[实用新型]等离子体活化烧结材料新型设备

说明书

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，即可整体联动形成系统，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。