技术领域
[0001] 本实用新型属于金属粉末烧结技术领域，具体而言，涉及一种金属粉末半液相微压烧结成型装置。
背景技术
[0002] 在金属粉末成型工艺过程中，在高熔点金属粉末的表面复合一层低熔点的金属或
合金，当烧结
温度在复合层金属或合金的熔点以上时，可以实现液相烧结，容易获得致密的结构。由于烧结过程中液相的流动性以及不同金属的
密度差异，会影响烧结后样品的尺寸
精度，加上液相区域易形成共晶组织，会影响到烧结后样品的
力学性能。因此，为了避免以上
缺陷，通常在固-液双相区进行烧结，也就是半液相烧结(或部分液相烧结)，相对于液相烧结，半液相烧
结温度更低一些，由于液相成分的减少，对尺寸精度影响小，不易形成共晶组织，但会影响到致密度。因此，在半液相烧结状态下，施加微小压力，容易获得具有较高尺寸精度的致密的结构。
[0003] 现有的压力烧结机构主要采用大
载荷的加载，结构复杂、精度低、成本高，烧结过程控制困难。实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于针对上述问题，提供一种金属粉末半液相微压烧结成型装置，采用微压加载，结构简单、精度高、成本低，结合气氛控制机构，能够合理控制烧结气氛，烧结过程容易控制，使上述问题得到改善。
[0005] 本实用新型是这样实现的：
[0006] 本实用新型的
实施例提供了一种金属粉末半液相微压烧结成型装置，包括烧结机构、加载机构、气氛控制机构及工业计算机；
[0007] 所述烧结机构包括烧结炉和模具组件，所述烧结炉包括底座、炉体及
炉盖，所述底座与所述炉体围成一端开口的烧结腔，所述烧结腔的开口端位于所述炉体的远离所述底座的一端，所述炉盖位于所述烧结腔的开口端，所述炉盖与所述炉体连接且所述炉盖用于封闭所述烧结腔，所述模具组件位于所述烧结腔内，所述模具组件与所述底座连接且所述模具组件的远离所述底座的一端开设有容纳腔，所述容纳腔用于容纳金属粉末；
[0008] 所述加载机构包括加载轴及砝码组件，所述加载轴穿过所述炉盖伸入所述烧结腔内，所述加载轴与所述炉盖可滑动的连接，所述加载轴与所述模具组件可滑动的连接，所述加载轴能够沿竖直方向伸入或脱离所述容纳腔，所述砝码组件位于所述烧结腔外，所述砝码组件套设于所述加载轴的外部；
[0009] 所述气氛控制机构位于所述烧结腔外，所述气氛控制机构与所述烧结腔连通，所述气氛控制机构用于控制所述烧结腔内的气氛；
[0010] 所述工业计算机分别与所述烧结机构、所述加载机构及所述气氛控制机构连接，所述工业计算机用于记录金属粉末的烧结数据。
[0011] 在本实用新型可选的实施例中，所述炉盖与所述炉体通过转动轴可转动的连接，所述炉盖与所述炉体的连接处设置有密封油脂。
[0012] 在本实用新型可选的实施例中，所述炉体的内壁设置有加热元素，所述加热元素环绕所述炉体的周向设置且所述加热元素沿所述加载轴的长度方向分布，所述炉体开设有测温孔，所述测温孔贯穿所述炉体且与所述烧结腔连通，所述烧结机构还包括
热电偶，所述热电偶穿设于所述测温孔内且所述热电偶与所述炉体密封连接，所述热电偶的一端伸入烧结腔内并与所述模具组件
接触，所述热电偶的另一端位于所述炉体的外侧并与温度表连接，所述温度表与所述工业计算机连接，所述温度表为数显智能温控表。
[0013] 在本实用新型可选的实施例中，所述加热元素为
硅钼合金，所述热电偶为铂铑铂B型热电偶。
[0014] 在本实用新型可选的实施例中，所述气氛控制机构包括
真空泵及气瓶，所述
真空泵与所述烧结腔通过第一气管连通，所述第一气管包括第一端和第二端，所述第一端与所述真空泵连接，所述第二端位于所述烧结腔内且所述第二端相对于所述炉盖靠近所述底座，所述气瓶的输出端设置有第二气管，所述第二气管的远离所述气瓶的一端伸入所述烧结腔内，所述第二气管相对于所述底座靠近所述炉盖。
[0015] 在本实用新型可选的实施例中，所述气氛控制机构还包括真空表和流量表，所述真空表安装于所述第一气管上，所述真空表用于检测所述第一气管内的真空度，所述流量表安装于所述第二气管上，所述流量表用于检测所述第二气管内的气体的流量，所述真空表与所述流量表分别与所述工业计算机连接。
[0016] 在本实用新型可选的实施例中，所述加载机构还包括
支架和数显千分表，所述支架沿所述加载轴的长度方向设置，所述加载轴的外表面设置有支杆，所述支杆沿所述加载轴的径向延伸且所述支杆与所述加载轴连接，所述数显千分表安装于所述支架且所述数显千分表与所述支杆的远离所述加载轴的一端连接，所述支杆能够跟随所述加载轴沿所述加载轴的长度方向移动，所述数显千分表用于测量所述加载轴的移动位移。
