一種高低溫雙體真空熱壓燒結爐的制作方法

本發明涉及一種新型熱壓爐的設計制造領域，特別是涉及一種高低溫雙體真空熱壓燒結爐。

背景技術：

真空熱壓燒結爐將真空/氣氛、熱壓成型、高溫燒結結合在一起，廣泛應用于硬質合金、功能陶瓷、粉末冶金等新型材料在高溫、高真空條件下進行熱壓燒結，也可在充氣保護情況下熱壓成形燒結。如應用于透明陶瓷、工業陶瓷等金屬以及由難熔金屬組成的合金材料的真空燒結以及陶瓷材料的高溫燒結，也可用于粉末或壓坯在低于主要組分熔點溫度下的熱處理，目的在于通過顆粒間的冶金結合以提高其強度。

熱壓燒結爐發熱體主要可以分為兩類：一類是難熔金屬或者其對應合金制成，但是其最佳工作溫區多低于1000℃，并且造價比較昂貴；另外一類是以石墨制備的發熱體，是目前被廣泛采用的一種發熱體，并且造價比較低廉，但是其可實現極限溫度高于1500℃,1000℃以下控溫不準。目前所設計的真空熱壓爐大多不能同時實現2000℃以下不同溫區的精確控溫，只能根據應用需求采購不同工作溫區的熱壓爐，增加投資成本的同時也提高了相應的人力成本。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種高低溫雙體真空熱壓燒結爐，克服不同溫區控溫精準度不同，投入成本過高的問題。該發明實現了不同溫區燒結爐體的一體化，加熱均勻性好，控溫精準，可以有效節約投資成本。同時本發明所設計的高低溫雙體真空熱壓燒結爐極大節約場地的使用。

本發明在研發過程中，除了進行了軟件控制系統的集成外；還開發出了和控制系統相匹配的硬件設備。在研發時發現使用過程中要想那設定程序切換真空系統、冷卻系統、液壓系統是很難的；尤其是僅僅將兩臺設備機械的結合起來。

本發明一種高低溫雙體真空熱壓燒結爐，含有不同加熱溫區的兩個爐體，分別為高溫區燒結爐(1)和低溫區燒結爐(2)；兩個爐子共用一套控制系統(3)、一套液壓-水冷系統(4)和一套真空系統(5)，其中連接的管道與真空系統外緣均有法蘭接口(7)，通過密封法蘭依次固定連接；兩個爐對應設計兩套變壓系統；所述真空系統(5)的管路上設有三通管道；所述三通管道的其中兩支分別與高溫區燒結爐(1)和低溫區燒結爐(2)相連；所述高溫區燒結爐(1)分為高溫區燒結爐爐蓋(11)和高溫區燒結爐爐體(12)；所述高溫區燒結爐爐蓋(11)上設有爐蓋進水口(11-1)、爐蓋出水口(11-2)、爐蓋測溫電偶(11-3)以及和真空系統(5)相連通的管道(11-4)；所述高溫區燒結爐爐體(12)上設有爐體進水口(12-1)、爐體出水口(12-2)、爐體測溫電偶(12-3)和爐腔觀察口(12-4)；所述低溫區燒結爐(2)分為低溫區燒結爐爐蓋(21)和低溫區燒結爐爐體(22)；所述低溫區燒結爐爐蓋(21)上設有低溫區燒結爐爐蓋進水口(21-1)、低溫區燒結爐爐蓋出水口(21-2)、低溫區燒結爐爐蓋測溫電偶(21-3)以及和真空系統(5)的相連通的第一管道(21-4)；所述低溫區燒結爐爐體(22)上設有低溫區燒結爐爐體進水口(22-1)、低溫區燒結爐爐體出水口(22-2)、低溫區燒結爐爐體測溫電偶(22-3)和低溫區燒結爐爐腔觀察口(22-4)。

本發明一種高低溫雙體真空熱壓燒結爐，高溫區燒結爐爐體(12)采用連接成筒狀的石墨加熱器對其進行加熱；所述連接成筒狀的石墨加熱器對稱設置在高溫區燒結爐爐體(12)外，其對應的變壓系統為高溫區燒結變壓系統(6)。

本發明一種高低溫雙體真空熱壓燒結爐，低溫區燒結爐爐體(22)，采用鎳鉻電阻帶加熱器對其進行加熱；所述鎳鉻電阻帶加熱器對稱分布在低溫區燒結爐爐體(22)外；所述低溫區燒結爐爐體(22)對應的變壓系統為低溫區燒結變壓系統(8)。

