一種陶瓷材料燒結(jié)爐及等靜壓場控等離子燒結(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種陶瓷材料燒結(jié)爐及等靜壓場控等離子燒結(jié)方法，簡稱雙等場控?zé)Y(jié)；其特征在于，包括陶瓷坯體制備、雙等場控?zé)Y(jié)爐、陶瓷燒結(jié)體加工、雙等場控?zé)Y(jié)方法；所述雙等場控?zé)Y(jié)爐包括下爐體、熱電偶、上爐體、電極板、絕緣座、電極引線、石墨填料、控制電場、橡膠密封套、絕緣環(huán)座、壓力表、氣瓶、氣閥、壓縮機、氣體進出口、脈沖電流發(fā)生器、燒結(jié)控制器和固定支腳；雙等場控?zé)Y(jié)方法通過對坯體施加放電等離子脈沖電流、交變電磁場和氣體等靜壓的綜合作用，使宏觀和微觀陶瓷材料在熱能、壓力和電磁場傳遞與方向趨于均勻一致；在陶瓷材料微觀晶格、晶界和點陣發(fā)生均勻、各向同性的燒結(jié)，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)陶瓷材料燒結(jié)各項性能的提高。
【專利說明】一種陶瓷材料燒結(jié)爐及等靜壓場控等離子燒結(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超硬耐磨陶瓷材料制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種陶瓷材料的燒結(jié)工藝與技術(shù)設(shè)備，特別涉及一種陶瓷材料燒結(jié)爐及等靜壓場控等離子燒結(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近年來電子工業(yè)與航天工業(yè)的飛速發(fā)展，陶瓷零部件的生產(chǎn)廠家也越來越多。特別是超硬耐磨陶瓷材料發(fā)展的更快，然而超硬耐磨陶瓷材料的原輔料配方、制作工藝、成型與燒結(jié)方法，對超硬耐磨陶瓷材料的品質(zhì)和性能起著非常關(guān)鍵的作用。依據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、規(guī)格、精度及性能不同，現(xiàn)有技術(shù)常用成型方法有:壓制成型、軋制成型、擠壓成型、注漿成型、熱壓注成型、注射成型和靜壓法等成型方法。近年來發(fā)展起來的新成型技術(shù):原位凝固成型技術(shù)、快速成型技術(shù)以及納米材料成型技術(shù)；現(xiàn)有技術(shù)常用的燒結(jié)方法有:無壓燒結(jié)、液相燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、爆炸燒結(jié)法、熱等靜壓燒結(jié)、微波燒結(jié)法、激光燒結(jié)法、放電等離子燒結(jié)法。
[0003]陶瓷的燒結(jié)必須具備兩個基本條件:(1)存在物質(zhì)遷移的機會；(2)有一種能量，如熱能，促進和維持物質(zhì)的遷移?，F(xiàn)有的固相燒結(jié)、液相燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)等技術(shù)，所利用的材料結(jié)構(gòu)與燒結(jié)的驅(qū)動力各不相同，各有特色；主要的燒結(jié)機理是液相燒結(jié)與固相燒結(jié)；傳統(tǒng)陶瓷的燒結(jié)和絕大部分的電子陶瓷燒結(jié)依賴于液相燒結(jié)、粘滯流動和溶解再沉積過程；高強度結(jié)構(gòu)陶瓷的燒結(jié)則以固相燒結(jié)為主，通過晶界擴散或點陣擴散進行物質(zhì)遷移，實現(xiàn)
燒結(jié) ?
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，成型方法與燒結(jié)方法，在物質(zhì)的遷移方面，使用的是外力作用或內(nèi)部微觀擴散；所選擇的能量方式為熱能、光能、極化能、電能；所提供的外部壓力，以等靜壓技術(shù)為最佳選擇；所提供的能量方式則以等離子放電技術(shù)為最佳選擇；而內(nèi)部的晶界與點陣的擴散基本相同；其能量與外力的作用都受到傳導(dǎo)、方向性、作用效率的限制而不能完全發(fā)揮出效果，這就是現(xiàn)有成型和燒結(jié)技術(shù)發(fā)展的缺陷所在。傳統(tǒng)方法往往會造成材料內(nèi)部均勻性差、成型精度低，機加工量大等問題，導(dǎo)致陶瓷材料缺陷多，可靠性低、制造成本高，嚴(yán)重阻礙了高性能陶瓷產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用。
[0005]燒結(jié)是一種利用熱能使粉末坯體致密化的技術(shù)。其定義是指多孔狀陶瓷坯體在高溫條件下，表面積減小、孔隙率降低、機械性能提高的致密化過程；坯體在高溫?zé)蛇^程中的宏觀與微觀作用機理與變化規(guī)律，是提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低燃料消耗，獲得良好的經(jīng)濟效益的必要條件；燒結(jié)驅(qū)動力就是總界面能的減少，陶瓷材料的致密化、晶粒長大、界面能的降低。
[0006]無壓燒結(jié):單純的高溫?zé)Y(jié)方法，缺點是沒有外力的作用，單純的坯體內(nèi)熱能對陶瓷材料中宏觀與微觀影響；缺點是:拉出氣體與晶格、晶界重排致密化不夠。
[0007]熱壓燒結(jié):熱壓燒結(jié)是在燒結(jié)過程中同時對坯料施加壓力，加速了致密化的過程。所以熱壓燒結(jié)的溫度更低，燒結(jié)時間更短。熱壓技術(shù)已有數(shù)十年歷史，最早用于碳化鎢和鎢粉致密件的制備，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于陶瓷、粉末冶金和復(fù)合材料的生產(chǎn)；缺點是:機械方式施加壓力，所施加的壓力具有方向性，宏觀的壓力方向性導(dǎo)致微觀的結(jié)構(gòu)壓力不均勻，使得燒結(jié)體性能均一性不良。