[0017] 在本实用新型可选的实施例中，所述模具组件包括支座和固定模具，所述支座与所述烧结炉连接，所述固定模具与所述支座可拆卸的连接，所述固定模具位于所述支座的靠近所述加载轴的一端，所述容纳腔开设于所述固定模具的远离所述支座的一端。
[0018] 在本实用新型可选的实施例中，所述金属粉末半液相微压烧结成型装置还包括尾气处理组件，所述尾气处理组件与所述烧结腔通过第三气管连通，所述第三气管位于所述烧结炉的底部。
[0019] 在本实用新型可选的实施例中，所述砝码组件包括至少一个砝码，至少一个所述砝码套设于所述加载轴的外部，所述砝码为低
碳钢砝码。
[0020] 与
现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
[0021] 与现行的压力烧结设备相比，该装置构造简单、精度高、成本低、烧结过程容易控制，在新型粉末
冶金、多相合金和金属基
复合材料的制备上具有很好的应用前景。
附图说明
[0022] 为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0023] 图1为本实用新型实施例提供的金属粉末半液相微压烧结成型装置的结构示意图。
[0024] 图标：100-金属粉末半液相微压烧结成型装置；11-烧结炉；111-底座；112-炉体；113-炉盖；114-烧结腔；115-测温孔；12-模具组件；121-支座；122-固定模具；123-容纳腔；
13-加热元素；14-热电偶；15-温度表；21-加载轴；211-加载端；212-承重端；213-加载部；
214-支杆；22-砝码组件；221-砝码；23-支架；24-数显千分表；31-真空泵；32-真空表；33-气瓶；34-流量表；35-第一气管；351-第一端；352-第二端；353-第一
阀门；36-第二气管；361-第二阀门；37-尾气处理组件；38-第三气管；381-第三阀门；4-工业计算机。
具体实施方式
[0025] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0026] 因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的
选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0027] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0028] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0029] 在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0030] 实施例
[0031] 请参照图1，本实施例提供一种金属粉末半液相微压烧结成型装置100，包括烧结机构、加载机构和气氛控制机构。
[0032] 如图1所示，在本实施例中，烧结机构包括烧结炉11和模具组件12，烧结炉11设置有一端开口的烧结腔114，模具组件12位于烧结腔114内，模具组件12设置有容纳金属粉末的容纳腔123；加载机构包括加载轴21和砝码组件22，加载轴21通过烧结腔114的开口端伸入烧结腔114内，加载轴21与烧结炉11可滑动的连接，加载轴21能够沿加载轴21的长度方向伸入或脱离容纳腔123，砝码组件22套设于加载轴21外并跟随加载轴21移动，在金属粉末烧结过程中，加载轴21能够对金属粉末加载；气氛控制机构能够为烧结腔114提供不同的气氛条件，保证金属粉末烧结的
质量。本实施例中，在半液相烧结状态下，施加微小的压力，容易获得具有较高尺寸精度的致密的结构。
[0033] 下面对该金属粉末半液相微压烧结成型装置100的各个部件的具体结构和相互之间的位置关系进行详细说明。
[0034] 烧结机构包括烧结炉11和模具组件12，烧结炉11的内部设置有烧结腔114，为金属粉末提供烧结空间；模具组件12位于烧结腔114内，模具组件12设置有用于容纳金属粉末的容纳腔123。
[0035] 烧结炉11包括底座111、炉体112及炉盖113，底座111用于与地面或其他固定物连接，起到
支撑的作用；炉体112与底座111连接形成烧结腔114，烧结腔114的一端开口，相当于烧结腔114具有一个开口端，在本实施例中，为了便于取放位于烧结腔114内的物品，炉盖113位于烧结腔114的开口端，并且炉盖113用于封闭烧结腔114。炉盖113与炉体112可拆卸的连接，炉盖113与炉体112的连接处设置有密封油脂，使得烧结腔114为密闭的空间。
[0036] 为了便于炉盖113与炉体112的分离与闭合，防止炉盖113丢失，炉盖113与炉体112通过转动轴可转动的连接。当需要打开烧结腔114时，提起炉盖113并翻转炉盖113即可；当闭合烧结腔114时，转动炉盖113至与炉体112贴合，此种连接方式，便于使用者操作，提高工作效率。