高溫區燒結變壓系統(6)、低溫區燒結變壓系統(8)均勻控制系統(3)相連。之所以采用兩套變壓系統是為了精準控制燒結溫度。

本發明一種高低溫雙體真空熱壓燒結爐，高溫區燒結爐爐體(12)和低溫區燒結爐爐體(22)的爐體采用雙層圓筒結構，內、外壁均為304不銹鋼且經精密拋光處理；內外壁之間通水冷卻，使用時爐外壁的溫度低于60℃；高溫區燒結爐爐體(12)和低溫區燒結爐爐體(22)的爐體均為立式進、出料。

本發明一種高低溫雙體真空熱壓燒結爐，高溫區燒結爐爐體(12)和低溫區燒結爐爐體(22)的所用爐蓋采用雙層水冷結構，內、外壁均為304且經精密拋光處理，內外壁之間通水冷卻，爐蓋上設有觀察窗、真空壓力表、放氣閥；爐蓋與爐體通過鉸鏈連接。

本發明一種高低溫雙體真空熱壓燒結爐，爐蓋進水口(11-1)的個數為n、爐蓋出水口(11-2)的個數為n；爐體進水口(12-1)的個數為p、爐體出水口(12-2)的個數為p；低溫區燒結爐爐蓋進水口(21-1)的個數為q、低溫區燒結爐爐蓋出水口(21-2)的個數為q；低溫區燒結爐爐體進水口(22-1)的個數為i、低溫區燒結爐爐體出水口(22-2)的個數為i；所述n、p、q、i為大于等于2的整數。在工業上應用時n、p、q、i優選為5-15的整數。n、p、q、i的取值越大越有利于精準控制。

同時，本發明一種高低溫雙體真空熱壓燒結爐，冷卻系統中也設有報警裝置，當回流的冷卻水持續高于80℃、10min時，冷卻系統將報警并反饋數據給控制系統。假設此時爐體測溫電偶顯示的數據是正常的，那么爐體正常運行，并繼續監控回流冷卻水的溫度，當回流的冷卻水持續高于80℃、45min時冷卻系統將再次報警并直接切斷加熱電源。

當回流的冷卻水持續高于80℃、10min時，如果爐體測溫電偶顯示的數據已經嚴重偏離設定值，則直接切斷加熱電源。

兩個爐子的加熱電極均為紫銅水冷電極。水冷電極設計不但保證與爐體的良好密封和絕緣，而且與引入電源連接線的接觸良好，拆卸方便，電極中水冷卻裝置能夠降低導電接頭的溫度，防止燒毀真空密封材料。

本發明一種高低溫雙體真空熱壓燒結爐，爐體內控制系統(3)包括溫度控制系統；所述溫度控制系統通過數顯溫度程序控制儀根據用戶設定的工藝曲線，實行自動控制溫度；同時所述溫度控制系統具有pid自整定功能。溫度的控制是通過數顯溫度程序控制儀根據用戶設定的工藝曲線，實行自動控制溫度，并具有pid自整定功能，也可根據用戶需要手動控制溫度，控溫精度在±1℃，溫均性為±2℃。包括：整體控制柜1套，內含：按紐、指示燈、報警器，空氣開關、接觸器、電纜橋架等。整臺電爐在工作狀態下，具有水壓欠壓、超溫、過電流自動聯鎖及報警、保護切斷主電源的功能。報警狀態為聲、光指示方式。

本發明一種高低溫雙體真空熱壓燒結爐，爐體內控制系統(3)包括溫度控制系統；爐體中部安裝主測溫電偶，爐蓋安裝副測溫電偶，多電偶測溫可以實現爐溫的精確顯示。

本發明一種高低溫雙體真空熱壓燒結爐，水冷系統由進冷水機、冷卻水分流閥、冷卻水回流閥、水管、回水管、電接點壓力表、閥門、管路組成，控制系統結合冷卻水分流閥實現冷卻水在兩個爐體之間的切換。任何一個管路錯接都會對爐體造成損傷，影響冷卻效率。水冷系統與控制系統相連，當水壓低時，自動進行聲光報警，并自動切斷加熱電源功能，以確保設備安全。

本發明一種高低溫雙體真空熱壓燒結爐，真空系統包括擴散泵、機械泵、高真空蝶閥、真空分流閥、真空規管、真空壓力表、真空放氣閥、真空管路，所述真空系統上預留有充氣接口，所述真空系統的真空極限為6.7×10^-3pa。控制系統結合真空分流閥可以實現對不同進行抽真空，并不會影響另外爐體的使用。為減少爐體振動，真空管道與泵的連接采用金屬波紋管，真空測量由電阻真空計測量，極限真空度可達6.7×10^-3pa，控制系統結合真空分流閥可以實現對不同進行抽真空，并不會影響另外爐體的使用。

本發明一種高低溫雙體真空熱壓燒結爐，充氣裝置(不含氣體干燥、氣體過濾及尾氣處理系統)主要由充氣閥、壓力傳感器等組成，用于生產工藝所需充氬氣、氮氣的氣氛要求，最大充氣壓力為微正壓。