[0008]熱等靜壓燒結(jié)是將粉末壓坯或裝入包套的粉料裝入高壓容器中，使粉料經(jīng)受高溫和均衡壓力的作用，被燒結(jié)成致密件。以氣體或液體作為壓力介質(zhì)，使材料(粉料、坯體或燒結(jié)體)在加熱過程中經(jīng)受各向均衡的壓力，借助高溫和高壓的共同作用促進材料的致密化；缺點是:通過氣體或液體對工件施加壓力，所述氣體或液體的壓力是各向同性相等的，但所述的氣體或液體是將相同的壓力作用于工件的表面之上，隨著工件結(jié)構(gòu)與厚度的變化，工件內(nèi)部各處、不同結(jié)構(gòu)形狀之處所感受到的壓力是完全不同的，這就是說工件表面受到了相同的壓力作用，但是在工件內(nèi)部或不同的深度處，表面相同的壓力所產(chǎn)生的內(nèi)部或微觀壓強是完全不同的，所以單純的熱等靜壓，是在相同的外部壓力和相同的外部熱力作用下的燒結(jié)；必然會造成燒結(jié)體內(nèi)部微觀形態(tài)的非均一性，也就會導(dǎo)致陶瓷材料性能上的缺陷。
[0009]放電等離子體燒結(jié)是近年來發(fā)展起來的一種新型材料制備工藝方法。又被稱為脈沖電流燒結(jié)。該技術(shù)的主要特點是利用體加熱和表面活化，實現(xiàn)材料的超快速致密化燒結(jié)；缺點是:燒結(jié)后的產(chǎn)品沿電流電場方向會出現(xiàn)性能分布不均勻，由于電場磁力線分布會對陶瓷材料產(chǎn)生區(qū)域性差異；利用微觀等離子加熱，微觀結(jié)構(gòu)缺少壓力作用；所施加的放電或脈沖電流具有強烈的方向性或極性，在坯體中會形成電流通道或閃路現(xiàn)象，使得整體燒結(jié)體微觀結(jié)構(gòu)的均勻性不良，導(dǎo)致燒結(jié)體整體性能差異或方向性差異。
[0010]中國專利CN1478757A，公開了一種用放電等離子燒結(jié)制備高純塊體鈦鋁碳材料的方法；專利CN1817434A，公開了一種等離子放電燒結(jié)結(jié)晶立方氮化硼燒結(jié)體的方法；均是利用放電等離子燒結(jié)技術(shù)，在坯體的軸向施加等離子脈沖電流，這樣對燒結(jié)體的內(nèi)部性能會產(chǎn)生微觀的梯度分布差異。
[0011]中國專利CN103343249A，公開了一種電場驅(qū)動原位梯度熱電材料的制備方法，該方法就是利用定向通電燒結(jié)來制備梯度熱電材料的，使熱電材料在電場和溫度場的作用下，材料的內(nèi)部粒子形成方向性梯度分布。
[0012]綜上所述，現(xiàn)有的燒結(jié)方法，在壓力的施加與傳遞、熱量的產(chǎn)生與傳遞上均沒有很好的實現(xiàn)整個工件燒結(jié)體的各向同性`均勻一致的功效，所以所燒結(jié)出來的陶瓷材料，在宏觀與微觀的各項性能上當(dāng)然會存在不同程度的缺陷；在壓力、熱能的方向性控制上仍然存在技術(shù)改善的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種陶瓷材料燒結(jié)爐及等靜壓場控等離子燒結(jié)方法，簡稱雙等場控?zé)Y(jié)；將陶瓷燒結(jié)技術(shù)與電場控制技術(shù)相結(jié)合；將熱等靜壓與放電等離子燒結(jié)技術(shù)相融合，并創(chuàng)新性設(shè)計放電等離子過程的電磁場控制技術(shù)與方法，從而改善現(xiàn)有燒結(jié)技術(shù)中壓力施加與傳遞、熱能產(chǎn)生與傳輸?shù)娜毕?，使宏觀和微觀的壓力、溫度、電場處于可控的變化中，形成真正意義上的微觀各向均勻性，控制與發(fā)揮出等靜壓、放離子放電、電磁場控制燒結(jié)的優(yōu)點，在電磁場控制下對放電等離子流進行偏轉(zhuǎn)與移動，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)陶瓷的成功燒結(jié)，獲得優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)陶瓷材料。
[0014]本發(fā)明需要解決的關(guān)鍵技術(shù)點，是將等靜壓技術(shù)與放電等離子燒結(jié)技術(shù)相結(jié)合，并使用電磁場控制技術(shù)對放電等離子燒結(jié)中的脈沖電流進行場控與偏移，克服放電等離子燒結(jié)的不足，全方位立體式透燒，晶界與點陣，宏觀與微觀共同作用，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)陶瓷成型與燒結(jié)技術(shù)新發(fā)展。
[0015]為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種陶瓷材料燒結(jié)爐及等靜壓場控等離子燒結(jié)方法，包括陶瓷坯體制備、雙等場控?zé)Y(jié)爐、陶瓷燒結(jié)體加工、雙等場控?zé)Y(jié)方法，其特征在于:
[0016]所述的陶瓷坯體制備，包括原輔材料、成份配比、坯料配制、坯料混合、粉體制備、粉體研磨、粉體混合和模壓成型；所述原輔材料為天然礦物粉體、氧化物粉體、碳化物粉體或氮化物粉體中的一種或幾種的混合物，與輔助制劑:改性劑、潤滑劑、塑化劑等，所述的添加劑為MgO、Y2O3> La203、ZrO2中的一種，或者其中的任意二種混合物，或者其中的任意三種混合物；所述的添加劑添加量為0.01%0.5%。
[0017]按照成份配比進行配制；將配制好的原料進行初步研磨混合、高壓均質(zhì)后，經(jīng)過噴粉塔噴粉造粒，經(jīng)過噴粉造粒后的粉料，經(jīng)過三維混合研磨機研磨混合，獲得均勻的陶瓷原料粉體，將陶瓷原料粉體裝填到待加工零部件的模具中，經(jīng)過液壓成型，獲得模壓成型的坯料。
