專利名稱：等離子體活化燒結材料新型設備的制作方法
技術領域：
等離子體活化燒結材料新型設備，一種對粉末冶金材料進行燒結、制備的新型設備。
所謂燒結，就是把壓坯或松裝粉末體加熱到其基本組無熔點以下的溫度，并在其溫度下保溫，從而使粉末顆粒相互結合起來，改善其性能的一種過程。從本質上講，粉末或顆粒的燒結過程是多因素(粉末粒度、純度、氣氛、壓力、溫度等)影響下的物理、化學、物理冶金和物理化學過程。
燒結是粉末冶金生產過程中最基本的工序之一，也是最后一道及其重要的工序，對最終產品的性能起著決定性作用，因為由燒結的造成的廢品是無法通過以后的工序挽救的，燒結實際上對產品的質量起著“把關”的作用。
燒結是高溫作用，一般要經過較長的時間，還要有適當的保護氣氛。因此，從經濟角度考慮，燒結工序的消耗是構成產品成本的重要部分，改進操作與燒結設備，減少物質與能量的消耗，如降低燒結溫度、縮短燒結時間等，在經濟上的意義是很大的。
目前主要的燒結方法有傳統無壓燒結法、熱壓燒結法、微波燒結法、等離子體燒結法(如微波等離子體、直流等離子體)但均有其不足之處。
傳統無壓燒結法工藝時間長、產品性能差、能耗高，無論采用燃料加熱還是采用電加熱壓燒結法、微波燒結法、等離子體燒結法(如微波等離子體、直流等離子體)但均有其不足之處。
熱壓燒結法雖采用了壓力，但燒結過程中對樣品的活化程度(即動力學過程)尚需進一步提高，而且設備昂貴和加工周期長。
而微波燒結法和等離子體燒結法在活化方面做了改進，縮短了燒結時間，降低了燒結溫度，抑制了材料顆粒的長大，但燒結過程中溫度等條件難以控制，特別是微波燒結過程中容易造成熱失控效應，對燒結樣品產生不均勻加熱，從而影響了燒結產品的各種性能。
公知的等離子體燒結法，是在一個等離子體發生器中進行，比較典型的是直流陰極空腔放電法等離子體燒結裝置，其主要由等離子體爐、真空室、鎮流器、直流電源，真空泵等部份組成。工作時先抽真空使氣體壓力降低到幾個托，以便激發等離子體、根據不同材料的不同燒結溫度而逐步升高壓力，將待燒結材料從垂直的方向通過等離子體區燒成高密度，細晶粒材料。這種方法存在的缺點是由于加熱速度快，材料易發生裂紋，要求的設備也較復雜，因此未得到廣泛運用。
本設計的目的是在需要燒結的粉末材料上施以脈沖電壓，產生等離子體以活化粉末材料顆粒表面，通以直流電對粉末材料快速加熱升溫，再施以壓力以達到燒結和固化粉末材料的目的。該裝置小型化、精密化、無污染。可燒結多種高性能結構材料，特種功能材料和極限條件下的工作材料。
本設計是通過以下的技術方案來實現的。
圖1是組成結構圖，其由脈沖電源裝置(1)，逆變式直流電阻加熱裝置(2)，同軸向壓力裝置包括底座(3)，支架(4)，橫樑(5)，壓力機(6)，螺旋升降桿(11)，壓頭(12)，壓模裝置包括上沖頭(9)，下沖頭(13)，模具(10)，壓力顯示儀(7)，測溫裝置(8)組成。支架(4)固定在底座(3)上，其與橫樑(5)用螺釘連接，壓力機(6)固定在底座(3)上，其與模具、沖頭、壓頭、螺旋升降桿同處于該加壓裝置的中軸線上，螺旋升降桿(11)與橫樑(5)為螺紋連接螺旋升降桿與壓頭(12)為半球形的活動連接，上沖頭(9)和下沖頭(13)分別固定在壓頭(12)和壓力機(6)上。
本設備在工作時由壓力機(6)提供與被燒結物料同軸向的壓力，此時下沖頭可以隨壓力機(6)的升降在模具中上、下移動，通過調整螺旋升降桿、上沖頭可以隨螺旋升降桿在模具中上、下移動。
