[发明专利]超重力场中制备致密块体陶瓷材料的装置

说明书

技术领域

本发明涉及致密块体陶瓷材料的制备技术，特别涉及在超重力场中制备高性能的致密块体陶瓷材料的装置。

背景技术

目前最先进的致密块体陶瓷材料的制备装置主要有真空热压烧结炉和放电等离子烧结装置。

真空热压烧结技术是将粉末材料置于真空和保护性气氛中的高碳模具中，高温加热到软化状态时，加压成型。通过在烧结过程中施加一定的压力，促使粉末材料的颗粒重排与致密化。用于烧结的真空热压烧结炉具有工作温度高、真空度高、热压力高、压合力大的特点。但由于整个炉体除发热和保温部件外，其余各部位均强烈冷却，这不仅对结构设计和制造精度都有较高的要求，而且导致了热压烧结加热、冷却时间长，不易生产形状复杂的制品，烧结生产规模小，成本高等缺点。

放电等离子体烧结(SPS)技术是一种在粉末颗粒间直接通入脉冲大电流进行加热烧结的新型烧结制备技术。放电等离子体烧结装置利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场来实现烧结过程，它通过瞬时产生的放电等离子体使被烧结体内部每个粉末颗粒均匀地自身发热和使颗粒表面活化，从而具有非常高的热效率，样品内的传热过程可在瞬时完成。

以上两种制备装置都具有造价昂贵、能耗大、难以制备复杂形状制品的缺点，尤其是难以获得具有非平衡结构特征的陶瓷材料。而超重力辅助制备装置则从根本上简化了传统的陶瓷材料的制备工艺，大幅度缩短生产周期，降低制备成本。

发明内容

本发明的目的是克服已有制备装置的缺陷，提供一种简便易操作的在超重力场中制备高性能的致密块体陶瓷材料的装置，该装置能够产生一种稳定的、可调节的超重力场，并在此装置上进行致密块体陶瓷材料的快速制备。

本发明的超重力场中制备致密块体陶瓷材料的装置主要由两部分构成：主反应腔和辅助系统容置室，其中辅助系统包括：真空系统、动力系统及电控柜。

一隔板，将一箱体分为上下两层，其中上层为主反应腔，下层为容置室；

在主反应腔内有转子架，转子架下方有由内环和外环两部分构成的集电环，转子架和集电环的内环固定连接，集电环的外环与主反应腔的底部固定连接；

作为动力系统的高速电动机的轴与联轴器连接，联轴器与传动主轴连接，转子架连同集电环的内环与传动主轴由轴套相连接；

在转子架上安装有多功能吊杯，在多功能吊杯的壁上安装有加热器件和测温传感器；多功能吊杯用于致密块体陶瓷材料的快速制备，加热器用于诱发致密块体陶瓷材料原料发生反应，测温传感器用于检测致密块体陶瓷材料制备过程中的温度变化。

所述的集电环的内环和外环通过电刷滑动相接，且内环和外环上分别连接有导线，其中内环上的导线与多功能吊杯壁上的加热器件及测温传感器连接，外环上的导线与主反应腔壁上的传感器信号接口相连。

在主反应腔的壁上开有真空孔，在真空孔处安装有与作为真空系统的真空泵相连的管路；在主反应腔的壁上开有进气口，在进气口处安装有用于控制气体充放的电子进气阀或手动进气阀。进气口处可以安装有与氮气瓶或氩气瓶相连接的管路，也可以直接与大气相通。

所述的高速电动机的一端安装有用来测量高速电动机转速的编码器。

所述的主反应腔具有上盖板，在上盖板的下面有上门板，上门板可通过其上的把手方便开启，上门板能承受小于1Pa的真空度且与主反应腔之间通过橡胶密封圈密封。

所述的多功能吊杯通过不锈钢销钉与转子架相连，在转子架高速旋转时多功能吊杯与转子架相对静止，从而在多功能吊杯内实现稳定的超重力场。

电控柜为分体控制柜，由数据传输导线分别与真空泵、编码器及主反应腔壁上的传感器信号接口等相连接。采用PRC数显触摸屏实现真空度、高速电动机转速、温度等参数的适时控制和数据采集。

本发明中所述的动力系统中的高速电动机通过过渡法兰盘及减震螺栓固定在隔板下面，通过调节减震螺栓的松紧来控制高速电动机转动时振动幅度在合理范围内。所述的高速电动机的轴与联轴器连接，联轴器与传动主轴连接，转子架连同集电环的内环与传动主轴由轴套相连接；高速电动机的动力通过传动主轴传递到转子架上，从而实现转子架的高速旋转。所述的高速电动机通过磁流体密封实现传动主轴与主反应腔的连通并保证主反应腔的真空度不受影响。