[0018]所述雙等場控?zé)Y(jié)爐包括下爐體、熱電偶、上爐體、電極板、絕緣座、電極引線、石墨填料、工件、冷水出口、控制電場、橡膠密封套、絕緣環(huán)座、壓力表、氣瓶、氣閥、壓縮機、氣體進出口、脈沖電流發(fā)生器、燒結(jié)控制器、冷水入口、固定支腳、電場引線和密封法蘭。
[0019]所述上爐體與下爐體通過密封法蘭構(gòu)成雙等場控?zé)Y(jié)爐體，所述爐體設(shè)置有冷卻水夾層，下爐體側(cè)面設(shè)置有冷水入口，上爐體側(cè)面設(shè)置有冷水出口，用于爐體溫度的調(diào)節(jié)與控制；所述上爐體側(cè)面設(shè)置有熱電偶探頭，用于對爐體內(nèi)溫度進行實時監(jiān)測。所述爐體內(nèi)頂部和底部分別設(shè)置有絕緣座，所述絕緣座上設(shè)置有電極板，所述電極板通過電極引線與爐體外部脈沖電流發(fā)生器連接，通過脈沖電流發(fā)生器產(chǎn)生脈沖電流，進而對工件進行放電等離子燒結(jié)；所述電極板為上下`二塊，在所述上下二塊電極板之間，設(shè)置有橡膠密封套，所述橡膠密封套內(nèi)填充有石墨填料，所述石墨填料起到固定內(nèi)部工件和導(dǎo)通電流的作用，所述石墨填料中心安置有待燒結(jié)工件；
[0020]所述下爐體內(nèi)部設(shè)置有多個控制電場，所述控制電場為平板型結(jié)構(gòu)，多塊控制電場均勻環(huán)形布置于爐體中部，所述控制電場由其底部的絕緣環(huán)座支撐，所述的絕緣環(huán)座由多個固定支腳支撐，所述的固定支腳焊接固定于爐體內(nèi)壁之上，所述絕緣環(huán)座與固定支腳焊接固定，所述絕緣環(huán)座與固定支腳上設(shè)置有內(nèi)部套管，用于將控制電場的電場引線引出爐體外側(cè)，并與燒結(jié)控制器連接；所述的待燒結(jié)工件，埋置于石墨填料中間。
[0021]所述的爐體為密封耐高壓結(jié)構(gòu)，其底部設(shè)置有氣體進出口，所述氣體進出口，分別與壓縮機和氣瓶連接，在所述的氣體進出口與壓縮機、氣瓶之間，設(shè)置有壓力表和氣閥，所述氣閥用于控制氣體輸送的開關(guān)或釋放壓力；當(dāng)氣體通入到爐體內(nèi)時，爐體內(nèi)部即產(chǎn)生高壓，所述高壓施加于爐內(nèi)的橡膠密封套上，進而將壓力施加于石墨填料和待燒結(jié)工件之上。
[0022]所述爐體外設(shè)置有脈沖電流發(fā)生器和燒結(jié)控制器，所述的電極引線、電場引線、熱電偶均與燒結(jié)控制器連通，所述的脈沖電流發(fā)生器與電極引出線連通，通過燒結(jié)控制器對燒結(jié)工藝過程進行控制，實現(xiàn)陶瓷材料坯體的雙等場控?zé)Y(jié)。
[0023]所述陶瓷燒結(jié)體加工，包括燒結(jié)體毛坯脫模、坯件整形、粗加工、精加工、零部件拋光和零部件成品；陶瓷坯體在雙等場控?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)后，工件即成為燒結(jié)體，將燒結(jié)體從雙等場控?zé)Y(jié)爐中取出，石墨填料收集處理后再次利用，燒結(jié)體脫模與整形，將燒結(jié)的工件按工藝標(biāo)準(zhǔn)要求進行粗加工和精加工，再進行研磨與拋光，即獲得零部件成品。
[0024]所述的雙等場控?zé)Y(jié)方法為:陶瓷粉末裝填進橡膠封套中或者陶瓷零部件埋入石墨粉末中；裝入雙等場控?zé)Y(jié)爐，通入保護性氣體施加等靜壓力，依據(jù)不同的陶瓷材料，所施加的氣體壓力為IO--1OOMPa;根據(jù)材料的實際要求，施加脈沖等離子電流，按照升溫速率為70°C 700°C /min，控制雙等場控?zé)Y(jié)爐的溫度參數(shù)；同時調(diào)整與控制環(huán)形控制電場的強度與交替變化，隨著爐內(nèi)溫度的升高，穩(wěn)壓脈沖電流的強度會逐漸提高，所述的控制電場的強度也隨之升高，確保外圍電場對坯體內(nèi)部等離子態(tài)物質(zhì)的作用處于有效狀態(tài)；當(dāng)燒結(jié)爐內(nèi)的溫度達到燒結(jié)溫度時，通常的燒結(jié)溫度區(qū)域為1000°C —2000°C ;保持溫度lmin—-25min;依據(jù)燒結(jié)爐內(nèi)溫度情況，通過增加脈沖電流、增加外圍控制電場強度，或者對燒結(jié)爐進行冷卻處理，來控制燒結(jié)過程中的溫度變化；保溫完成后，關(guān)閉脈沖電流發(fā)生器開關(guān)，關(guān)閉控制電場開關(guān)，雙等場控?zé)Y(jié)爐自然冷卻或通過冷卻夾層冷卻，體系降溫后，卸壓；從雙等場控?zé)Y(jié)爐中取出燒結(jié)體，進行粗加工與精加工。
[0025]本發(fā)明所燒結(jié)的陶瓷材料，抗彎強度或達到500—900MPa ;斷裂韌性可達到5IOMPam172;致密度可達到99.0以上；維氏硬度可達到2050GPa。
[0026]本發(fā)明的操作過程為:按照操作規(guī)程將待燒結(jié)工件裝入雙等場控?zé)Y(jié)爐中，將爐體密封并調(diào)整各項參數(shù)到初始狀態(tài)，接通控制電源，檢查整個燒結(jié)系統(tǒng)，打開氣源，開起壓縮機和控制氣閥，給爐體內(nèi)部施加壓力，當(dāng)爐內(nèi)壓力達到預(yù)設(shè)壓力時，開起脈沖電流發(fā)生器，給上下電極板逐步加入荷載電流，穩(wěn)壓脈沖電流通過石墨區(qū)，并作用于待燒結(jié)坯體上，由于脈沖電流致使坯體內(nèi)部發(fā)生放電等離子，并迅速升溫，達到燒結(jié)溫度后，工件內(nèi)部與外部均得到脈沖電流放電作用，產(chǎn)生等靜壓外力作用與脈沖電流內(nèi)部放電作用；燒結(jié)的同時，燒結(jié)控制器控制環(huán)形分布的多組電場，對工件施加脈沖式、交變的電場作用，通過脈沖交變電場的影響，造成工件內(nèi)部的脈沖電流與電磁場環(huán)境，跟隨外部電場的強弱變化與電場方向變化，同步實時進行多角度、多方向變化，從而實現(xiàn)工件內(nèi)部晶格間、晶界間、融體間、熔質(zhì)與溶劑間、固相與液相之間，氣相與液相之間發(fā)生復(fù)雜的交換與融合，并將陶瓷材料顆粒之間的比表面積和內(nèi)部能量充分優(yōu)化，從而獲得高質(zhì)量高性能的結(jié)構(gòu)陶瓷材料。
