CN2471452Y - 等离子体活化烧结材料新型设备 - Google Patents

Abstract

等离子体活化烧结新型设备,一种对粉末冶金材料进行烧结、制备的新设备。其由脉冲电源装置、电阻加热装置、底座、支加、横梁、压力机、冲头、模具、螺旋升降杆、压头等部分结成。通过对模具中需烧结的粉末材料施加一定的脉冲电压,产生等离子体以活化粉末材料的颗粒表面,再快速加热,施加压力来完成烧结过程。该装置小型化、精密化、无污染,可烧结多种高性能结构材料,特种功能材料和极限条件下的工作材料。

Description

等离子体活化烧结材料新型设备

等离子体活化烧结材料新型设备，一种对粉末冶金材料进行烧结、制备的新型设备。

所谓烧结，就是把压坯或松装粉末体加热到其基本组无熔点以下的温度，并在其温度下保温，从而使粉末颗粒相互结合起来，改善其性能的一种过程。从本质上讲，粉末或颗粒的烧结过程是多因素(粉末粒度、纯度、气氛、压力、温度等)影响下的物理、化学、物理冶金和物理化学过程。

烧结是粉末冶金生产过程中最基本的工序之一，也是最后一道及其重要的工序，对最终产品的性能起着决定性作用，因为由烧结的造成的废品是无法通过以后的工序挽救的，烧结实际上对产品的质量起着“把关”的作用。

烧结是高温作用，一般要经过较长的时间，还要有适当的保护气氛。因此，从经济角度考虑，烧结工序的消耗是构成产品成本的重要部分，改进操作与烧结设备，减少物质与能量的消耗，如降低烧结温度、缩短烧结时间等，在经济上的意义是很大的。

目前主要的烧结方法有：传统无压烧结法、热压烧结法、微波烧结法、等离子体烧结法(如微波等离子体、直流等离子体)但均有其不足之处。

传统无压烧结法工艺时间长、产品性能差、能耗高，无论采用燃料加热还是采用电加热压烧结法、微波烧结法、等离子体烧结法(如微波等离子体、直流等离子体)但均有其不足之处。

热压烧结法虽采用了压力，但烧结过程中对样品的活化程度(即动力学过程)尚需进一步提高，而且设备昂贵和加工周期长。

而微波烧结法和等离子体烧结法在活化方面做了改进，缩短了烧结时间，降低了烧结温度，抑制了材料颗粒的长大，但烧结过程中温度等条件难以控制，特别是微波烧结过程中容易造成热失控效应，对烧结样品产生不均匀加热，从而影响了烧结产品的各种性能。

公知的等离子体烧结法，是在一个等离子体发生器中进行，比较典型的是直流阴极空腔放电法等离子体烧结装置，其主要由等离子体炉、真空室、镇流器、直流电源，真空泵等部份组成。工作时先抽真空使气体压力降低到几个托，以便激发等离子体、根据不同材料的不同烧结温度而逐步升高压力，将待烧结材料从垂直的方向通过等离子体区烧成高密度，细晶粒材料。这种方法存在的缺点是：由于加热速度快，材料易发生裂纹，要求的设备也较复杂，因此未得到广泛运用。

本设计的目的是在需要烧结的粉末材料上施以脉冲电压，产生等离子体以活化粉末材料颗粒表面，通以直流电对粉末材料快速加热升温，再施以压力以达到烧结和固化粉末材料的目的。该装置小型化、精密化、无污染。可烧结多种高性能结构材料，特种功能材料和极限条件下的工作材料。

本设计是通过以下的技术方案来实现的。

图1是组成结构图，其由脉冲电源装置(1)，逆变式直流电阻加热装置(2)，同轴向压力装置包括底座(3)，支架(4)，横樑(5)，压力机(6)，螺旋升降杆(11)，压头(12)，压模装置包括上冲头(9)，下冲头(13)，模具(10)，压力显示仪(7)，测温装置(8)组成。支架(4)固定在底座(3)上，其与横樑(5)用螺钉连接，压力机(6)固定在底座(3)上，其与模具、冲头、压头、螺旋升降杆同处于该加压装置的中轴线上，螺旋升降杆(11)与横樑(5)为螺纹连接螺旋升降杆与压头(12)为半球形的活动连接，上冲头(9)和下冲头(13)分别固定在压头(12)和压力机(6)上。

本设备在工作时由压力机(6)提供与被烧结物料同轴向的压力，此时下冲头可以随压力机(6)的升降在模具中上、下移动，通过调整螺旋升降杆、上冲头可以随螺旋升降杆在模具中上、下移动。

脉冲电源装置包括脉频调制与脉宽调制构成的脉冲调制回路，用以将低频直流脉冲电压调制在输出的直流电上、当脉冲电压加在被烧结的粉末材料上时，使粉末材料内部产生等离子体以活化粉末材料的颗粒表面；逆变式直流电阻加热装置是一种逆变式、外特性为电压陡降，恒流型的直流电源；同轴向压力装置是向被烧结材料施加与其同轴向的液压机械加压机，支架和横樑，横樑和螺旋升降杆之间采用螺纹连接，螺母固定，螺旋升降杆与压头可做成半球型啮合，它们之间用销钉固定；模具和冲头可用石墨做成。

与众知技术相比本设计所具有的优点：

(1)对粉末材料加压精确，平稳可控；

(2)脉冲电源装置和电阻加热装置稳定性高、连续性好，可调节范围大，动态响应快；

(3)等离子体活化烧结粉末材料新型装置，即可整体联动形成***，又可单独使用；

(4)该新型装置也可与中频感应炉或交流电阻炉分别组合配置，可进行等离子体活化-中频感应烧结，等离子体活化-间接电阻加热烧结等。

(5)该新型装置也可用于探索不同种类的粉末材料的活化烧结或优选同种粉末材料的活化烧结的不同工艺过程，还可采用先活化、后加压、再烧结等工艺过程。

图1是本设计的组成结构图，图中1为脉冲电源装置，2为逆变式直流电阻加热装置，3为底座，4为支架，5为横探，6为压力机、7为压力显示仪、8为测温装置，9为上冲头，10为模具，11为螺旋升降杆，12为压头，13为下冲头。

实施例：

本实用新型工作时，最关键是设计好脉冲电源装置和逆变式电阻加热装置的参数，下面给出一组申请人认为最好的参数。

1、脉冲电压60V、脉冲电流600A、脉冲接通时间40mS，脉冲断路时间40ms，总脉冲时间30s。

2、逆变式电阻加热装置加热温度1300～14000℃。

3、施加压力5Mpa。

Claims (2)

1、一种等离子体活化烧结新型设备，其特征是：由脉冲电源装置(1)，逆变式直流电阻加热装置(2)，同轴向压力装置包括底座(3)，支架(4)、横梁(5)、压力机(6)、螺旋升降杆(11)、压头(12)，压模装置包括上冲头(9)、下冲头(13)、模具(10)，压力显示仪(7)，测温装置(8)组成，支架(4)固定在底座(3)上，其与横樑(5)用螺钉连接，压力机(6)固定在底座(3)上，其与模具、冲头、压头、螺旋升降杆同处于该加压装置的中轴线上，螺旋升降杆(11)与横樑(5)为螺纹连接，螺旋升降杆与压头(12)为半球形的活动连接，上冲头(9)和下冲头(13)分别固定在压头(12)和压力机(6)上。

2、根据权利要求1所述的等离子体活化烧结新型设备，其特征是，模具和冲头用石墨作成。

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