高。氣壓燒結(jié)指材料在特定的保護氣氛環(huán)境中進行燒結(jié)，氣體壓力通常大于大氣壓，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，但產(chǎn)品致密度仍不夠理想。熱壓燒結(jié)在材料的燒結(jié)過程中通過壓頭施加外部壓力，從而提高燒結(jié)驅(qū)動力，可在較短時間內(nèi)達到致密化，有利于獲得晶粒細小均勻的顯微結(jié)構(gòu)。以上三種燒結(jié)技術(shù)主要依靠發(fā)熱體(如硅鉬棒、石墨等)的發(fā)熱，通過對流、傳導(dǎo)和輻射三種熱傳導(dǎo)方式對樣品進行加熱，因而燒結(jié)功耗很大，而加熱效率很低。近年來興起的放電等離子體燒結(jié)(SPS)指在燒結(jié)過程中不使用外加熱源，而是利用通過樣品或?qū)щ娔＞叩拿}沖電流使其自身發(fā)熱升溫，同時利用其產(chǎn)生的等離子及活化效應(yīng)促進燒結(jié)。但是采用脈沖電流加熱容易導(dǎo)致樣品內(nèi)溫度場不均勻，無法燒結(jié)大尺寸樣品；而且脈沖電流設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，不適合工業(yè)化應(yīng)用。如果能在無發(fā)熱體的燒結(jié)過程中直接施加穩(wěn)定的直流電流，持續(xù)提供放電火花，則能得到高于SPS的燒結(jié)效率和燒結(jié)質(zhì)量，且樣品內(nèi)溫度場均勻，可燒結(jié)大尺寸樣品。此外，具有磁各向異性的陶瓷材料處于磁場中時，其晶粒受到磁力作用有發(fā)生轉(zhuǎn)動的趨勢，這一趨勢使其易磁化軸傾向于平行磁場方向排列，從而得到具有織構(gòu)的燒結(jié)體。目前國內(nèi)外尚沒有針對可在燒結(jié)過程中耦合磁場的燒結(jié)設(shè)備或方法出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種能夠在磁場環(huán)境下對材料進行燒結(jié)，有效地排出氣孔，提高材料的致密化程度，細化晶粒，并促進材料織構(gòu)的形成，同時能通過施加穩(wěn)定的直流電流提高燒結(jié)效率和質(zhì)量，從而制備出高性能先進材料的磁場耦合直流電流的壓力燒結(jié)爐。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術(shù)方案：一種磁場耦合直流電流的壓力燒結(jié)爐，其包括：爐體、磁場控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、直流電流發(fā)生器和總控中心；所述爐體包括螺栓連接的上爐蓋、下爐蓋和爐體本體，所述爐體本體內(nèi)設(shè)置有用于夾持待燒結(jié)材料的模具；所述磁場控制系統(tǒng)包括相互連接的磁場發(fā)生部和磁場控制部，所述磁場發(fā)生部設(shè)置在所述爐體本體內(nèi)，用于對所述模具內(nèi)的待燒結(jié)材料施加磁場，所述磁場控制部與所述總控中心相連接；所述壓力控制系統(tǒng)包括相互連接的壓力發(fā)生部和壓力控制部，所述壓力發(fā)生部設(shè)置在所述爐體本體內(nèi)，用于固定所述模具，并對所述模具內(nèi)的待燒結(jié)材料進行單向加壓；所述壓力控制部與所述總控中心相連接；所述直流電流發(fā)生器分別與所述壓力控制系統(tǒng)的壓力發(fā)生部和總控中心相連接，用于施加通過所述模具或待燒結(jié)材料的直流電流。

進一步的，所述磁場發(fā)生部為呈空心圓柱狀的磁場發(fā)生裝置，所述磁場發(fā)生裝置緊貼設(shè)置在所述模具外側(cè)或所述爐體內(nèi)壁。

進一步的，所述磁場發(fā)生裝置中的電磁線圈為超導(dǎo)線圈或常規(guī)線圈。