[发明专利]一种高频脉冲放电烧结系统

说明书

本发明涉及一种高频脉冲放电烧结系统，属硬质材料和复合材料制备的技术领域；包括通过导线相互连接在一起的高频放电烧结炉、电控制箱和高频脉冲电源；所述高频放电烧结炉包括顶座、底座和位于顶座与底座之间的真空炉腔，高频脉冲电源包括交流变压器、交直流变换器和直流调压器三部分，电源的正负输出端分别连接于高频脉冲放电烧结炉的电极两端；高频脉冲电流下可综合利用趋肤、邻近、介电和放电等效应，增强微纳颗粒组元间的高质量高效率连接；高频脉冲电流的周期性通断电可有效降低焦耳热效应，避免晶粒的长大，同时电脉冲能对位错产生力的作用，提高位错移动性，促进再结晶；有效对材料内部的裂纹等缺陷进行愈合，制备内部紧密、性能优异的材料。

技术领域

本发明涉及一种高频脉冲放电烧结系统，属硬质材料和复合材料制备的技术领域。

背景技术

脉冲电流处理作为一种极端非平衡过程,可在极短的时间内把电能、热能、应变能输入到材料中, 从而影响材料回复、再结晶、相变、晶粒细化和非晶的纳米晶化等行为，是改善材料组织和性能的有效方法。因此，脉冲电流在材料制备、加工、成形和使用过程中发挥着越来越重要的作用。

现阶段，放电等离子烧结法(SPS)作为先进粉末冶金技术，已被广泛应用于金属、陶瓷和复合材料的制备，尤其是在纳米复合材料领域。其工作原理就是利用特殊的电源装置产生的低频直流脉冲电流加载在冷压过后的粉末块体上，在粉末颗粒接触部位产生焦耳热，未接触部位产生放电热。与传统的粉末冶金法相比，SPS烧结技术所需温度低且升温速率快，通过SPS烧结技术制备的材料具有晶粒细小、高致密化的特征，具有广泛的应用前景。但是SPS烧结制备的材料尺寸较小，难以满足工业实际需求。

高频电流具有显著的趋肤效应和邻近效应，高频焊接速度大,焊接热影响区小已被广泛应用于薄壁管的焊接，而粉末冶金法制备材料的原料是以粉末为单元的，直流脉冲流经颗粒会流经颗粒边界产生放电，进而在压力的作用下实现烧结颈部的形成。因此，在粉末烧结时通以高频脉冲电流可以充分利用趋肤、邻近、介电和放电等效应，实现多元多维多尺度微纳级组元间的高质量高效率连接。

发明内容

本发明为解决放电等离子烧结法(SPS)制备的材料尺寸较小，难以满足实际生产需求的技术问题，提供一种高频脉冲放电烧结系统，可利用高频电流趋肤效应和邻近效应制备大尺寸的、性能优良并满足实际需求的功能材料。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种高频脉冲放电烧结系统，包括通过导线相互连接在一起的高频放电烧结炉、电控制箱和高频脉冲电源；

所述高频放电烧结炉包括顶座、底座和位于顶座与底座之间的真空炉腔，所述顶座的上部连接有压力电机，所述真空炉腔内的顶部和底部分别相对的设置有上电极板和下电极板，所述上电极板中间下部和下电极板的中间上部分别竖直地连接有上电极和下电极，所述上电极的下端和下电极的上端分别连接有上垫块和下垫块，所述上垫块和下垫块之间设置有石墨模具，上垫块和下垫块均部分地伸至石墨模具内，位于石墨模具内的上垫块的底部和下垫块的顶部分别铺设有上石墨纸和下石墨纸；石墨模具内的上石墨纸和下石墨纸之间放置烧结块体材料；所述高频放电烧结炉的外侧壁设置有设有外水循环冷却管，放电烧结炉外部一侧设有真空泵，真空泵通过真空阀、真空管与真空炉腔连接；所述放电烧结炉的侧部还设有真空抽接口、K 型热电偶测温孔、抽气孔、带有挡板的观察窗。

所述电控制箱上设有电源开关、压力电机控制器、真空泵控制器、烧结温度控制器、显示器和指示灯；

所述高频脉冲电源包括交流变压器、交直流变换器和直流调压器三部分，电源的正负输出端分别连接于高频脉冲放电烧结炉的电极两端。