[0027]所述雙等場控?zé)Y(jié)方法在`陶瓷材料體內(nèi)部全方位加熱，在材料的宏觀與微觀進行整體的表面活化作用，在內(nèi)部相變化、晶格變化、晶界變化和拉氣過程中，整個的作用方式是立體式、多方向、多層次進行的，因此在電場施加方向與磁場變化效應(yīng)、熱能產(chǎn)生與傳播、外加壓力與內(nèi)部瞬間等離子放電壓力共同作用下，體現(xiàn)的總體效果就是燒結(jié)過程中，宏觀與微觀的各向均勻性和一致性，從而使燒結(jié)體獲得了優(yōu)異的陶瓷材料性能表現(xiàn)，并且所獲得的陶瓷材料的性能在各個方向上的表現(xiàn)均勻一致。
[0028]所述雙等場控?zé)Y(jié)方法的機制為:固相燒結(jié)與液相燒結(jié)并存，微觀等離子放電產(chǎn)生瞬間微爆與等離子氣相，所以整個燒結(jié)過程中，微觀狀態(tài)下固相、液相、氣相并存，在電場與磁場交變作用下，在外部等靜壓與內(nèi)部微爆壓力下，均勻的熱能傳遞使微觀狀態(tài)下的陶瓷晶格、晶界、表面、界面均發(fā)生快速變化。微觀狀態(tài)下，固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和等離子態(tài)物質(zhì)綜合作用、交互影響，微爆、微閃、微融發(fā)生于多方向，實現(xiàn)了熱能產(chǎn)生與傳遞的均勻化，電場與磁場放電均勻化,微觀陶瓷顆粒的重排重組均勻化。
[0029]所述控制電場至少設(shè)置為二個，并且對稱環(huán)形布置于待燒結(jié)工件的外圍，對稱環(huán)形布置的電場，構(gòu)成了影響待燒結(jié)工件的立體電磁感應(yīng)區(qū)，對于上下電極放電等離子脈沖電流產(chǎn)生巨大的作用，并隨著外側(cè)環(huán)形立體電磁場的交變而發(fā)生同步的位移，這種多方向的脈沖電流位移，在微觀結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了多維立體的作用力；在燒結(jié)控制器的控制下，控制電場可以改變強度，也可能改變電場方向，更可以改變電場的對稱分布形式，這種多變化的外電場影響作用方式是陶瓷材料良好燒結(jié)的原因。
[0030]通常氣體或液體等離子體是在電極之間，通過高電流強度使得介質(zhì)氣體或液體，如氮氣或空氣等，電離成陰離子與陽離子，等離子內(nèi)部為陰陽離子的聚集體，而總體保持電中性，稱為等離子體；所述的等離子體沿電極之間形成的電場，即磁力線區(qū)域分布；常規(guī)等離子燒結(jié)中，是將電場電極設(shè)置于陶瓷材料兩側(cè)，并使電極直接與待燒結(jié)材料接觸，確保電流導(dǎo)通；燒結(jié)時，在電極上施加大電流強度，通過電極將電流輸送到待燒結(jié)陶瓷體內(nèi)，強電流通過待燒結(jié)陶瓷體時，將陶瓷體內(nèi)的導(dǎo)電物質(zhì)在固態(tài)晶界和微觀點陣區(qū)域內(nèi)，解離成等離子狀態(tài)，并產(chǎn)生高溫。
[0031]本發(fā)明的作用原理:微觀環(huán)境中，放電使微觀粒子產(chǎn)生等離子態(tài)，并出現(xiàn)高溫高壓的微觀等離子群聚集體；在脈沖電流與外加電磁場作用下，微觀等離子體發(fā)生移動、變形、微爆、微閃等；微觀等離子體在移動、變形、微爆和微閃過程中，對非導(dǎo)電物質(zhì)產(chǎn)生巨大影響，熱能量快速傳遞、強場極化撕裂、高壓、高溫和高磁場強度；瞬間的場控變換后，微觀局部的熔體的遷移、減壓、降溫，使體系向著更加穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)化；宏觀場控使微觀等離子體發(fā)生遠(yuǎn)程遷移，增加體系的總體平衡，微觀等離子體受到微觀晶界與點陣的限制，微爆、微閃和場控作用，會迫使微觀等離子體沖破晶界與點陣的勢能壁壘，從而獲得超硬耐磨材料的優(yōu)良燒結(jié)，大大提高超硬耐磨材料的各項性能指標(biāo)。
[0032]本發(fā)明場控技術(shù)的機理:由于使用了電場控制技術(shù)，在原有燒結(jié)過程中，在等離子電極之外，設(shè)置了控制電場，在等離子燒結(jié)過程中，通過外加電場對固狀態(tài)等離子體施加電場影響作用，燒結(jié)時產(chǎn)生的等離子體，就會在原本固定的晶界區(qū)域和點陣區(qū)域等離子狀態(tài)粒子，發(fā)生偏移、振動、重組；這種固態(tài)等離子體在外加電場作用下發(fā)生的偏移、振動、重組的變化，在區(qū)域上是立體方`向發(fā)生的，偏移與振動的量受到外加電場強度的制約，偏移與振動的方向也受到外加電場的作用方向影響；而重組變化則與固態(tài)等離子體的晶界與點陣微環(huán)境相關(guān)，微觀環(huán)境中的溫度、相鄰晶界與點陣的組份、非電導(dǎo)性粒子的種類與性質(zhì)都有關(guān)聯(lián)，而最終的結(jié)果是:在外電場的作用下，固態(tài)等離子體發(fā)生的偏移、振動和重組，加快了等離子燒結(jié)陶瓷材料的速度，提高了等離子燒結(jié)陶瓷材料的質(zhì)量，提高了等離子燒結(jié)陶瓷材料的各項性能，增加了陶瓷材料的硬度、耐磨性、防腐性等。
[0033]本發(fā)明等靜壓技術(shù)與等離子燒結(jié)技術(shù)的結(jié)合，不但在陶瓷材料燒結(jié)時，產(chǎn)生微觀結(jié)構(gòu)的等離子體和各種微觀微偏移、振動、重組的變化，而且還會以等靜壓方式，在宏觀上對等離子體施加巨大的壓力，通過宏觀的等靜壓壓力，對固態(tài)下微觀液化的等離子體產(chǎn)生高的壓強作用，使待燒結(jié)陶瓷材料受到另外一種作用力的影響。
