[实用新型]一种微型烧结系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及烧结系统领域，具体为占地面积小集成度高的微型烧结系统。

背景技术

烧结是指把粉状物料转变为致密体，是一个传统的工艺过程。人们很早就利用这个工艺来生产陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高温材料等。一般来说，粉体经过成型后，通过烧结得到的致密体是一种多晶材料，其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。烧结过程直接影响显微结构中的晶粒尺寸、气孔尺寸及晶界形状和分布，进而影响材料的性能。

而烧结系统根据其加热环境以及加热方式的不同，可分为放电等离子烧结、热压烧结、电阻加热烧结，其中放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,简称SPS)工艺是将金属等粉末装入石墨等材质制成的模具内，利用上、下模冲及通电电极将特定烧结电源和压制压力施加于烧结粉末，经放电活化、热塑变形和冷却完成制取高性能材料的一种新的粉末冶金烧结技术，放电等离子烧结具有在加压过程中烧结的特点，脉冲电流产生的等离子体及烧结过程中的加压有利于降低粉末的烧结温度，放电等离子烧结法(SPS)通过在压粉坯粉粒间隙送入脉冲电能，将火花放电瞬时发生的高温等离子(放电等离子) 的高热能有效地应用于热扩散和电场扩散等，在由低温升温到 2000℃以上的超高温下，保温大约在5至20min左右的短时间内即可完成“烧结”或“烧结接合”，是新材料合成加工的新技术，这一新技术不同于传统的“放电烧结法”，所适用的材料种类非常多而且广泛，可用来合成包括纤维/颗粒复合材料、梯度功能材料、异种材料接合在内的复合材料，以及包括非晶态合金、磁性材料、金属间化合物、 硬质合金在内的金属材料，也可能用于多孔材料的结构控制，应用前景十分广泛。而热压烧结是将干燥粉料充填入模型内，再从单轴方向边加压边加热，使成型和烧结同时完成的一种烧结方法。其特点为热压烧结由于加热加压同时进行，粉料处于热塑性状态，有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程的进行，因而成型压力仅为冷压的1/10；还能降低烧结温度，缩短烧结时间，从而抵制晶粒长大，得到晶粒细小、致密度高和机械、电学性能良好的产品。无需添加烧结助剂或成型助剂，可生产超高纯度的陶瓷产品。而电阻加热烧结

但是上述系统均存在设备体积大，造成占地面积大，尤其是对科研单位及大专院校，其实验场地比较小，不适宜放置在常规实验室中，放置场所需要重新设计，造成大量浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的在于通过改变烧结系统原来结构设计来形成一个占地面积小集成度高以及便于操作的微型烧结系统。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种微型烧结系统，其特征在于，包括烧结装置、真空系统、气氛系统、温度系统，且四者集成一个微型柜体内，其中，所述烧结装置设置在微型柜体左侧上方的竖向柜体上，所述竖向柜体一侧设置有用于控制烧结装置、真空系统、气氛系统以及温度系统操作的控制屏，另一侧则设置有温度系统中用于温度监控的温度监控仪，所述竖向柜体正面设置有烧结装置的密封盖，所述竖向柜体背面设置有用于气氛系统的充气线路，外接泵体，所述竖向柜体下方设置有用于支撑竖向柜体的横向柜体，所述横向柜体内部集成有烧结装置、真空系统、气氛系统以及温度系统的控制电路，所述烧结装置采用真空烧结模块，其包括加压装置和石墨碳管。

优选地，所述加压装置设置在竖向柜体顶部，包括设置烧结装置中烧结模块上方的上压头，且烧结模块外部的水冷真空室。

优选地，所述加压装置设置有压力控制器及位移控制系统，其中所述压力控制器发出的脉冲压力大小为0～200kN，频率为0～100Hz，所述压力控制器与驱动上压头的驱动元件相连接，所述位移控制系统包括依次相连接的传感器、采集卡、上位机、PLC控制系统和伺服阀，所述伺服阀用以控制上压头。

优选地，所述温度系统包括依次连接的温度监控仪、PLC控制系统和石墨碳管，所述烧结装置左侧设置有一个用于红外检测温度的通孔。

优选地，所述气氛系统包括进气系统和排气系统；所述进气系统包括一条快充气线路和一条慢充气线路，所述快充气线路包括快充阀和流量计，所述慢充气线路包括慢充阀和流量计，所述快充气线路的流速在3～30L/mim，所述慢充气线路的流速在1～10L/min，所述排气系统包括依次连接的气氛压力传感器、真空计、排气阀、手动放气阀和调节阀，所述调节阀可以改变阀口的大小，控制电流范围在4～20mA之间，所述调节阀后连接有过滤器和旋片式直连泵。

而一种微型烧结系统的烧结方法，包括以下步骤：