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1800度高溫保護(hù)氣氛真空燒結(jié)爐的制作方法

文檔序號(hào):4753922閱讀:447來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:1800度高溫保護(hù)氣氛真空燒結(jié)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于特種陶瓷的制造裝備,用于sic陶瓷器件的真空燒結(jié)。
背景技術(shù)
Sic陶瓷是一種性能優(yōu)越新型材料,其應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)展,制造sic陶瓷器件的 重要設(shè)備高溫?zé)Y(jié)爐,Sic陶瓷燒結(jié)溫度較高,大多需在1450—1750度,燒結(jié)過(guò)程存在 硅蒸汽揮發(fā)嚴(yán)重,易損壞設(shè)備的問(wèn)題,燒結(jié)產(chǎn)品的成品率也較低。本發(fā)明的燒結(jié)爐,針對(duì) sic燒結(jié)過(guò)程存在的問(wèn)題,在燒結(jié)室結(jié)構(gòu)、燒結(jié)工藝過(guò)程方面進(jìn)行全新設(shè)計(jì),解決硅蒸汽 污染問(wèn)題,提高設(shè)備的可靠性,有利于提高產(chǎn)品性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種1800度高溫保護(hù)氣氛真空燒結(jié)爐,用作sic陶瓷器件真空或氣氛燒 結(jié)。具有節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn), 一爐適用兩種工藝,并提供氣氛燒結(jié)和真空燒結(jié)的功能轉(zhuǎn)換 措施。
這種1800度高溫保護(hù)氣氛真空燒結(jié)爐,控制系統(tǒng)與設(shè)置在設(shè)備中的電控執(zhí)行部件相 連,加熱室內(nèi)設(shè)有石墨密封箱,高溫真空燒結(jié)爐的進(jìn)、排氣管道與石墨密封箱相連,其特 征在于一爐具備兩種工藝一氣氛燒結(jié)和真空燒結(jié)的設(shè)置,并由控制程序?qū)嵤┕δ苻D(zhuǎn)換措 施。爐殼體上安裝熱電偶、銅電極,殼體柱體部位有管接口與真空系統(tǒng)的抽空機(jī)組相通,爐 殼內(nèi)裝方體加熱室、加熱器固定在加熱室內(nèi)四壁、加熱器內(nèi)部再安裝密封箱和支撐料架; 加熱器內(nèi)的密封箱內(nèi)壁設(shè)熱電偶;聯(lián)通密封箱的進(jìn)、排氣管道通過(guò)石墨管穿過(guò)加熱室和密 封箱的上下壁與密封箱內(nèi)相通,銅電極通過(guò)石墨電極與加熱器相連接;爐殼體一端安裝氣 體循環(huán)冷卻風(fēng)機(jī)。
本發(fā)明設(shè)備是將高溫真空燒結(jié)技術(shù)與氣體保護(hù)加熱技術(shù)相結(jié)合的設(shè)備,對(duì)燒結(jié)爐的 控制系統(tǒng)與工藝相匹配,設(shè)計(jì)了兩種相應(yīng)的程序,并提供氣氛燒結(jié)和真空燒結(jié)的轉(zhuǎn)換功能。 可以真空燒結(jié),也可以預(yù)抽真空后再充入保護(hù)氣體加熱,并一直處于微正壓狀態(tài)進(jìn)行保護(hù) 氣氛燒結(jié)。燒結(jié)過(guò)程中的材料釋放出來(lái)的揮發(fā)物雜質(zhì)氣體被循環(huán)流動(dòng)的保護(hù)氣體帶走排出 爐外,因此該設(shè)備還具有脫膠(脂)功能,可用于脫膠(粘結(jié)劑)燒結(jié)一次完成。在真空 燒結(jié)時(shí),由于進(jìn)、排氣管路直通密封箱,被封閉在密封箱內(nèi)的揮發(fā)物不能散出,有效防止 揮發(fā)物對(duì)加熱器的污染損害,同時(shí)也使保護(hù)氣體沿規(guī)定的路徑流動(dòng),均勻掃過(guò)爐料,增強(qiáng) 帶走揮發(fā)物、保護(hù)爐料的效果,提高保護(hù)氣體的利用率。