[0034]本發(fā)明整體技術(shù)方案的特征是:(1)微觀等離子體瞬間高溫，并通過高溫向周圍傳遞熱能輻射，影響非電導(dǎo)粒子，形成瞬間熔融局部液相區(qū)域；(2)在微觀局部等離子體作用下，形成局部液體陶瓷材料區(qū)域，是微觀等離子體的主體區(qū)域，由于局部液相區(qū)域的形成，改變了微觀局部區(qū)域的固態(tài)平衡，并通過局部液相區(qū)域?qū)ο噜徆虘B(tài)物質(zhì)施加影響，提高陶瓷材料的結(jié)合緊密度；(3)微觀晶界與點陣在外電場作用下，發(fā)生晶界與點陣的偏移、振動、重組，是陶瓷材料燒結(jié)與成型的關(guān)鍵；(4)外加電場的變化方向與變化頻率作用，使上述各因素在固態(tài)與局部液相陶瓷材料的立體方向上，不斷的進行改變與突破，并在各個獨立的局部區(qū)域之間，形成擊穿、微閃、微爆、放電、諧振等等微觀變化，使整體陶瓷材料有立體空間上得到均質(zhì)化，并直接影響到附近的非導(dǎo)電粒子，是陶瓷材料能夠在不同組份之間結(jié)合并形成超硬耐磨高性能材料的重要因素；(5)宏觀的等靜壓壓力作用，使得等燒結(jié)陶瓷材料受到持續(xù)的外部等靜壓力作用，并對固態(tài)陶瓷材料中的局部液相區(qū)域產(chǎn)生影響，對局部區(qū)域的偏移、振動、重組以及擊穿、微閃、微爆、放電、諧振等電學(xué)現(xiàn)象均產(chǎn)生更加有效的促進作用，持續(xù)的等靜壓力為不斷變化或瞬間發(fā)生的陶瓷材料局部區(qū)域、微觀、亞微觀區(qū)域提供了緊縮與緊密聚集的動力源；(6)可控的外電場，在電場強度、電場方向、電場變化頻率、電場的外圍分布方式，均可控可調(diào)，直接影響到陶瓷材料宏觀與微觀結(jié)構(gòu)的變化，對等靜壓的傳遞、高溫?zé)崮艿膫鬟f、晶界與點陣突破、微閃微爆的發(fā)生、偏移振動和重組的方向都起到了關(guān)鍵的作用；(7)氣體或液體等靜壓與外加電場的場控技術(shù)作用于待燒結(jié)陶瓷材料，但又不影響陶瓷材料的本體，微觀狀態(tài)下固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和等離子態(tài)共存，電場磁場互相影響，綜合作用，也是本發(fā)明的特點之一。
[0035]通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是:等靜壓三維場控放電等離子燒結(jié)是基于材料本身的等離子態(tài)而發(fā)熱，與通過外部熱源的加熱方式、極化能方式、光能方式有著本質(zhì)的區(qū)別，放電等離子同傳統(tǒng)能量提供方式相比具有明顯的優(yōu)勢和特點，如效率高、能量利用率高、無污染、能整體快速加熱、燒結(jié)溫度降低、材料的顯微結(jié)構(gòu)均勻等。(I)加熱和燒結(jié)速度極快。材料的傳統(tǒng)加熱是通過試樣由表及里的傳導(dǎo)來達到溫度均勻。由于多數(shù)陶瓷材料的導(dǎo)熱性差，因此加熱和燒結(jié)陶瓷需要很長時間，一般以小時計，大型部件所花的時間就更長了。雙等燒結(jié)是材料內(nèi) 部整體同時加熱，升溫速度快，從而大大縮短了燒結(jié)時間，特別是對一些陶瓷材料的燒結(jié)，從過去的幾天甚至幾周降低到用雙等燒結(jié)的數(shù)分鐘量級，從而極大地提高了生產(chǎn)效率和能源的利用率。(2)瞬時性和無污染。雙等燒結(jié)過程中由于沒有經(jīng)過熱傳導(dǎo)，從而沒有熱慣性，即具有瞬時性，可以瞬時切斷熱源和及時發(fā)熱，體現(xiàn)了節(jié)能和易于控制的特點。同時，雙等燒結(jié)不會污染所燒結(jié)的材料，可以方便地實現(xiàn)在真空和各種氣氛及壓力下的燒結(jié)，燒結(jié)過程中也不會像燒油、氣、煤等產(chǎn)生有害氣體污染環(huán)境。(3)高效節(jié)能。雙等燒結(jié)溫度與常規(guī)燒結(jié)溫度相比，最大降溫幅度可達500左右；一般從等離子能轉(zhuǎn)變成熱能的效率可達90%以上，加之雙等燒結(jié)的時間短，因此可以大大降低能耗。(4)選擇性燒結(jié)。對于多相混合材料，由于不同介質(zhì)等離子化能力的差異，產(chǎn)生的等離子強度不同，熱效應(yīng)也不同，利用這一點可以對復(fù)合材料進行選擇性燒結(jié)。(5)改善陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)和宏觀性能。由于雙等燒結(jié)的速度快、時間短，因而避免了燒結(jié)過程中晶粒的異常長大，最終可獲得具有高強度和韌性的超細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)陶瓷材料。
(6)成型與燒結(jié)可實現(xiàn)一步完成，氣體靜壓與外電場調(diào)控以及等離子燒結(jié)相結(jié)合，使得陶瓷結(jié)構(gòu)材料的成型與燒結(jié)可實現(xiàn)一步完成，提高了效率，節(jié)約了成本，合產(chǎn)品性能得到巨大提升。(7)本發(fā)明使陶瓷材料的成型與燒結(jié)縮短工藝時間和周期，因而可以大批量產(chǎn)出，提高勞動效率，增加企業(yè)的競爭力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0037]圖1為本發(fā)明實施例所公開的一種陶瓷材料燒結(jié)爐及等靜壓場控等離子燒結(jié)方法結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖2為本發(fā)明實施例所公開的一種陶瓷材料燒結(jié)爐及等靜壓場控等離子燒結(jié)方法A-A劑視圖意圖；
[0039]圖3為本發(fā)明實施例所公開的一種陶瓷材料燒結(jié)爐及等靜壓場控等離子燒結(jié)方法工藝流程框圖；
