專利名稱：1800度高溫保護氣氛真空燒結爐的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于特種陶瓷的制造裝備，用于sic陶瓷器件的真空燒結。
背景技術：
Sic陶瓷是一種性能優越新型材料，其應用領域正在迅速擴展，制造sic陶瓷器件 的重要設備高溫燒結爐，Sic陶瓷燒結溫度較高，大多需在1450-1750度，燒結過程存在硅 蒸汽揮發嚴重，易損壞設備的問題，燒結產品的成品率也較低。本發明的燒結爐，針對sic 燒結過程存在的問題，在燒結室結構、燒結工藝過程方面進行全新設計，解決硅蒸汽污染問 題，提高設備的可靠性，有利于提高產品性能。
發明內容本發明提供一種1800度高溫保護氣氛真空燒結爐，用作sic陶瓷器件真空或氣氛 燒結。具有節能、環保的特點，一爐適用兩種工藝，并提供氣氛燒結和真空燒結的功能轉換 措施。 這種1800度高溫保護氣氛真空燒結爐，控制系統與設置在設備中的電控執行部 件相連，加熱室內設有石墨密封箱，高溫真空燒結爐的進、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和真空燒結的設置，并由控制程序實施功能轉換 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的抽空機組相通， 爐殼內裝方體加熱室、加熱器固定在加熱室內四壁、加熱器內部再安裝密封箱和支撐料架； 加熱器內的密封箱內壁設熱電偶；聯通密封箱的進、排氣管道通過石墨管穿過加熱室和密 封箱的上下壁與密封箱內相通，銅電極通過石墨電極與加熱器相連接；爐殼體一端安裝氣 體循環冷卻風機。 本新型設備是將高溫真空燒結技術與氣體保護加熱技術相結合的設備，對燒結爐 的控制系統與工藝相匹配，設計了兩種相應的程序，并提供氣氛燒結和真空燒結的轉換功 能。可以真空燒結，也可以預抽真空后再充入保護氣體加熱，并一直處于微正壓狀態進行保 護氣氛燒結。燒結過程中的材料釋放出來的揮發物雜質氣體被循環流動的保護氣體帶走排 出爐外，因此該設備還具有脫膠(脂)功能，可用于脫膠(粘結劑)燒結一次完成。在真空 燒結時，由于進、排氣管路直通密封箱，被封閉在密封箱內的揮發物不能散出，有效防止揮 發物對加熱器的污染損害，同時也使保護氣體沿規定的路徑流動，均勻掃過爐料，增強帶走 揮發物、保護爐料的效果，提高保護氣體的利用率。 本新型中支承加熱器的絕緣結構，采用了高級陶瓷絕緣材料，并設計成特殊的組
合結構，解決了高溫時即絕緣又密封問題，提高設備可靠性及節能效果。 該設備是一大型高溫真空爐，主要技術指標如下 最高溫度180(TC 工作區空間800x800xl000mm 極限真空2xl0-lpa[0011] 最大裝爐量800KG
圖1是本發明真空燒結爐的設備結構軸向剖視圖； 圖2是圖的徑向剖視圖； 圖3是加熱室內密封箱及充排氣管路系統圖； 圖4是穿入密封箱的石墨管與密封環結構圖； 圖5是電極部位的組合絕緣結構圖； 圖6是電控系統結構圖。
具體實施方式本新型的1800度高溫保護氣氛真空燒結爐，見圖1、圖2 :爐殼體l為圓柱體，軸向水平安裝，爐端開門，其特征在于爐殼體1內裝方體加熱室2，石墨加熱器3固定在加熱室2內四壁上，在加熱器3內再安裝密封箱6，支撐料架5的底板平行固定在殼體1內，其垂直立柱穿過加熱室2、密封箱6，立柱上端在密封箱6內安裝水平板。聯通密封箱6的進氣管道10、排氣管道12通過石墨管16穿過加熱室2和密封箱6的上下壁與箱內相通，見圖3，測量溫度的熱電偶4固定在殼體1上，其測溫端進入到密封箱6內。殼體1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 一端門上安裝循環風機7，風機7的作用是冷卻時驅動爐殼內氣體循環，加快冷卻速度。殼體1柱體部位有管接口與真空系統的抽空機組11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復合碳纖維氈制造，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等均采用優質石墨制造，耐高溫，本身揮發物少。 進、排氣管道12、10均通過石墨管16與密封箱6內相通，如圖4所示，石墨管16穿過加熱室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內壁之間加一石墨密封環15，該環下面緊貼密封箱內壁板，將石墨密封箱6與石墨管16之間較大的環形間隙擋嚴，增加石墨密封箱6的密封性。進氣管路12上裝有進氣控制閥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垂直穿過加熱室2的隔熱層壁，由內剛玉陶瓷管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，內剛玉陶瓷管22和外層剛玉管21的長度約占在隔熱層壁的外側2/3厚度，再將氮化硼絕緣管23、起增強作用的氮化硼絕緣環24依次同軸套在電極9外周與加熱室2隔熱層內壁之間，氮化硼絕緣管23 —端外徑大于管外徑形成外凸臺，管長度與電極9剩余部分相等。氮化硼絕緣環24內徑與氮化硼絕緣管23外徑其匹配，套在外凸臺上。