烧结热等静压装置
专利汇可以提供烧结热等静压装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种 烧结 热 等静压 装置。属于用 金属粉末 制造 工件 或制品的专用设备领域。其特征是在承压容器内装配一套快速冷却机构。该机构由气体入口、导流孔、开启塞、提升装置和气体出口组成。数个导流孔分布在加热炉炉壁的不同部位上。其冷却方法以氩气或氮气为冷却介质，采用自然 对流 冷却方式，将其热量被承压容器外壁的 冷却 水 带走，快速冷却制品。采用本发明，制品从1200℃以上冷至100℃以下只需120分钟。，下面是烧结热等静压装置专利的具体信息内容。
本发明属于用金属粉末制造工件或制品的专用设备，主要涉及热等静压 装置。
热等静压装置是在高温(≥1000℃)和高压(≥100MPa)下利用帕斯卡定律 使金属粉末制品成型及致密化的一种设备。一般制品经过此工艺后，其密度 接近理论密度，且各向力学性能大幅度上升。但对于某些制品，特别是硬质 合金类制品(如WC+Co)或高温陶瓷类制品(如Si3N4)等，在热等静压烧结工 艺过程中出现液相，冷却后，导致在制品中形成孔洞。
针对现有热等静压装置的上述缺点，近年来开发了一种烧结热等静压装 置。其特点是装置中设有真空烧结设备，先将金属粉末进行真空烧结，去除 粉末间的气体和挥发物，再进行热等静压烧结，使制品达到成型化及致密化。 真空烧结温度一般1150～1500℃，工作压力为3～10MPa。其工作压力远小 于常规热等静压装置中制品的成型压力。即使工作压力在3～10MPa如此小的 条件下，对于硬质合金类制品或高温陶瓷类制品，其制品性能不但达到热等 静工艺的制品水平，而且完全消除孔洞，使制品的密度接近理论密度。
目前，已有美国、日本、德国和瑞典等国家开发了烧结热等静压装置。 在这些现有的烧结热等静压装置中，其结构形式都是在承压容器内放置加热 炉、隔热测温装置和恒温装置，另有气体系统和冷却系统。气体系统完成抽 真空及供气；冷却系统完成各冷却点的冷却。这样就完成了在一台装置中真 空烧结和热等静压烧结工艺(R.Bauer，Degussa AG，Overpressure Sintering- An Investment in Quality and Costs)。
上述现有的烧结热等静压装置的一个共同主要缺点是：由于结构所限， 没有考虑快速冷却措施，冷却时间很长，一般从1200℃降至100℃约需15小 时，这就带来了两大弊病：一方面由于冷却时间过长，长时间占用昂贵的核 心设备，生产率低；另一方面，由于在冷却过程中炉温降温缓慢，长时间炉 温降不下来，使制品在烧结后期的缓慢冷却过程中，晶粒长大，硬度下降， 制品质量下降。
本发明的目的在于提供一种具有快速冷却功能的烧结热等静压装置。
针对上述目的，本发明采用的主要技术方案是在烧结热等静压装置的承 压容器内装配一套快速冷却机构，该机构由气体入口、导流孔、开启塞、提 升装置、气体出口及供气系统组成。供气系统由气体库、高压截止阀、进气 管路、进气管组成。气体入口和气体出口均设在加热炉的炉壁上。气体入口 和气体出口的位置沿径向相隔180°，数个导流孔分布在加热炉炉壁的不同部 位。通过对气体入口、导流孔、开启塞、气体出口选择合适的位置及一定的 供气参数，则能使冷却气体对加热炉外壁等形成自然对流通道，实现快速冷 却功能。
本发明烧结热等静压装置制取制品的工艺流程如下：
真空烧结→充压→保温保压→快速冷却→卸压出炉
现将各工艺流程分述如下：
(1)真空烧结
将金属粉末制品坯料放入加热炉中后，关闭炉门，抽真空，当真空度达 到一定范围时，加热体通电，实施真空烧结，烧结温度为1200～1800℃，时 间为0.5～4小时，真空度≤1Pa。
(2)充压
当金属粉末制品坯料在真空和一定温度下烧结一定时间后，向加热炉内通 入氩气或氮气，其气体压力为3～10MPa。
(3)保温保压
当加热炉达到所需的温度和惰性气体压力时，保持一定的时间，进行保 温保压。保温温度为1200～1800℃，保压压力为3～10MPa，保温保压时间0.5～ 3小时。
(4)快速冷却
保温保压后，开启快速冷却机构和供气系统，实施快速冷却。冷却气体 为Ar或N2，冷却速度为15～30℃/min，从1200℃以上冷却至100°以下，只 需120分钟以下。