[0040]圖4為本發(fā)明實施例所公開的一種陶瓷材料燒結(jié)爐及等靜壓場控等離子燒結(jié)方法工藝流程標(biāo)注圖；
[0041]圖5為本發(fā) 明實施例2和3所公開的一種陶瓷材料燒結(jié)爐電場結(jié)構(gòu)圖5-1和圖5-2示意圖。
[0042]圖中數(shù)字和字母所表示的相應(yīng)部件名稱:
[0043]1.原輔材料2.成份配比 3.坯料配制 4.坯料混合
[0044]5.粉體制備6.粉體研磨 7.粉體混合 8.模壓成型
[0045]9.雙等場控?zé)Y(jié) 10.毛坯脫模 11.坯件整形12.粗加工
[0046]13.精加工14.零部件拋光15.零部件成品16.下爐體
[0047]17.熱電偶18.上爐體 19.電極板 20.絕緣座
[0048]21.電極引線 22.石墨填料 23.工件 24.冷水出口
[0049]25.控制電場 26.橡膠密封套27.絕緣環(huán)座 28.壓力表
[0050]29.氣瓶30.氣閥31.壓縮機 32.氣體進出口
[0051]33.脈沖電流發(fā)生器34.燒結(jié)控制器35.冷水入口 36.固定支腳
[0052]37.電場引線38.密封法蘭
【具體實施方式】
[0053]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0054]根據(jù)圖1、圖2、圖3和圖4，本發(fā)明提供了一種陶瓷材料燒結(jié)爐及等靜壓場控等離子燒結(jié)方法，包括陶瓷坯體制備、雙等場控?zé)Y(jié)爐、陶瓷燒結(jié)體加工、雙等場控?zé)Y(jié)方法，其特征在于:
[0055]所述的陶瓷坯體制備，包括原輔材料1、成份配比2、坯料配制3、坯料混合4、粉體制備5、粉體研磨6、粉體混合7和模壓成型8 ;所述原輔材料I為天然礦物粉體、氧化物粉體、碳化物粉體或氮化物粉體中的一種或幾種的混合物，與輔助制劑:改性劑、潤滑劑、塑化劑等，按照成份配比2進行配制；
[0056]優(yōu)選的，所述的添加劑為=ZrO2，添加百分比為0.25% ；
[0057]將配制好的原料進行初步粉體研磨6混合、高壓均質(zhì)后，經(jīng)過噴粉塔噴粉制備5造粒，經(jīng)過噴粉造粒后的粉料，經(jīng)過三維混合粉體研磨6機研磨混合，獲得均勻的陶瓷原料粉體，將陶瓷原料粉體裝填到待加工零部件的模具中，經(jīng)過液壓成型，獲得模壓成型8的坯料。
[0058]所述雙等場控?zé)Y(jié)爐包括下爐體16、熱電偶17、上爐體18、電極板19、絕緣座20、電極引線21、石墨填料22、工件23、冷水出口 24、控制電場25、橡膠密封套26、絕緣環(huán)座27、壓力表28、氣瓶29、氣閥30、壓縮機31、氣體進出口 32、脈沖電流發(fā)生器33、燒結(jié)控制器34、冷水入口 35、固定支腳36、電場引線37和密封法蘭38 ;其特征在于:
[0059]所述上爐體18與下爐體26通過密封法蘭38構(gòu)成雙等場控?zé)Y(jié)爐體，所述爐體設(shè)置有冷卻水夾層，下爐體16側(cè)面設(shè)置有冷水入口 35，上爐體18側(cè)面設(shè)置有冷水出口 24，用于爐體溫度的調(diào)節(jié)與控制；所述上爐體18側(cè)面設(shè)置有熱電偶17探頭，用于對爐體內(nèi)溫度進行實時監(jiān)測。所述爐體內(nèi)頂部和底部分別設(shè)置有絕緣座20，所述絕緣座上設(shè)置有電極板19，所述電極板19通過電極引線21與爐體外部脈沖電流發(fā)生器33連接，通過脈沖電流發(fā)生器33產(chǎn)生脈沖電流，進而對工件23進行放電等離子燒結(jié)；所述電極板19為上下二塊，在所述上下二塊電極板19之間，設(shè)置有橡膠密封套26，所述橡膠密封套26內(nèi)填充有石墨填料22，所述石墨填料22起到固定內(nèi)部工件23和導(dǎo)通電流的作用，所述石墨填料22中心置有待燒結(jié)工件23。
[0060]所述下爐體16內(nèi)部設(shè)置有多個控制電場25，所述控制電場25為平板型結(jié)構(gòu)，多塊控制電場25均勻環(huán)形布置于爐體中部，所述控制電場25由其底部的絕緣環(huán)座27支撐，所述的絕緣環(huán)座27由多個固定支腳36支撐，所述的固定支腳36焊接固定于下爐體16內(nèi)壁之上，所述絕緣環(huán)座27與固定支腳36焊接固定，所述絕緣環(huán)座27與固定支腳36上設(shè)置有內(nèi)部套管，用于將控制電場25的電場引線37引出下爐體16外側(cè)，并與燒結(jié)控制器34連接；所述的待燒結(jié)工件23，埋置于石墨填料22中間。
[0061]所述的爐體為密封耐高壓結(jié)構(gòu)，其底部設(shè)置有氣體進出口 32，所述氣體進出口 32分別與壓縮機31和氣瓶29連接，在所述的氣體進出口 32與壓縮機31、氣瓶29之間，設(shè)置有壓力表28和氣閥30，所述氣閥30用于控制氣體輸送的開關(guān)或釋放壓力；當(dāng)氣體通入到爐體內(nèi)時，爐體內(nèi)部即產(chǎn)生高壓，所述高壓施加于爐內(nèi)的橡膠密封套26上，進而將壓力施加于石墨填料22和待燒結(jié)工件23之上。[0062]所述爐體外設(shè)置有脈沖電流發(fā)生器33和燒結(jié)控制器34，所述的電極弓丨線37、電場引線21、熱電偶17均與燒結(jié)控制器34連通，所述的脈沖電流發(fā)生器33與電極引出37線連通，通過燒結(jié)控制器34對燒結(jié)工藝過程進行控制，實現(xiàn)陶瓷材料坯體的雙等場控?zé)Y(jié)9。
[0063]所述陶瓷燒結(jié)體加工，包括燒結(jié)體毛坯脫模10、坯件整形11、粗加工12、精加工13、零部件拋光14和零部件成品15 ;陶瓷坯體在雙等場控?zé)Y(jié)爐9中燒結(jié)后，工件23即成為燒結(jié)體，將燒結(jié)體從雙等場控?zé)Y(jié)爐9中取出，石墨填料22收集處理后再次利用，燒結(jié)體脫模與整形，將燒結(jié)的工件按工藝標(biāo)準(zhǔn)要求進行粗加工12和精加工13，再進行研磨與拋光，即獲得零部件成品15。