內剛玉陶瓷管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入內剛玉陶瓷管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。[0022] 控制系統設置見圖6:[0023] 采用人機界面(10. 4英寸觸摸屏)作為整個控制系統的管理中心，實時顯示爐子運行過程中的一些重要數據，如通過設置的溫度控制儀表將設備上的熱電偶、功率控制器傳輸溫度設定值、溫度測量值、通過壓力控制儀表傳輸設備上的壓力傳感器、流量控制器所顯示的運行時間、真空度、進氣流量等信息反饋給管理中心，這些數據還可以以曲線、棒圖等多種方式顯示。設備的泵、閥等動作控制、安全連鎖保護、報警處理及部分數據采集(如爐子功率、真空度、進氣流量等)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，經過儀表本身的PID運算后，控制可控硅功率控制器的導通角，使爐子加熱功率連續可調。氣氛燒結時的壓力控制，采用一臺壓力控制儀表，接受爐子壓力傳感器的輸入信號，與設定信號比較后，經過儀表本身的PID運算，通過流量控制器控制爐子的進氣流量，達到控制壓力目的。在"人機界面上"上可編制溫度_時間工藝，開機時選擇真空處理方式或氣氛處理方式以及氣氛處理時需要控制的爐內壓力等參數。這些參數存儲在"人機界面上"的數據單元內。爐子運行時，把預先設定好的這些參數下載到溫度控制器和壓力控制儀表，由下位儀表執行溫度和壓力的控制。在"人機界面上"設計了爐子運行的動態流程圖，使爐子整個工作狀況一目了然；流程圖上相應的位置設有軟按鈕，當用戶以"負責人"方式登錄到"人機界面上"時，可用這些軟按鈕對爐子直接進行操作或修改設定參數。USB存儲器保存整個爐子工作過程的歷史數據。打印機可隨時打印歷史數據表格或歷史曲線。
權利要求一種1800度高溫保護氣氛真空燒結爐，控制系統與設置在設備中的電控執行部件相連、高溫真空燒結爐與真空系統和進、排氣管道相連，其特征在于一爐具備兩種工藝氣氛燒結和真空燒結的設置并由控制程序實施功能轉換措施；真空燒結爐殼體兩端開門、一端門上安裝循環風機，爐殼體上安裝熱電偶、銅電極，并有管道與真空系統相連，爐殼內裝方體加熱室、固定在加熱室內四壁的加熱器、加熱器內部再安裝密封箱和支撐料架；聯通密封箱的進、排氣管道通過石墨管穿過爐殼、加熱室與密封箱的上下壁相通，密封箱內壁設溫度傳感器與殼體外熱電偶相連、銅電極通過石墨電極加熱器相連接。
2. 根據權利要求1所述的1800度高溫保護氣氛真空燒結爐，其特征在于進排氣管道 (10)、 (12)端均通過石墨管(16)與密封箱(6)連接，石墨管(16)穿過加熱室(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)與密封箱內壁之間加 一石墨密封環(15)，該環下面緊貼密封箱內壁板，將石墨箱與管之間較大的環形間隙擋嚴， 增加石墨密封箱(6)的密封性。
3. 根據權利要求1所述的1800度高溫保護氣氛真空燒結爐，其特征在于加熱室(2) 六個面的保溫隔熱層用高溫成型的硬質復合碳纖維氈制造，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，本身揮發物少的優質石墨制 造。
4. 根據權利要求l所述的1800度高溫保護氣氛真空燒結爐，其特征在于與加熱器(3) 相連的石墨電極(9)垂直穿過加熱室(2)的隔熱層壁，并由內剛玉陶瓷管(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)、起增強作用的氮化硼絕緣 環(24)依次同軸套在電極(9)外周與加熱室(2)隔熱層內壁之間，氮化硼絕緣環(24)套 在外凸臺上。
5. 根據權利要求4所述的1800度高溫保護氣氛真空燒結爐，其特征在于內剛玉陶瓷管(22) 和外層剛玉管(21)的長度約占在隔熱層壁的外側2/3厚度，氮化硼絕緣管(23) —端 外徑大于管外徑形成外凸臺，管長度與電極(9)剩余部分相等，氮化硼絕緣環(24)內徑與 氮化硼絕緣管(23)外徑其匹配。
專利摘要1800度高溫保護氣氛真空燒結爐，控制系統與設置在設備中的電控執行部件相連，加熱室內設有石墨密封箱，高溫真空燒結爐的進、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和真空燒結的設置并由控制程序實施功能轉換措施，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的抽空機組相通，爐殼內裝方體加熱室、加熱器固定在加熱室內四壁、加熱器內部再安裝密封箱和支撐料架；聯通密封箱的進、排氣管道通過石墨管穿過加熱室和密封箱的上下壁與密封箱內相通，爐殼體一端安裝氣體循環冷卻風機，密封箱內壁設熱電偶、銅電極，銅電極通過石墨電極與加熱器相連接。在真空燒結時，被封閉在密封箱內的揮發物不能散出，有效防止揮發物對加熱器的污染損害，同時也使保護氣體帶走揮發物、保護爐料的效果，提高保護氣體的利用率。
文檔編號C04B35/64GK201488530SQ20092020339
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月18日 優先權日2009年9月18日
發明者黨艷敏, 張曉東, 曲紹芬, 楊建川, 石巖, 趙建業, 高光偉 申請人:沈陽恒進真空科技有限公司