脈沖電源裝置包括脈頻調制與脈寬調制構成的脈沖調制回路，用以將低頻直流脈沖電壓調制在輸出的直流電上、當脈沖電壓加在被燒結的粉末材料上時，使粉末材料內部產生等離子體以活化粉末材料的顆粒表面；逆變式直流電阻加熱裝置是一種逆變式、外特性為電壓陡降，恒流型的直流電源；同軸向壓力裝置是向被燒結材料施加與其同軸向的液壓機械加壓機，支架和橫樑，橫樑和螺旋升降桿之間采用螺紋連接，螺母固定，螺旋升降桿與壓頭可做成半球型嚙合，它們之間用銷釘固定；模具和沖頭可用石墨做成。
與眾知技術相比本設計所具有的優點(1)對粉末材料加壓精確，平穩可控；(2)脈沖電源裝置和電阻加熱裝置穩定性高、連續性好，可調節范圍大，動態響應快；(3)等離子體活化燒結粉末材料新型裝置，即可整體聯動形成系統，又可單獨使用；(4)該新型裝置也可與中頻感應爐或交流電阻爐分別組合配置，可進行等離子體活化-中頻感應燒結，等離子體活化-間接電阻加熱燒結等。
(5)該新型裝置也可用于探索不同種類的粉末材料的活化燒結或優選同種粉末材料的活化燒結的不同工藝過程，還可采用先活化、后加壓、再燒結等工藝過程。
圖1是本設計的組成結構圖，圖中1為脈沖電源裝置，2為逆變式直流電阻加熱裝置，3為底座，4為支架，5為橫探，6為壓力機、7為壓力顯示儀、8為測溫裝置，9為上沖頭，10為模具，11為螺旋升降桿，12為壓頭，13為下沖頭。
實施例本實用新型工作時，最關鍵是設計好脈沖電源裝置和逆變式電阻加熱裝置的參數，下面給出一組申請人認為最好的參數。
1、脈沖電壓60V、脈沖電流600A、脈沖接通時間40mS，脈沖斷路時間40ms，總脈沖時間30s。
2、逆變式電阻加熱裝置加熱溫度1300～14000℃。
3、施加壓力5Mpa。
權利要求1.一種等離子體活化燒結新型設備，其特征是由脈沖電源裝置(1)，逆變式直流電阻加熱裝置(2)，同軸向壓力裝置包括底座(3)，支架(4)、橫梁(5)、壓力機(6)、螺旋升降桿(11)、壓頭(12)，壓模裝置包括上沖頭(9)、下沖頭(13)、模具(10)，壓力顯示儀(7)，測溫裝置(8)組成，支架(4)固定在底座(3)上，其與橫樑(5)用螺釘連接，壓力機(6)固定在底座(3)上，其與模具、沖頭、壓頭、螺旋升降桿同處于該加壓裝置的中軸線上，螺旋升降桿(11)與橫樑(5)為螺紋連接，螺旋升降桿與壓頭(12)為半球形的活動連接，上沖頭(9)和下沖頭(13)分別固定在壓頭(12)和壓力機(6)上。
2.根據權利要求1所述的等離子體活化燒結新型設備，其特征是，模具和沖頭用石墨作成。
專利摘要等離子體活化燒結新型設備,一種對粉末冶金材料進行燒結、制備的新設備。其由脈沖電源裝置、電阻加熱裝置、底座、支加、橫梁、壓力機、沖頭、模具、螺旋升降桿、壓頭等部分結成。通過對模具中需燒結的粉末材料施加一定的脈沖電壓,產生等離子體以活化粉末材料的顆粒表面,再快速加熱,施加壓力來完成燒結過程。該裝置小型化、精密化、無污染,可燒結多種高性能結構材料,特種功能材料和極限條件下的工作材料。
文檔編號B22F3/105GK2471452SQ01213939
公開日2002年1月16日 申請日期2001年1月13日 優先權日2001年1月13日
發明者彭金輝, 張世敏, 馬駿騎, 張利波 申請人:昆明理工大學