[0064]所述的雙等場控?zé)Y(jié)方法為將氧化鋁陶瓷粉末裝填進橡膠封套中；裝入雙等場控?zé)Y(jié)爐，通入保護性氮氣施加等靜壓力，所施加的氣體壓力為1530MPa;根據(jù)材料的實際要求，施加脈沖等離子電流，按照升溫速率為500°C —700°C /min，控制雙等場控?zé)Y(jié)爐的溫度參數(shù)為1100°C 1450°C;同時調(diào)整與控制環(huán)形控制電場的強度與交替變化，隨著爐內(nèi)溫度的升高，穩(wěn)壓脈沖電流的強度會逐漸提高，所述的控制電場的強度也隨之升高，確保外圍電場對坯體內(nèi)部等離子態(tài)物質(zhì)的作用處于有效狀態(tài)；當(dāng)燒結(jié)爐內(nèi)的溫度達到燒結(jié)溫度時，保持溫度IOmin ;依據(jù)燒結(jié)爐內(nèi)的溫度情況，通過增加脈沖電流、增加外圍控制電場強度，或者對燒結(jié)爐進行冷卻處理，來控制燒結(jié)過程中溫度的變化；保溫完成后，關(guān)閉脈沖電流發(fā)生器開關(guān)，關(guān)閉控制電場開關(guān)，雙等場控?zé)Y(jié)爐自然冷卻或通過冷卻夾層冷卻，體系降溫后，卸壓；從雙等場控?zé)Y(jié)爐中取出燒結(jié)體，進行粗加工與精加工。
[0065]本發(fā)明所燒結(jié)的陶瓷材料，抗彎強度或達到700MPa ;斷裂韌性可達到8MPam1/2;致密度可達到99.5以上；維氏硬度可達到40GPa。
[0066]本發(fā)明操作過程為:按照操作規(guī)程將待燒結(jié)工件裝入雙等場控?zé)Y(jié)爐9中，將爐體密封并調(diào)整各項參數(shù)到初始狀態(tài)，接通控制電源，檢查整個燒結(jié)系統(tǒng)，打開氣瓶29，開起壓縮機31和控制氣閥30，給爐體內(nèi)部施加壓力，當(dāng)爐內(nèi)壓力達到預(yù)設(shè)壓力時，開起脈沖電流發(fā)生器33，給上下電極板19逐步加入荷載電流，脈沖電流通過石墨填料22區(qū)，并作用于待燒結(jié)坯體上，由于脈沖電流致使坯體內(nèi)部發(fā)生放電等離子，并迅速升溫，達到燒結(jié)溫度后，工件23內(nèi)部與外部均得到脈沖電流放電作用，產(chǎn)生等靜壓外力作用與脈沖電流內(nèi)部放電作用；燒結(jié)的同時，燒結(jié)控制器34控制環(huán)形分布的多組電場25，對工件23施加脈沖式、交變的電場作用，通過脈沖交變電場25的影響，造成工件23內(nèi)部的脈沖電流與電磁場環(huán)境，跟隨外部電場25的強弱變化與電場方向變化，同步實時進行多角度、多方向變化，從而實現(xiàn)工件23內(nèi)部晶格間、晶界間、融體間、熔質(zhì)與溶劑間、固相與液相之間，氣相與液相之間發(fā)生復(fù)雜的交換與融合，并將陶瓷材料顆粒之間的表面積和內(nèi)部能量充分優(yōu)化，從而獲得高質(zhì)量高性能的結(jié)構(gòu)陶瓷材料。
[0067]實施例1，均布六個控制電場雙等場控?zé)Y(jié)爐；如圖2所示；
[0068]實施例2，均布四個控制電場雙等場控?zé)Y(jié)爐；如圖5-1所示；
[0069]實施例3，均布三個弧形控制電場雙等場控?zé)Y(jié)爐；如圖5-2所示；
[0070]本發(fā)明陶瓷材料等靜壓場`控放電等離子燒結(jié)是基于材料本身的等離子態(tài)而發(fā)熱，與通過外部熱源的加熱方式、極化能方式、光能方式有著本質(zhì)的區(qū)別，放電等離子同傳統(tǒng)能量提供方式相比具有明顯的優(yōu)勢和特點，如效率高、能量利用率高、無污染、能整體快速加熱、燒結(jié)溫度降低、材料的顯微結(jié)構(gòu)均勻等。(I)加熱和燒結(jié)速度極快。材料的傳統(tǒng)加熱是通過試樣由表及里的傳導(dǎo)來達到溫度均勻。由于多數(shù)陶瓷材料的導(dǎo)熱性差，因此加熱和燒結(jié)陶瓷需要很長時間，一般以小時計，大型部件所花的時間就更長了。雙等燒結(jié)是材料內(nèi)部整體同時加熱，升溫速度快，從而大大縮短了燒結(jié)時間，特別是對一些陶瓷材料的燒結(jié)，從過去的幾天甚至幾周降低到用雙等燒結(jié)的數(shù)分鐘量級，從而極大地提高了生產(chǎn)效率和能源的利用率。(2)瞬時性和無污染。雙等燒結(jié)過程中由于沒有經(jīng)過熱傳導(dǎo)，從而沒有熱慣性，即具有瞬時性，可以瞬時切斷熱源和及時發(fā)熱，體現(xiàn)了節(jié)能和易于控制的特點。同時，雙等燒結(jié)不會污染所燒結(jié)的材料，可以方便地實現(xiàn)在真空和各種氣氛及壓力下的燒結(jié)，燒結(jié)過程中也不會像燒油、氣、煤等產(chǎn)生有害氣體污染環(huán)境。(3)高效節(jié)能。雙等燒結(jié)溫度與常規(guī)燒結(jié)溫度相比，最大降溫幅度可達500左右；一般從等離子能轉(zhuǎn)變成熱能的效率可達90%以上，加之雙等燒結(jié)的時間短，因此可以大大降低能耗。(4)選擇性燒結(jié)。對于多相混合材料，由于不同介質(zhì)等離子化能力的差異，產(chǎn)生的等離子強度不同，熱效應(yīng)也不同，利用這一點可以對復(fù)合材料進行選擇性燒結(jié)。(5)改善陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)和宏觀性能。由于雙等燒結(jié)的速度快、時間短，因而避免了燒結(jié)過程中晶粒的異常長大，最終可獲得具有高強度和韌性的超細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)陶瓷材料。(6)成型與燒結(jié)可實現(xiàn)一步完成，氣體靜壓與外電場調(diào)控以及等離子燒結(jié)相結(jié)合，使得陶瓷結(jié)構(gòu)材料的成型與燒結(jié)可實現(xiàn)一步完成，提高了效率，節(jié)約了成本，合產(chǎn)品性能得到巨大提升。(7)本發(fā)明使陶瓷材料的成型與燒結(jié)縮短工藝時間和周期，因而可以大批量產(chǎn)出，提高勞動效率，增加企業(yè)競爭力。