本發明優勢：

1.本發明能實現不同溫區燒結爐體的一體化。

2.本發明可以實現對不同爐體冷卻，抽真空的隨意切換。

3.本發明可以有效節約投資成本。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

圖1為本發明中高低溫雙體熱壓燒結爐的結構示意圖。

圖中標記：1、高溫區爐體；2、低溫區爐體；3、控制系統、4、液壓和水冷系統；5、真空系統；6、變壓系統；7、連接法蘭；8、變壓系統；9、操作樓梯。

圖2為高溫區燒結爐的局部示意圖。

圖中標記：11-1爐蓋進水口；11-2爐蓋出水口；11-3爐蓋測溫電偶；11-4真空系統連接管道；12-1爐體進水口；12-2爐體出水口；12-3爐體測溫電偶；12-4爐腔觀察口。

圖3為低溫區燒結爐的局部示意圖。

圖中標記：21-1低溫區燒結爐爐蓋進水口；21-2低溫區燒結爐爐蓋出水口；21-3低溫區燒結爐爐蓋測溫電偶；21-4低溫區燒結爐真空系統連接管道；22-1低溫區燒結爐爐體進水口；22-2低溫區燒結爐爐體出水口；22-3低溫區燒結爐爐體測溫電偶；22-4低溫區燒結爐爐腔觀察口。

圖4為真空系統集成示意圖。

圖5為冷卻系統集成示意圖。

具體實施例

下面結合附圖和具體實施方式，對本發明一種高低溫雙體真空熱壓燒結爐作進一步的說明。

本發明實施例中，該高低溫雙體真空熱壓燒結爐包括高溫區爐體1，加熱系統采用石墨加熱器、連接成筒狀，最大加熱溫度1800℃，對稱分布在均溫區外，保證了最佳的溫度均勻性和工件的均勻受熱，并且可以隨時更換；低溫區爐體2，加熱系統采用鎳鉻電阻帶加熱器，最大加熱溫度1200℃，對稱分布在均溫區外，保證了最佳的溫度均勻性和工件的均勻受熱，且便于發熱體的維修及更換；爐體1和2均采用雙層圓筒結構，爐腔尺寸在500mm-600mm之間，可以就進行大尺寸樣件的燒結制備，同時也利于維修，內、外壁均為304不銹鋼且經精密拋光處理，可以有效延長設備使用壽命。內外壁之間通水冷卻，通過管道與液壓和水冷系統4進行連接，確保爐壁溫度低于60℃。爐門與爐體通過鉸鏈連接。爐體為立式上出料，物料的放入與取出方便。爐門采用雙層水冷結構，內、外壁均為304且經精密拋光處理，內外壁之間通水冷卻，爐蓋上設有觀察窗、真空壓力表、放氣閥等。控制系統3，溫度的控制是通過數顯溫度程序控制儀根據用戶設定的工藝曲線，實行自動控制溫度，并具有pid自整定功能，也可根據用戶需要手動控制溫度，控溫精度在±1℃，溫均性可達±2℃。液壓和水冷系統4通過管道與爐體的進水口和出水口進行連接，可以為爐體提供10t的壓力，同時通過水冷可以對爐體進行物理降溫。真空系統5主體采用一臺擴散泵、一臺旋片式機械泵、高真空蝶閥、真空規管、真空壓力表、真空放氣閥等，泵通過真空管路與爐體連接，可為爐腔提供6.7×10^-3pa的極限真空度。同時有兩個變壓系統6和12作為加熱電極，本發明中所設計電極均為紫銅水冷電極，保證與爐體具有良好密封和絕緣效果。

工作時，首先打開控制系統3和打開液壓和水冷系統4的電源并打開按鈕，待設備預運行后打開兩個爐蓋，將高溫燒結的樣品裝入模具中放入高溫爐并蓋上爐蓋，同時將低溫豪杰的樣品和相應的模具組合一起放入低溫爐中；啟動真空系統5對高溫爐爐腔進行抽真空；當系統真空度達到1×10^-2pa時，通過控制系統按照設定程序對爐內進行加熱升溫；當爐溫達到預定的工藝方案后，通過啟動液壓和水冷系統4對試樣進行加壓、并保溫保壓。待工藝結束后切換到低溫爐中，按照相應的操作步驟對低溫爐中樣品進行燒結，兩個不同爐體燒結工作結束后關閉程序并斷水斷電。

本發明與現有技術相比，主要優點是實現了不同溫區燒結爐體的一體化，加熱均勻性好，控溫精準，節約投資成本的同時能夠滿足粉末冶金燒結過程中對不同材料燒結制度對溫度和真空度的需求、同時所需場地也大大減少，這為在某些特殊場地的使用提供了必要條件。