本發(fā)明中支承加熱器的絕緣結(jié)構(gòu),采用了高級(jí)陶瓷絕緣材料,并設(shè)計(jì)成特殊的組合 結(jié)構(gòu),解決了高溫時(shí)即絕緣又密封問(wèn)題,提高設(shè)備可靠性及節(jié)能效果。該設(shè)備是一大型高溫真空爐,主要技術(shù)指標(biāo)如下 最高溫度 1800 °C
工作區(qū)空間800x800x1000 mm 極限真空 2x10-1 pa
最大裝爐量 800KG


圖1是本發(fā)明真空燒結(jié)爐的設(shè)備結(jié)構(gòu)軸向剖視圖; 圖2是圖的徑向剖視圖3是加熱室內(nèi)密封箱及充排氣管路系統(tǒng)圖; 圖4是穿入密封箱的石墨管與密封環(huán)結(jié)構(gòu)圖; 圖5是電極部位的組合絕緣結(jié)構(gòu)圖6是有保護(hù)氣燒結(jié)和真空燒結(jié)兩種方式的控制程序框圖; 圖7是電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的1800度高溫保護(hù)氣氛真空燒結(jié)爐,見(jiàn)圖l、圖2:爐殼體l為圓柱體,軸 向水平安裝,爐端開(kāi)門(mén),其特征在于爐殼體l內(nèi)裝方體加熱室2,石墨加熱器3固定在加 熱室2內(nèi)四壁上,在加熱器3內(nèi)再安裝密封箱6,支撐料架5的底板平行固定在殼體1內(nèi), 其垂直立柱穿過(guò)加熱室2、密封箱6,立柱上端在密封箱6內(nèi)安裝水平板。聯(lián)通密封箱6 的進(jìn)氣管道10、排氣管道12通過(guò)石墨管16穿過(guò)加熱室2和密封箱6的上下壁與箱內(nèi)相 通,見(jiàn)圖3,測(cè)量溫度的熱電偶4固定在殼體1上,其測(cè)溫端進(jìn)入到密封箱6內(nèi)。殼體l 上還固定銅電極8,與銅電極8相連的石墨電極9穿入加熱室2與加熱器3相連接,將電 能輸入到加熱器3;爐殼體1一端門(mén)上安裝循環(huán)風(fēng)機(jī)7,風(fēng)機(jī)7的作用是冷卻時(shí)驅(qū)動(dòng)爐殼 內(nèi)氣體循環(huán),加快冷卻速度。殼體l柱體部位有管接口與真空系統(tǒng)的抽空機(jī)組ll相通。
加熱室2起到保溫隔熱作用,其六面所用材料用高溫成型的硬質(zhì)復(fù)合碳纖維氈制造, 加熱器3、密封箱6、支撐料架5及與密封箱6相連的通氣管道16等均采用優(yōu)質(zhì)石墨制造, 耐高溫,本身?yè)]發(fā)物少。
進(jìn)、排氣管道12、 10均通過(guò)石墨管16與密封箱6內(nèi)相通,如圖4所示,石墨管16 穿過(guò)加熱室2保溫層與石墨的密封箱6相連通,為提高接口處的密閉性,在石墨管16與 密封箱6內(nèi)壁之間加一石墨密封環(huán)15,該環(huán)下面緊貼密封箱內(nèi)壁板,將石墨密封箱6與 石墨管16之間較大的環(huán)形間隙擋嚴(yán),增加石墨密封箱6的密封性。進(jìn)氣管路12上裝有進(jìn) 氣控制閥19,流量控制器20。排氣管路10出口加裝冷卻器17,冷卻石墨箱排出的高溫氣體,冷卻器17的出口安裝排氣閥18。