[0037] 炉体112的内壁设置有加热元素13，加热元素13环绕炉体112的周向设置，并且加热元素13沿加载轴21的长度方向分布，加热元素13与外部电源连接，当加热元素13通电后，加热元素13为烧结腔114升温加热。加热元素13可以为多种形式，使用者可以根据实际情况选取。作为本实施例的可选方式，加热元素13为硅钼合金，加热效果高，满足使用者的使用需求。
[0038] 为了便于检测烧结腔114内的温度，炉体112开设有测温孔115，测温孔115贯穿炉体112并且测温孔115与烧结腔114连通，烧结机构还包括热电偶14，热电偶14穿设于测温孔115内，热电偶14与炉体112密封连接，热电偶14的一端伸入烧结腔114内并与模具组件12接触，热电偶14的另一端位于炉体112的外侧并与温度表15连接，温度表15检测烧结腔114内的温度。作为本实施例的可选方式，温度表15为数显智能温控表，该温度表15为现有技术，其工作原理及结构本实施例不作详细介绍。温度表15与加热元素13通过可控硅(或固态继电器)连接(温度表15将
信号传给可控硅或固态继电器，控制加热或保温过程)，该温度表15设置有预设温度，当检测到烧结腔114内的温度低于或者高于预设温度时，能够控制可控硅的通电与断电，实现加热元素13的通电与断电，从而实现烧结腔114内温度的控制。
[0039] 作为本实施例的可选方式，热电偶14为为铂铑铂B型热电偶，该热电偶14是一种传统的测温元件，具有热电性能稳定、抗
氧化性强，适宜在氧化性、惰性气氛中连续使用。
[0040] 模具组件12包括支座121和固定模具122，支座121安装于底座111上，用于支撑固定模具122；固定模具122位于支座121的远离底座111的一端，固定模具122相对于支座121靠近加载轴21，固定模具122与支座121可拆卸的连接。固定模具122的远离支座121的一端开设有用于容纳金属粉末的容纳腔123，金属粉末位于容纳腔123内烧结。容纳腔123沿竖直方向延伸，并且容纳腔123的开口端朝向炉盖113设置。固定模具122的结构形式可以为多种形式，使用者可以根据实际情况选取不同的形式。作为本实施例的可选方式，容纳腔123为圆柱形结构。
[0041] 加载机构包括加载轴21及砝码组件22，加载轴21的一端伸入烧结腔114内，加载轴21的另一端位于烧结炉11的外部，相当于，加载轴21穿过炉盖113伸入烧结腔114内。加载轴
21与炉盖113可滑动的连接，加载轴21能够沿竖直方向(烧结炉11使用时沿竖直方向设置)相对于炉盖113滑动。加载轴21与固定模具122可滑动的连接，当加载轴21沿竖直方向滑动时，加载轴21能够伸入容纳腔123内或者脱离容纳腔123。砝码组件22位于烧结腔114外，并且砝码组件22套设于加载轴21的外部。
[0042] 加载轴21包括加载端211和承重端212，加载端211和承重端212沿加载轴21的长度方向分别位于加载轴21的两端，加载端211位于烧结腔114内，并且加载端211能够伸入或者脱离容纳腔123。加载轴21与炉盖113的连接处设置有密封油脂，保证加载轴21与炉盖113的连接
密封性。加载端211设置有与容纳腔123配合的加载部213，加载部213与固定模具122可滑动的连接。承重端212设置有阶梯部，便于支撑和固定砝码组件22。
[0043] 作为本实施例的可选方式，加载轴21与支座121均采用高强度高纯度
石墨制成，能够耐高温。
[0044] 砝码组件22套设于承重端212，并且砝码组件22与加载轴21可拆卸的连接。砝码组件22包括至少一个砝码221，至少一个砝码221套设于加载轴21的外部。砝码221的重量可以为多种形式，使用者可以根据实际情况选取。在本实施例中，砝码221可以采用五公斤、十公斤、二十公斤三个级别，每个级别可以设置多个。由于本实施例的金属粉末烧结过程中施加微压力，故而采用人工取放砝码221的方式对加载轴21进行加载。微压加载方式，可以避免加载过大致使金属粉末溢出，保证金属粉末烧结的质量。该加载方式操作简单，便于使用者观察金属粉末烧结过程的数据变化。在金属粉末烧结的过程中，根据不同的金属粉末，选取不同的砝码221组合形式套设于加载轴21的外部，实现金属粉末烧结的微压加载。
[0045] 作为本实施例的可选方式，砝码221采用普通低
碳钢制成，砝码221表面均进行气体多元共渗防腐处理，不同质量的砝码221单独加载或组合在一起加载，可实现不同的轴向压力。
