CN110822899B - 一种微波烧结用辅热保温装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微波烧结领域，具体涉及一种微波烧结用辅热保温装置。装置由外到内依次包括：多晶莫来石高温纤维棉层，莫来石纤维箱和氮化硼坩埚；坩埚和莫来石纤维箱之间填充纤维棉，莫来石纤维箱外层包裹有多晶莫来石高温纤维棉层，莫来石纤维箱上盖板中心设有测温孔；氮化硼坩埚包括坩埚主体和坩埚盖，坩埚主体内部有氮化硼圆环，在氮化硼圆环与氮化硼坩埚间隙与氮化硼圆环内部填充氮化硅粉末，烧结试样置于氮化硼圆环中心，置入氮化硅粉末中埋粉烧结；坩埚盖中心设有倒漏斗型通孔。本装置基于装置内不同材料的吸波与透波性能，在微波烧结中能起到优秀的保温与辅热作用；且坩埚盖的漏斗形测温孔，有利于隔热并排出样品烧结过程中挥发的胶。

Description

一种微波烧结用辅热保温装置
技术领域
本发明属于微波烧结领域，具体涉及一种微波烧结用辅热保温装置。
背景技术
微波烧结是20世纪70年代引入一种烧结方法，利用微波能对被烧结材料进行整体加热是其最大特点，由于是整体加热，材料受热均匀、温度梯度小，这样烧成的材料性质均匀，晶粒细小，致密性好。另外，微波烧结还具有高效、节能、环保等特点，可以实现传统烧结方法无法实现的结构和性能。然而部分材料(如陶瓷材料)的烧结温度较高，低温下吸波性能较差，因此保温辅热装置的设计成为了目前限制微波烧结技术应用的重要因素之一。不合理的保温装置设计会导致热量散失较快，引起较大的温度变化，会降低烧结材料的力学性能，甚至造成烧结材料的变形、开裂等缺陷。同时，由于微波烧结属于无压烧结，烧结材料在预成型过程中会加入胶提升素坯强度。在烧结过程中，胶会随着温度的升高而挥发，高温下胶会融化保温棉，损坏保温装置。
当前公开的关于陶瓷材料微波烧结用保温装置常见的是在莫来石纤维箱体中填充一些其他的保温材料，如在专利申请公布号为CN 103868354A的发明专利中公布的保温装置，该装置采用保温砖与保温棉相间排列的方式填充莫来石保温箱腔体，其承受烧结温度可达到1800℃，温度分布均匀且成本低，然而保温砖在高温下会吸收微波能，大量保温砖的使用造成了较大的能量损耗，影响烧结材料的正常升温。专利申请发布号为CN105091604A的发明专利中公开的保温装置减少了保温砖的使用，采用耐高温氧化铝纤维棉代替了部分保温砖，其承受温度可达2000℃，保温效果优异。然而该装置中坩埚与底部保温砖间的区域均以保温棉填充，烧结过程中坩埚周围温度较高，在几次使用后，坩埚局部高温会使周围保温棉软化，造成坩埚塌陷，影响烧结过程，且需将所有保温棉更换后才能再次使用，其更换成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高温且利于排胶的微波烧结用辅热保温装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种微波烧结用辅热保温装置，所述装置由外到内依次包括：多晶莫来石高温纤维棉层，莫来石纤维箱和氮化硼坩埚；
所述氮化硼坩埚位于莫来石纤维箱的中心，氮化硼坩埚和莫来石纤维箱之间填充多晶莫来石高温纤维棉，所述莫来石纤维箱外层包裹有多晶莫来石高温纤维棉层，所述莫来石纤维箱上盖板中心位置设有测温孔；
所述氮化硼坩埚包括坩埚主体和坩埚盖，所述坩埚主体内部设有氮化硼圆环，在氮化硼圆环与坩埚主体、氮化硼圆环内部填充氮化硅粉末，烧结试样置于氮化硼圆环中心，置入氮化硅粉末中埋粉烧结；
所述坩埚盖中心设有倒漏斗型通孔，所述倒漏斗型通孔上部的内径与测温孔的内径相同且中轴线重合，倒漏斗型通孔的上表面与莫来石纤维箱上盖板的下表面接触。
进一步的，所述氮化硼圆环的内径和倒漏斗型通孔下部的内径相同，且氮化硼圆环的中轴线与倒漏斗型通孔的中轴线重合，所述氮化硼圆环的高度与氮化硼坩埚的内高相等。
进一步的，所述倒漏斗型通孔的尺寸为：倒漏斗型通孔的上圆内径为20-30mm，下圆内径为上圆内径的1.5-2倍，倒漏斗型通孔(14)的高度为25-35mm。
进一步的，所述坩埚盖的盖沿下表面设有环形的阶梯槽，阶梯槽的宽度与坩埚主体的壁厚相同。
进一步的，所述氮化硅粉末高度与坩埚主体的高度持平。
进一步的，所述莫来石纤维箱包括莫来石纤维箱上盖板，莫来石纤维箱下盖板和莫来石纤维箱箱体。
进一步的，所述莫来石纤维箱下盖板上部设有莫来石纤维板。
进一步的，所述多晶莫来石高温纤维棉层的外表面缠有一层玻璃纤维高温带，所述玻璃纤维高温带系实，用以固定多晶莫来石高温纤维棉层。