圖5所示為與加熱器3相連的石墨電極9垂直穿過(guò)加熱室2的隔熱層壁,由內(nèi)剛玉 陶瓷管22,外層剛玉管21依次同軸套在電極9外周與加熱室2隔熱層外壁之間,內(nèi)剛玉 陶瓷管22和外層剛玉管21的長(zhǎng)度約占在隔熱層壁的外側(cè)2/3厚度,再將氮化硼絕緣管 23、起增強(qiáng)作用的氮化硼絕緣環(huán)24依次同軸套在電極9外周與加熱室2隔熱層內(nèi)壁之間, 氮化硼絕緣管23—端外徑大于管外徑形成外凸臺(tái),管長(zhǎng)度與電極9剩余部分相等。氮化 硼絕緣環(huán)24內(nèi)徑與氮化硼絕緣管23外徑其匹配,套在外凸臺(tái)上。內(nèi)剛玉陶瓷管22、氮 化硼絕緣管23作用是保證保溫材料與石墨電極間的絕緣、外層剛玉管21的作用阻止保溫 材料碎屑進(jìn)入內(nèi)剛玉陶瓷管22和氮化硼絕緣管23之間可能形成的間隙中,提高抗污染能 力。外層剛玉管21—端有外沿,突出于加熱室2保溫外壁,起固定作用。
控制系統(tǒng)設(shè)置見(jiàn)圖7:
采用人機(jī)界面(10.4英寸觸摸屏)作為整個(gè)控制系統(tǒng)的管理中心,實(shí)時(shí)顯示爐子運(yùn) 行過(guò)程中的一些重要數(shù)據(jù),如通過(guò)設(shè)置的溫度控制儀表將設(shè)備上的熱電偶、功率控制器傳 輸溫度設(shè)定值、溫度測(cè)量值、通過(guò)壓力控制儀表傳輸設(shè)備上的壓力傳感器、流量控制器所 顯示的運(yùn)行時(shí)間、真空度、進(jìn)氣流量等信息反饋給管理中心,這些數(shù)據(jù)還可以以曲線、棒 圖等多種方式顯示。設(shè)備的泵、閥等動(dòng)作控制、安全連鎖保護(hù)、報(bào)警處理及部分?jǐn)?shù)據(jù)采集 (如爐子功率、真空度、進(jìn)氣流量等)采用PLC (可編程控制器)完成。溫度控制采用專 用單回路溫度控制器,接受爐子熱電偶的溫度采集型號(hào),經(jīng)過(guò)儀表本身的PID運(yùn)算后,控 制可控硅功率控制器的導(dǎo)通角,使?fàn)t子加熱功率連續(xù)可調(diào)。氣氛燒結(jié)時(shí)的壓力控制,采用 一臺(tái)壓力控制儀表,接受爐子壓力傳感器的輸入信號(hào),與設(shè)定信號(hào)比較后,經(jīng)過(guò)儀表本身 的PID運(yùn)算,通過(guò)流量控制器控制爐子的進(jìn)氣流量,達(dá)到控制壓力目的。在"人機(jī)界面上" 上可編制溫度-時(shí)間工藝,開(kāi)機(jī)時(shí)選擇真空處理方式或氣氛處理方式以及氣氛處理時(shí)需要 控制的爐內(nèi)壓力等參數(shù)。這些參數(shù)存儲(chǔ)在"人機(jī)界面上"的數(shù)據(jù)單元內(nèi)。爐子運(yùn)行時(shí),把 預(yù)先設(shè)定好的這些參數(shù)下載到溫度控制器和壓力控制儀表,由下位儀表執(zhí)行溫度和壓力的 控制。在"人機(jī)界面上"設(shè)計(jì)了爐子運(yùn)行的動(dòng)態(tài)流程圖,使?fàn)t子整個(gè)工作狀況一目了然; 流程圖上相應(yīng)的位置設(shè)有軟按鈕,當(dāng)用戶以"負(fù)責(zé)人"方式登錄到"人機(jī)界面上"時(shí),可 用這些軟按鈕對(duì)爐子直接進(jìn)行操作或修改設(shè)定參數(shù)。USB存儲(chǔ)器保存整個(gè)爐子工作過(guò)程的 歷史數(shù)據(jù)。打印機(jī)可隨時(shí)打印歷史數(shù)據(jù)表格或歷史曲線。
工藝流程的控制程序,見(jiàn)圖6:檢查設(shè)備電源、氣源、水源,觸摸屏上編制加熱工藝 流程、啟動(dòng)爐子,對(duì)爐內(nèi)抽真空、兩種用途選擇 一是真空加熱,根據(jù)編制的工藝內(nèi)容, 真空狀態(tài)下自動(dòng)啟動(dòng)加熱程序,對(duì)爐子加熱、按照編制的工藝升溫,最終升溫到170(Tl800