[0046] 加载机构还包括支架23和数显千分表24，支架23沿加载轴21的长度方向设置，加载轴21的外表面设置有支杆214，支杆214与加载轴21固定连接，支杆214沿加载轴21的径向延伸，支架23用于支撑数显千分表24。数显千分表24安装于支架23，相当于数显千分表24悬挂于支架23，数显千分表24与支架23的远离加载轴21的一端连接，支杆214能够跟随加载轴21沿加载轴21的长度方向(加载轴21沿竖直方向设置)移动，当支杆214跟随加载轴21移动时，数显千分表24能够测量加载轴21的移动位移。数显千分表24为现有技术，本实施例不作详细介绍。
[0047] 气氛控制机构位于烧结腔114外，气氛控制机构与烧结腔114连通，气氛控制机构用于控制烧结腔114内的气氛。气氛控制机构包括真空泵31、真空表32、气瓶33及流量表34。
[0048] 真空泵31与烧结腔114通过第一气管35连通，第一气管35包括第一端351和第二端352，第一端351与第二端352沿第一气管35的长度方向分布于第一气管35的两端，第一端
351与真空泵31连接，第二端352位于烧结腔114内并且第二端352相对于炉盖113靠近底座
111，相当于第二端352位于烧结腔114的底部，真空泵31的设置，
抽取烧结腔114内的空气，为烧结腔114提供真空条件。第一气管35上设置有第一阀门353，第一阀门353用于控制第一气管35内的气体的真空度。
[0049] 真空表32安装于第一气管35上并与第一气管35连通，真空表32用于检测第一气管35内的真空度。
[0050] 气瓶33的输出端设置有第二气管36，第二气管36的远离气瓶33的一端伸入烧结腔114内，第二气管36相对于底座111靠近炉盖113，相当于第二气管36位于烧结腔114的顶部，气瓶33的设置，便于为不同的烧结环境提供不同的保护气氛。气瓶33内的气氛可以为氩气、氮气、氢气等中的一种，还可以为其他气氛，使用者可以根据实际情况选取不同的保护气氛。第二气管36上设置有第二阀门361，第二阀门361用于控制第二气管36内的气体的流量。
[0051] 流量表34安装于第二气管36上，流量表34与第二气管36连通，流量表34用于检测第二气管36内的气体的流量。
[0052] 气氛控制机构还包括尾气处理组件37，尾气处理组件37与烧结腔114通过第三气管38连通，第三气管38位于烧结炉11的底部(烧结腔114的底部)，烧结过程产生的尾气经第三气管38进入尾气处理组件37，达到排放标准的无害气体直接排往大气，有害气体收集于尾气处理组件37内部，进行相应的处理。尾气处理组件37收集的尾气根据气瓶33提供的其他来决定，使用者可以根据实际情况选取不同的尾气处理方式。为了便于尾气处理组件37与烧结腔114的连通，尾气处理组件37与烧结腔114通过第三气管38连接，第三气管38上设置有第三阀门381，第三阀门381用于第三气管38内气体的流通与封闭。
[0053] 该金属粉末半液相微压烧结成型装置100还包括工业计算机4，工业计算机4为现有技术，其具体结构及原理不作详细介绍。工业计算机4位于烧结腔114外，工业计算机4与温度表15、真空表32、流量表34及数显千分表24分别连接，能够实现对烧结温度、时间、气体流量、真空度和轴向位移等数据的实时记录和
数据处理。
[0054] 需要指出的是，在本实施例中，加热元素13、真空泵31及工业计算机4均与外部电源连接，外部电源提供
电能。
[0055] 在本实施例中，以市场销售的羰基
铁粉为原料(粒径为5～8μm)，进行化学
镀Ni-P合金，得到Fe-Ni-P
复合粉末，将该粉末清洗干燥后，与纳米
铜粉混合，将混合后的Fe-Ni-P-Cu复合粉末放入内径为20mm的石墨模具中，在20MPa的压力下进行预压成型，然后放入烧结炉11中，在10-1Pa的真空条件下，950℃进行烧结，烧结过程分别在无压力条件下和施加5MPa的轴向微压力下进行，无压力烧结后样品的密度为7.1g/cm3，抗压强度为1300MPa左右，5MPa的轴向微压力烧结的样品的密度为7.5g/cm3，抗压强度为2200MPa左右，烧结后样品的致密度和强度均得到显著改善。
[0056] 本实用新型实施例的工作原理为：
[0057] 将混合后的金属粉末放入烧结炉11内的固定模具122内，在预定的真空条件下，加热到特定温度进行烧结，烧结过程中通过加载轴21施加一定的微压力，使得金属粉末在烧结过程中承受轴向微压力，同时，气氛控制机构为烧结腔114提供气氛保护，提高金属粉末的烧结质量。该金属粉末半液相微压烧结成型装置100，结构简单、成本低，在满足金属粉末烧结质量的前提下，为使用者节约开支。
[0058] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例中的特征可以相互结合。
[0059] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