(5)卸压出炉
加热炉内的温度冷却至100°以下时，打开排气口，进行卸压，并随后 出炉。
本发明所述的快速冷却是利用传热学中的对流换热原理，采用了自然对 流冷却方式。即通过面积为A的加热炉炉壁面的对流换热Q量为：
Q=△1/Ra (W)
式中，Ra=l/αA为对流换热电阻，单位为℃/W；α是所研究的整个换热 面上换热系数的平均值，
式中，α为局部换热系数。在烧结热等静压的换热过程中，由于气体(Ar或N2)在高压作用下流动，气体的密度相近于水的密度，所以α值的范围可参 考水在自然对流状态下的局部换热系数，即α=200～1000W/m2℃。在烧结热等 静压冷却过程中自然对流换热的热量被承压容器外壁的冷却水带走，从而实 现整机的热量平衡。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)在满足真空烧结与热等静压成形的同时，能实现快速冷却，大大提 高了制品的性能。
(2)缩短了生产周期，提高了生产效率。
附图为本发明烧结热等静压装置的结构示意图。
图中，1、14为电极，2、13、11、26为加热体，3为加热炉，4为恒温 箱，5为隔热屏，6为气体出口，7为提升柱塞，8为提升装置，9、23为密 封圈，10为开启塞，12、24为导流孔，15为真空机组，16为真空管路，17 为真空计，18、20、35为截止阀，19为高压管路，21为后门，25、28为卡 箍，25为气体入口，27为支承体，29为前门，30为前炉门，31为炉膛，32 为进气管，33为进气管路，34为压力表，36为气体库，37为供电及控制系 统，38为承压容器外壁。
加热体2、13、11、26分布在炉膛的外壁四周，且加热体2和13分别与 电极1和14相连；炉膛31、加热体2、13、1、26、均装配在加热炉3内； 加热炉3和隔热屏5均在承压容器内。
其中，由气体入口25、数个导流孔12和24、开启塞10、提升装置8、 气体出口6及供气系统组成快速冷却机构。由气体库36、截止阀20和35、 进气管路33、进气管32组成供气系统。气体入口25、数个导流孔12、24分 布在加热炉炉壁的不同部位上，排气管6穿过承压容器。
气体入口25与气体出口6均设在加热热炉的炉壁上，两者的相对位置沿 径向相隔180°，这样，在进行气体热交换时，冷气体从导流孔24进入，经 过加热炉3内，将热气带走，从导流孔12排出，然后再经排气孔6排放到大 气中，形成合理的对流流动通道。
由于提升装置8的提升量是可以控制的，因此，冷却速度可以控制。截 止阀35的开启大小，可以控制冷气体的流量。
本发明烧结热等静压装置的工作过程如下：
打开前门29，开启前炉门30，将金属粉末制品坯料置于炉膛31中，然 后关闭前炉门30和前门29，随即启动控制系统37，启动真空机组15，对承 压容器内抽真空，当真空度达到一定值时，加热体2、13、11、26通电、升 温，当温度升到设定值后，实施真空烧结，烧结一定时间期满，停止抽真空， 随即由供气系统向承压容器内充气，当充气压力达到设定值时，进行保温保 压。烧结、充压结束后，实施快速冷却，首先控制提升装置8的提升量，打 开开启塞10至一定高度，使导流孔12和24与加热炉3外相通相连，此时， 由于炉外平均温度约80°，炉内温度以上1200℃以上，气体自然从炉内向炉 外流动。冷气体穿过气体入口25，进入导流孔24，再经导流孔的分配，均匀 至开启塞10，借助炉内外气体对流，将其热量被承压容器外壁的冷却水带走， 快速冷却制品，通过控制冷却气体的流量及冷却速度，则可控制预期的冷却 效果。
为了保证在加热、保温过程中气体不形成任何对流，将热损失降到最低 限度，对气体入口25、开启塞10及导流孔12、24的开孔位置作了选择。这 样就能达到在加热和保温过程中炉内温度均匀及热损失小的目的。
实施例
在本发明所述的烧结热等静压装置上，采用烧结热等静压工艺方法，制 备了三批制品。三批制品的材质牌号及制备过程中的工艺参数如表1所示。 并对三批制品进行性能测试，测试结果如表2所示。真空烧结时，真空度为1 Pa。
表1实施例制品制备过程的工艺参数
表2实施例制品性能
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