°C,保持工藝要求時(shí)間,如4小時(shí);另一種用途采用保護(hù)氣氛燒結(jié)工藝時(shí)先抽真空,然后充惰性保護(hù)氣,如氬氣,到微正壓時(shí)充氣完成,排氣閥打開(kāi),氣體不斷流動(dòng),即可自動(dòng) 啟動(dòng)加熱程序,爐子在保護(hù)氣氛下加熱,保護(hù)氣體循環(huán)帶走揮發(fā)物,按照編制的工藝升溫, 最終升至170(Tl80(rC,保持工藝要求時(shí)間,如4小時(shí)加熱燒結(jié),直到燒結(jié)結(jié)束,冷卻;
上述兩種用途共同使用的步驟加熱過(guò)程結(jié)束,停止加熱,開(kāi)始自然降溫,降溫到設(shè)定的
溫度后,繼續(xù)充入惰性氣體,然后啟動(dòng)風(fēng)機(jī),爐子進(jìn)入強(qiáng)制冷卻過(guò)程,降溫到設(shè)定的溫度 后,繼續(xù)冷卻,并開(kāi)始計(jì)時(shí),到達(dá)設(shè)定時(shí)間后冷卻停止,出爐。
采用保護(hù)氣氛燒結(jié)工藝時(shí)也可以不抽真空,直接向爐內(nèi)充保護(hù)氣,置換到空氣后, 就可以加熱,但這種方法作業(yè)效率較低。
采用真空燒結(jié)工藝時(shí)的冷卻,也可充惰性氣體冷卻,或者采用真空冷卻,結(jié)束。
權(quán)利要求
1、一種1800度高溫保護(hù)氣氛真空燒結(jié)爐,控制系統(tǒng)與設(shè)置在設(shè)備中的電控執(zhí)行部件相連、高溫真空燒結(jié)爐與真空系統(tǒng)和進(jìn)、排氣管道相連,其特征在于一爐具備兩種工藝氣氛燒結(jié)和真空燒結(jié)的設(shè)置并由控制程序?qū)嵤┕δ苻D(zhuǎn)換措施;真空燒結(jié)爐殼體兩端開(kāi)門(mén)、一端門(mén)上安裝循環(huán)風(fēng)機(jī),爐殼體上安裝熱電偶、銅電極,并有管道與真空系統(tǒng)相連,爐殼內(nèi)裝方體加熱室、固定在加熱室內(nèi)四壁的加熱器、加熱器內(nèi)部再安裝密封箱和支撐料架;聯(lián)通密封箱的進(jìn)、排氣管道通過(guò)石墨管穿過(guò)爐殼、加熱室與密封箱的上下壁相通,密封箱內(nèi)壁設(shè)溫度傳感器與殼體外熱電偶相連、銅電極通過(guò)石墨電極加熱器相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的1800度高溫保護(hù)氣氛真空燒結(jié)爐,其特征在于進(jìn)排氣管 道(IO)、 (12)端均通過(guò)石墨管(16)與密封箱(6)連接,石墨管(16)穿過(guò)加熱室(2)保溫層與石 墨的密封箱(6)相連通,為提高接口處的密閉性,在石墨管(16)與密封箱內(nèi)壁之間加一石 墨密封環(huán)(15),該環(huán)下面緊貼密封箱內(nèi)壁板,將石墨箱與管之間較大的環(huán)形間隙擋嚴(yán), 增加石墨密封箱(6)的密封性。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的1800度高溫保護(hù)氣氛真空燒結(jié)爐,其特征在于加熱室(2) 六個(gè)面的保溫隔熱層用高溫成型的硬質(zhì)復(fù)合碳纖維氈制造,加熱器(3)、密封箱(6)、支撐 料架(5)及與密封箱(6)相連的通氣管道(16)均采用耐高溫,本身?yè)]發(fā)物少的優(yōu)質(zhì)石墨制造。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的1800度高溫保護(hù)氣氛真空燒結(jié)爐,其特征在于與加熱器(3) 相連的石墨電極(9)垂直穿過(guò)加熱室(2)的隔熱層壁,并由內(nèi)剛玉陶瓷管(22),外層剛玉管(21) 依次同軸套在電極(9)外周與加熱室(2)隔熱層外壁之間,外層剛玉管(21)—端有外沿,突出 于加熱室(2)保溫外壁固定,再將氮化硼絕緣管(23)、起增強(qiáng)作用的氮化硼絕緣環(huán)(24)依次 同軸套在電極(9)外周與加熱室(2)隔熱層內(nèi)壁之間,氮化硼絕緣環(huán)(24)套在外凸臺(tái)上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的1800度高溫保護(hù)氣氛真空燒結(jié)爐,其特征在于內(nèi)剛玉陶瓷 管(22)和外層剛玉管(21)的長(zhǎng)度約占在隔熱層壁的外側(cè)2/3厚度,氮化硼絕緣管(23)—端外 徑大于管外徑形成外凸臺(tái),管長(zhǎng)度與電極(9)剩余部分相等,氮化硼絕緣環(huán)(24)內(nèi)徑與氮化 硼絕緣管(23)外徑其匹配。