[0071]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。`
【權(quán)利要求】
1.一種陶瓷材料燒結(jié)爐及等靜壓場控等離子燒結(jié)方法，其特征在于，包括陶瓷坯體制備、雙等場控?zé)Y(jié)爐、陶瓷燒結(jié)體加工、雙等場控?zé)Y(jié)方法；所述的陶瓷坯體制備，包括原輔材料、成份配比、坯料配制、坯料混合、粉體制備、粉體研磨、粉體混合和模壓成型；所述雙等場控?zé)Y(jié)爐包括下爐體、熱電偶、上爐體、電極板、絕緣座、電極引線、石墨填料、工件、冷水出口、控制電場、橡膠密封套、絕緣環(huán)座、壓力表、氣瓶、氣閥、壓縮機、氣體進出口、脈沖電流發(fā)生器、燒結(jié)控制器、冷水入口、固定支腳、電場引線和密封法蘭；所述陶瓷燒結(jié)體加工，包括燒結(jié)體毛坯脫模、坯件整形、粗加工、精加工、零部件拋光和零部件成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷材料燒結(jié)爐，其特征在于，包括下爐體、熱電偶、上爐體、電極板、絕緣座、電極引線、石墨填料、工件、冷水出口、控制電場、橡膠密封套、絕緣環(huán)座、壓力表、氣瓶、氣閥、壓縮機、氣體進出口、脈沖電流發(fā)生器、燒結(jié)控制器、冷水入口、固定支腳、電場引線和密封法蘭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷材料燒結(jié)爐，其特征在于，所述上爐體與下爐體通過密封法蘭構(gòu)成雙等場控?zé)Y(jié)爐體，所述爐體設(shè)置有冷卻水夾層和冷卻水出入口 ；所述上爐體側(cè)面設(shè)置有熱電偶探頭，所述爐體內(nèi)頂部和底部分別設(shè)置有絕緣座，所述絕緣座上設(shè)置有電極板，所述電極板通過電極引線與爐體外部脈沖電流發(fā)生器連接；所述電極板為上下二塊，在所述上下二塊電極板之間，設(shè)置有橡膠密封套，所述橡膠密封套內(nèi)填充有石墨填料，所述石墨填料起到固定內(nèi)部工件和導(dǎo)通電流的作用，所述石墨填料中心安置有待燒結(jié)工件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷材料燒結(jié)爐，其特征在于，所述下爐體內(nèi)部設(shè)置有多個控制電場，所述控制電場為平板型結(jié)構(gòu)，多塊控制電場均勻環(huán)形布置于爐體中部，所述控制電場由其底部的絕緣環(huán)座支撐，所述的絕緣環(huán)座由多個固定支腳支撐，所述的固定支腳焊接固定于爐體內(nèi)壁之上，所述絕緣環(huán)座與固定支腳焊接固定，所述絕緣環(huán)座與固定支腳上設(shè)置有內(nèi)部套管，用于將控制電場的電場引線引出爐體外側(cè)，并與燒結(jié)控制器連接；所述的工件，埋置于石墨填料中間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶`瓷材料燒結(jié)爐，其特征在于，所述的爐體為密封耐高壓結(jié)構(gòu)，其底部設(shè)置有氣體進出口，所述氣體進出口，分別與壓縮機和氣瓶連接，在所述的氣體進出口與壓縮機、氣瓶之間，設(shè)置有壓力表和氣閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷材料等靜壓場控等離子燒結(jié)方法，簡稱為雙等場控?zé)Y(jié)方法，其特征在于，所述的雙等場控?zé)Y(jié)方法為:通過上下電極板對工件進行等離子脈沖電流燒結(jié)，通過設(shè)置在周圍的控制電場，施加電磁作用，通過環(huán)境氣體對工件施加等靜壓力；脈沖放電、電磁控制和外加等靜壓綜合作用，燒結(jié)陶瓷坯體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種陶瓷材料等靜壓場控等離子燒結(jié)方法，其特征在于，所述的控制電場至少設(shè)置為二個，對稱布置；所述的控制電場環(huán)形設(shè)置于所述的爐體中部；所述的控制電場在燒結(jié)過程中，電場強度、電場方向交替變化，影響作用于工件中的脈沖電流，從而改變陶瓷材料中的晶格、晶界、點陣等微觀環(huán)境與結(jié)構(gòu)；同步實時進行多角度、多方向變化，從而實現(xiàn)工件內(nèi)部晶格間、晶界間、融體間、熔質(zhì)與溶劑間、固相與液相之間，氣相與液相之間發(fā)生交換與融合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種陶瓷材料等靜壓場控等離子燒結(jié)方法，其特征在于，所述的燒結(jié)控制器，使用了交變電場控制技術(shù)，通過外加電場對固態(tài)等離子體施加電場影響作用，燒結(jié)時產(chǎn)生的等離子體，會在原本固定的晶界區(qū)域和點陣區(qū)域等離子狀態(tài)粒子，發(fā)生偏移、振動、重組；這種重組與重排的變化，在區(qū)域上是立體方向發(fā)生的，偏移與振動的量受到外加電場強度的制約，偏移與振動的方向也受到外加電場的作用方向影響；同時影響非電導(dǎo)性粒子的微觀 狀態(tài)。
【文檔編號】F27D9/00GK103819202SQ201410014329
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】蘇永東 申請人:蘇州永佳超硬耐磨材料有限公司