进一步的，所述莫来石纤维箱上盖板，莫来石纤维板和莫来石纤维箱下盖板为圆形；所述莫来石纤维箱箱体为圆筒形；所述氮化硼坩埚为圆柱形。
进一步的，所述多晶莫来石高温纤维棉层承受温度在1700℃以上，莫来石纤维箱上盖板，莫来石纤维箱箱体，莫来石纤维板和莫来石纤维箱下盖板承受温度在1700℃以上；所述氮化硼坩埚的材质为六方氮化硼，在氮气氛围中承受温度达2800℃。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本装置采用氮化硼坩埚，且在坩埚中填充碳化硅粉末，其中氮化硼拥有低热膨胀、高温安定性的特性，氮化硼坩埚在氮气氛围中使用温度可达2800℃，并且热膨胀系数低，在急冷急热的环境下不会开裂，确保了保温箱在微波烧结中的高温稳定性与可靠性；填充的碳化硅粉末具有良好的吸波性能，在微波烧结中可帮助材料快速升温，且氮化硼透波，在烧结过程中可以提升碳化硅粉末的吸波与辅热效果；
(2)本申请在坩埚内部设有圆环，且试样在圆环内烧结，通过设置圆环实现了对烧结试样的双重保护；
(3)本装置通过在坩埚盖上设有倒漏斗型的竖向通孔，通过该通孔能有效将试样烧结过程中挥发的胶排到保温箱外，以防胶挥发到箱体内损坏保温装置；
(4)本申请通过合理的设置倒漏斗型通孔的尺寸和形状，使烧结温度在烧结的中心区域到莫来石纤维箱箱体温度具有合理的温度梯度，有效确保了保温箱的寿命；
(5)本装置拆卸方便，便于更换局部损坏部件，当保温效果下降时，仅需更换内部的多晶莫来石高温纤维棉即可再次使用，降低了更换成本。
附图说明
图1为本发明的保温装置半剖示意图。
图2为本发明的坩埚主体示意图。
图3为本发明的坩埚盖示意图。
附图标记说明：
1-玻璃纤维高温带，2-测温孔，3-烧结试样，4-氮化硼圆环，5-莫来石纤维箱上盖板，6-坩埚盖，7-莫来石纤维箱箱体，8-多晶莫来石高温纤维棉层，9-碳化硅粉末，10-坩埚主体，11-莫来石纤维板，12-莫来石纤维箱下盖板，13-倒漏斗型通孔，14-阶梯槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
如图1-3所示，一种微波烧结用辅热保温装置，包括玻璃纤维高温带1、测温孔2、烧结试样3、氮化硼圆环4、莫来石纤维箱上盖板5、氮化硼坩埚盖6、莫来石纤维箱箱体7、多晶莫来石高温纤维棉层8、碳化硅粉末9、氮化硼坩埚、莫来石纤维板11、莫来石纤维箱下盖板12。
所述装置中莫来石纤维箱上盖板5、莫来石纤维箱下盖板12和莫来石纤维箱箱体7构成一个封闭箱体，箱体侧面包裹一圈多晶莫来石高温纤维棉层8，在外表面缠上一层玻璃纤维高温带1，并系实。
莫来石纤维箱腔体底部放置一个莫来石纤维板11。箱体内部铺有多晶莫来石高温纤维棉。氮化硼坩埚10中放置有氮化硼圆环4，氮化硼圆环4与氮化硼坩埚10中心对齐，在氮化硼圆环4与氮化硼坩埚10间隙与氮化硼圆环4内部填充有氮化硅粉末，氮化硅粉末高度与氮化硼坩埚高持平。烧结试样置于氮化硼圆环中心，置入氮化硅粉末中埋粉烧结。
氮化硼坩埚盖6置于氮化硼坩埚10上方，其梯形槽与氮化硅坩埚10内壁配合，氮化硼坩埚盖6的上方与莫来石纤维箱上盖板5接触，氮化硼坩埚盖6的测温孔与莫来石纤维箱上盖板5测温孔相通。氮化硼坩埚10与氮化硼坩埚盖6周围被多晶莫来石高温纤维棉所填充。
进一步的，所述莫来石纤维箱上盖板5、莫来石纤维箱箱体7、莫来石纤维板11和莫来石纤维箱下盖板12为圆形。
进一步的，多晶莫来石高温纤维棉8承受温度在1700℃以上，莫来石纤维箱上盖板5、莫来石纤维箱箱体5、莫来石纤维板11和莫来石纤维箱下盖板12承受温度在1700℃以上。
进一步的，所述氮化硼坩埚10为圆柱形，氮化硼坩埚盖6也为圆形，并有阶梯槽，可与氮化硼坩埚10配合。氮化硼坩埚盖6有漏斗型测温孔，材质为耐高温的六方氮化硼材料，在氮气氛围中承受温度达2800℃。
进一步的，所述的莫来石纤维箱上盖板测温孔2口径与氮化硼坩埚盖6测温孔口径一致，并接触。
坩埚盖上倒漏斗型通孔13的具体尺寸如下：通孔上圆内径为20-30mm，下圆内径为圆孔内径的1.5-2倍。在坩埚盖的盖沿有阶梯槽，阶梯槽内径与坩埚内径一致。倒漏斗型通孔的高度为25-35mm。
本装置基于装置内不同材料的吸波与透波性能，在微波烧结中能起到优秀的保温与辅热作用。氮化硼坩埚盖有漏斗形测温孔，有利于隔热并排出样品烧结过程中挥发的胶。同时，本装置使用可靠度高，能适用于急冷急热(30℃/min以上)的加热环境并且不开裂，在氮气氛围下最高承受温度可达到2200℃，并可在1750℃以下稳定使用。