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的1800度高溫保護(hù)氣氛真空燒結(jié)爐,其特征在于真空燒結(jié)爐 的工藝流程控制準(zhǔn)備工作是檢査設(shè)備電源、氣源、水源,在觸摸屏上編制加熱工藝流程、 啟動(dòng)爐子,對(duì)爐內(nèi)抽真空;兩種用途選擇 一是真空加熱,根據(jù)編制的工藝內(nèi)容,真空狀 態(tài)下自動(dòng)啟動(dòng)加熱程序,對(duì)爐子加熱、按照編制的真空加熱工藝升溫,最終升溫到 1700-180(TC,保持工藝要求時(shí)間;另一種保護(hù)氣氛燒結(jié)用途根據(jù)編制的工藝內(nèi)容,對(duì)爐內(nèi)保護(hù)箱充入惰性氣體,如氬氣,充氣完成后,自動(dòng)啟動(dòng)加熱程序,爐子在保護(hù)氣氛下加熱,保護(hù)氣體排出帶走揮發(fā)物,按照編制的工藝升溫,最終升至1700 180(TC,保持工 藝要求時(shí)間;上述兩種用途共同使用的步驟加熱過(guò)程結(jié)束,停止加熱,開(kāi)始自然降溫、 降溫到設(shè)定的溫度后,繼續(xù)充入惰性氣體,然后啟動(dòng)風(fēng)機(jī),爐子進(jìn)入強(qiáng)制冷卻過(guò)程,降溫 到設(shè)定的溫度后,繼續(xù)冷卻,并開(kāi)始計(jì)時(shí),到達(dá)設(shè)定時(shí)間后冷卻停止,出爐。
全文摘要
1800度高溫保護(hù)氣氛真空燒結(jié)爐,控制系統(tǒng)與設(shè)置在設(shè)備中的電控執(zhí)行部件相連,加熱室內(nèi)設(shè)有石墨密封箱,高溫真空燒結(jié)爐的進(jìn)、排氣管道與石墨密封箱相連,其特征在于一爐具備兩種工藝氣氛燒結(jié)和真空燒結(jié)的設(shè)置并由控制程序?qū)嵤┕δ苻D(zhuǎn)換措施,爐殼體上安裝熱電偶、銅電極,殼體柱體部位有管接口與真空系統(tǒng)的抽空機(jī)組相通,爐殼內(nèi)裝方體加熱室、加熱器固定在加熱室內(nèi)四壁、加熱器內(nèi)部再安裝密封箱和支撐料架;聯(lián)通密封箱的進(jìn)、排氣管道通過(guò)石墨管穿過(guò)加熱室和密封箱的上下壁與密封箱內(nèi)相通,爐殼體一端安裝氣體循環(huán)冷卻風(fēng)機(jī),密封箱內(nèi)壁設(shè)熱電偶、銅電極,銅電極通過(guò)石墨電極與加熱器相連接。在真空燒結(jié)時(shí),被封閉在密封箱內(nèi)的揮發(fā)物不能散出,有效防止揮發(fā)物對(duì)加熱器的污染損害,同時(shí)也使保護(hù)氣體帶走揮發(fā)物、保護(hù)爐料的效果,提高保護(hù)氣體的利用率。
文檔編號(hào)F27B5/00GK101655310SQ20091018743
公開(kāi)日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者黨艷敏, 張曉東, 曲紹芬, 楊建川, 巖 石, 趙建業(yè), 高光偉 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)恒進(jìn)真空科技有限公司
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