[发明专利]一种微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置

说明书

技术领域

本发明属于微波烧结技术领域，特别是一种微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置。

背景技术

氧化物陶瓷(如Al₂O₃基等)和非氧化物陶瓷(如Si₃N₄基，TiCN基等)因其优异的综合力学性能而广泛应用于金属材料加工中切削刀具的制备。上述陶瓷材料制备的传统方法主要有热压烧结及真空无压烧结。但由于这些方法的加热过程属传统热传导和热辐射的形式，因此升温过程中能量损耗较大，设备运行成本也较高。微波烧结技术与传统的加热方式相比，可实现材料的快速烧结，能有效细化晶粒、提高材料力学性能。但由于上述陶瓷材料的烧结温度较高，这就为相对应的保温装置的设计提出了苛刻的要求。不合理的保温装置设计将会影响烧结过程中的保温效果，造成烧结过程中热量损失严重，升温速率降低，进而影响材料的烧结性能。

当前公开的关于微波烧结用的保温装置主要有两种形式，一种是只单纯起到保温作用，这种保温装置自身不提供加热热源，在针对低温下吸波性能较差的陶瓷材料的烧结中，将导致材料低温段升温速度极慢；另外一种是在烧结试样周围放置吸波良好的碳化硅棒(如专利申请公布号为CN102432303A的发明专利中提及的一种保温装置)，这种装置虽然在烧结时可提供额外的热源，但对于陶瓷刀具材料的烧结，这种辅助加热方式保温效果较差，热量散失较快，升温速度慢，并且在降温时温差变化过大，容易造成烧结试样承受较大的热应力而发生开裂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好保温效果，保温装置拆装便捷，成本低，可实现一次烧结多块试样并能在烧结过程实现辅助加热的微波烧结用保温及辅助加热装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置，包括莫来石箱体、氧化铝泡沫砖、氧化铝纤维棉、坩埚、莫来石盖子以及氧化铝纤维棉盖子；

其中莫来石箱体和莫来石盖子构成了装置的外层，莫来石盖子位于莫来石箱体的上方，莫来石箱体的腔体底部设置氧化铝泡沫砖，氧化铝泡沫砖的上方设置氧化铝纤维棉，氧化铝纤维棉的中部装有坩埚，氧化铝纤维棉的顶部设置氧化铝纤维棉盖子，氧化铝纤维棉盖子的上方为莫来石盖子，其中氧化铝纤维棉盖子位于坩埚的上方，氧化铝纤维棉盖子和莫来石盖子的中心均开有用于红外测温的通孔，上述两个通孔的中心线相重合；坩埚内盛满辅助加热粉末，辅助加热粉末的中心放置烧结试样。

本发明的工作原理为：

本发明所选用的莫来石箱体，氧化铝泡沫砖，氧化铝纤维棉具有良好的透波性，耐高温性能和低的热传导性。将烧结试样放置于坩埚内并将碳化硅、石墨以及活性炭组成的混合粉末将烧结试样完全覆盖，并依次盖上氧化铝纤维棉盖子和莫来石盖子。将上述装置放在微波烧结炉内，关闭炉门，启动开关。烧结时，微波炉自带的红外测温仪通过保温及辅助加热装置盖子上的探孔打到埋粉表面以实时测量温度。微波加热时，混合粉末和试样烧结体同时吸波升温，并通过控制微波炉的输出功率控制升温速率。

烧结过程中，莫来石箱体，氧化铝泡沫砖，氧化铝纤维棉起到了保温作用，而辅助加热区的碳化硅粉末，在提供额外热源的同时，也因自身较低的热传导性，起到了保温效果。同时，混合粉末中的石墨以及活性炭，还增加了烧结体系中的碳势，防止了高温烧结时可能的氧化。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的装置结构设计合理，保温性能良好，可以实现快速升温，并承受近2000℃的高温，适用于快速制备各类型的陶瓷刀具材料；2)本发明的装置以低温高损耗介质材料碳化硅粉末代替传统的碳化硅棒作为辅助加热热源，通过埋粉的方式保证了烧结试样的整体吸热，同时，碳化硅较低的热传导性能又能够避免烧结过程中热量的散失，在辅助加热的同时也起到了保温的作用；3)本发明辅助加热装置中的混合粉末中包括一定比例的石墨以及活性炭粉末以增加烧结体系中的碳势，防止高温烧结时可能的氧化；4)本装置的结构布局合理，装拆方便，可对局部损坏的配件进行更换，互换性良好，避免保温及辅助加热材料的浪费，同时可实现多块烧结，利于实现产业化。

附图说明

图1为本发明的微波烧结陶瓷刀具材料用保温及辅助加热装置剖面图。

图2为烧结氧化铝基陶瓷刀具材料时的烧结工艺曲线图。

图3为烧结碳氮化钛基陶瓷刀具材料时的烧结工艺曲线图。