Claims (10)

1.一种微波烧结用辅热保温装置，其特征在于，所述装置由外到内依次包括：多晶莫来石高温纤维棉层(8)，莫来石纤维箱和氮化硼坩埚；
所述氮化硼坩埚位于莫来石纤维箱的中心，氮化硼坩埚和莫来石纤维箱之间填充多晶莫来石高温纤维棉，所述莫来石纤维箱外层包裹有多晶莫来石高温纤维棉层(8)，所述莫来石纤维箱上盖板中心位置设有测温孔；
所述氮化硼坩埚包括坩埚主体(10)和坩埚盖(6)，所述坩埚主体(10)内部设有氮化硼圆环(4)，在氮化硼圆环(4)与坩埚主体(10)间隙、氮化硼圆环(4)内部填充氮化硅粉末(9)，烧结试样(3)置于氮化硼圆环(4)中心，置入氮化硅粉末(9)中埋粉烧结；
所述坩埚盖(6)中心设有倒漏斗型通孔(13)，所述倒漏斗型通孔(13)上部的内径与测温孔的内径相同且中轴线重合，倒漏斗型通孔(13)的上表面与莫来石纤维箱上盖板的下表面接触。
2.根据权利要求1所述的保温装置，其特征在于，所述氮化硼圆环(4)的内径和倒漏斗型通孔(13)下部的内径相同，且氮化硼圆环(4)的中轴线与倒漏斗型通孔(13)的中轴线重合，所述氮化硼圆环(4)的高度与氮化硼坩埚的内高相等。
3.根据权利要求2所述的保温装置，其特征在于，所述倒漏斗型通孔(13)的尺寸为：倒漏斗型通孔的上圆内径为20-30mm，下圆内径为上圆内径的1.5-2倍，倒漏斗型通孔(13)的高度为25-35mm。
4.根据权利要求3所述的保温装置，其特征在于，所述坩埚盖(6)的盖沿下表面设有环形的阶梯槽，阶梯槽的宽度与坩埚主体(10)的壁厚相同。
5.根据权利要求1所述的保温装置，其特征在于，所述氮化硅粉末(9)高度与坩埚主体(10)的高度持平。
6.根据权利要求1所述的保温装置，其特征在于，所述莫来石纤维箱包括莫来石纤维箱上盖板(5)，莫来石纤维箱下盖板(12)和莫来石纤维箱箱体(7)。
7.根据权利要求6所述的保温装置，其特征在于，所述莫来石纤维箱下盖板(12)上部设有莫来石纤维板(11)。
8.根据权利要求1所述的保温装置，其特征在于，所述多晶莫来石高温纤维棉层(8)的外表面缠有一层玻璃纤维高温带(1)，所述玻璃纤维高温带(1)系实，用以固定多晶莫来石高温纤维棉层(8)。
9.根据权利要求7所述的保温装置，其特征在于，所述莫来石纤维箱上盖板(5)，莫来石纤维板(11)和莫来石纤维箱下盖板(12)为圆形；所述莫来石纤维箱箱体(7)为圆筒形；所述氮化硼坩埚为圆柱形。
10.根据权利要求9所述保温装置，其特征在于，所述多晶莫来石高温纤维棉层(8)承受温度在1700℃以上，莫来石纤维箱上盖板(5)，莫来石纤维箱箱体(7)，莫来石纤维板(11)和莫来石纤维箱下盖板(12)承受温度在1700℃以上；所述氮化硼坩埚的材质为六方氮化硼，在氮气氛围中承受温度达2800℃。
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Assignor: NANJING University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

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Denomination of invention: An auxiliary heat preservation device for microwave sintering

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