[发明专利]一种超声波辅助热压烧结炉

说明书

本发明公开了一种超声波辅助热压烧结炉，炉体为圆筒型，炉体内中间位置设有模具，模具内部为烧结区，烧结区下部为振动基座，振动基座下部连有下压头，下压头下部连有下推杆，烧结区的上部设有上压头，上压头连有上顶杆，下推杆下部连接变幅杆，变幅杆连接超声换能器，超声换能器连接超声波发生器，烧结区外侧设有一圈发热体。本发明此外，超声换能器信号直接连出，干扰少，载荷稳定，控制精准。本发明在烧结过程中具有振实粉体、降低烧结温度、净化晶粒界面、细化晶粒、提高晶粒分布均匀性的作用，可高效获得致密度高、晶粒细小、缺陷少、性能高的粉末冶金制品。

技术领域

本发明涉及粉末冶金烧结炉，具体为能够制备出高致密度、细晶、低缺陷、高性能制品的一种超声波辅助热压烧结炉。

背景技术

在工业应用中，为了提高难熔材料在特殊工况下的应用，常将压力技术、等离子放电技术、微波技术等与烧结技术相结合，形成新的烧结方法，利用这些方法对难熔材料的粉末进行烧结，以保证获取高性能的烧结制品。

目前常用的烧结方法有无压烧结、热压烧结、放电等离子烧结和热等静压烧结等。这些方法都存在一定的缺陷，如无压烧结法使用的设备相对简单，但所制备的烧结制品的致密性较差，烧结过程中会产生大量的气孔、晶粒比较粗大，最终制品的力学性能较低；热压烧结法虽然通过外加压力可以提高难熔材料的致密度，但其提高程度有限，同时所烧结的制品中存在微孔洞、粗大晶粒、晶粒分布不均匀等问题；放电等离子烧结虽然可以缩短烧结时间，但烧结温度是影响晶粒长大的主要原因，其对微孔洞、粗大晶粒的控制能力有限；热等静压烧结法虽然烧结的材料的致密相对较高，但其设备制造成本高，对晶粒粗大晶粒、晶粒分布均匀性的控制能力略显不足。

本发明将超声波技术与热压烧结技术相结合，形成超声辅导热压烧结法，利用超声振动场、烧结压力场和烧结温度场的耦合作用，将超声波对多相熔液的聚能效应、空化效应、湍动效应、界面效应和微扰效应与热压烧结技术的优点相结合，解决难熔材料难以烧结致密、晶粒粗大、晶粒分布不均匀、制品缺陷多影响材料力学性能的问题，旨在为制备致密度高、细晶、低缺陷、高性能难熔制品提供设备上的保障。

发明内容

本发明为了解决现有难熔粉体烧结中存在的难以致密化、晶粒粗大、晶粒分布不均匀、微孔洞多等难题，提供了一种超声波辅助热压烧结炉。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种超声波辅助热压烧结炉，包括炉体，炉体为圆筒型，炉体内中间位置设有模具，模具内部为烧结区，烧结区下部为振动基座，振动基座下部连有下压头，下压头下部连有下推杆，烧结区的上部设有上压头，上压头连有上顶杆，下推杆下部连接变幅杆，变幅杆连接超声换能器，超声换能器连接超声波发生器，烧结区外侧设有一圈发热体。

优选地，超声换能器为磁致伸缩换能器或压电换能器，工作频率为20kHz-100kHz，超声波功率和加载时间通过超声波发生器控制，超声波发生器产生与超声换能器工作频率匹配的电信号。

优选地，超声换能器包括外壳、声窗、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆、阵列接收器、密封圈、压电片、吸声材料组成，声窗为圆锥形，声窗设置于外壳上部，声窗内设有压电陶瓷圆盘换能器，压电陶瓷圆盘换能器下部连接引出电缆，引出电缆连接阵列接收器，阵列接收器下部设有压电片，吸声材料设置于外壳下部，密封圈设置于外壳底部与吸声材料之间。

优选地，变幅杆选用变截面阶梯型变幅杆或者指数型变幅杆或者圆锥形变幅杆。

优选地，炉体设有真空系统，发热体为等静压筒状石墨。

优选地，炉体内壁上设有炉衬，炉衬为石墨沉积纤维复合材料。

优选地，炉体内设有测温装置，测温装置为光纤式双色红外测温仪。