一種高溫燒結(jié)用的微波盛料裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種用于陶瓷工具件高溫燒結(jié)的微波盛料裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]陶瓷燒結(jié)是決定陶瓷最終質(zhì)量的關(guān)鍵工序。目前廣泛使用的電阻加熱爐，利用發(fā)熱體熱量的輻射和傳導，通過加熱爐壁內(nèi)的加熱元件的熱輻射讓內(nèi)部的陶瓷件被加熱到其燒結(jié)溫度。但陶瓷導熱性能差，坯體里外溫度上升的不一致，要能完全加熱爐膛內(nèi)的陶瓷材料，必須使整個爐膛的溫度達到設定溫度。同時，為了產(chǎn)生無裂縫的產(chǎn)品，避免內(nèi)外溫差大造成的影響，需要一個緩慢的燒結(jié)過程，往往需持續(xù)數(shù)幾個小時的時間。研究表明，這種加熱方式會有80%以上的能量損失在周圍環(huán)境中，是能耗非常大的加熱方法。并且，在長時間高溫加熱下，陶瓷燒結(jié)件也常會發(fā)生熱分解或組分擴散變化。
[0003]國內(nèi)外已研制出用微波燒結(jié)陶瓷的設備及方法來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱源，用于燒結(jié)各種高品質(zhì)陶瓷工具，如氮化硅、氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯、碳化鈦等。當微波穿過陶瓷時，其部分能量可被吸收，轉(zhuǎn)化為熱，致使工件整體加熱。根據(jù)微波加熱原理，均勻混合的物料或預先壓制成型的料坯，通過自身對微波能量的吸收(或耗散)達到一定的高溫，從而引發(fā)合成反應或完成燒結(jié)過程。這使得微波加熱可實現(xiàn)快速均勻的加熱。在減少加熱溫度和時間的條件下，這可導致在細化晶粒組織的同時，獲得更高的工件的致密度。
[0004]然而，盡管這一技術(shù)已展現(xiàn)出了常規(guī)燒結(jié)技術(shù)無法比擬的優(yōu)點，預示了它具有廣泛的發(fā)展前景。但微波燒結(jié)技術(shù)在工業(yè)化應用上仍還處于初期階段。微波燒結(jié)技術(shù)保溫裝置設計較常見的是將全部碳化硅，或活性碳的吸微波粉體置于保溫裝置內(nèi)一個的內(nèi)腔中，或者是將碳化硅棒固定在坩禍四周。燒結(jié)制備陶瓷工具材料的過程中需要的高燒結(jié)溫度，如燒結(jié)Al2O3和11(:、31_勺工具件時常需在1600-20001€。這樣的燒結(jié)要求對專用微波盛料加熱腔裝置設計提出了更為苛刻的要求，特別是當微波盛料加熱載體量較高時。目前微波盛料加熱裝置仍存在應用問題。主要的問題包括:
I)難以達到高達1800°C的燒結(jié)溫度，升溫速度緩慢，加熱速度不易控制;且高溫階段溫度不均勻，繼續(xù)加熱升溫困難，微波爐需要額外更高的功率增加。
[0005]2)在微波加熱和冷卻過程中，特別是在微波高溫燒結(jié)陶瓷工具時，盛裝微波吸收物料的剛玉坩禍，經(jīng)常發(fā)生開裂。
[0006]3)在高溫燒結(jié)后，粉床內(nèi)微波吸收粉體焊合成大團，影響粉體與燒結(jié)后收縮的陶瓷件表面間的密切接觸，導致工件的不均勻和不充分加熱。
[0007]4)在高溫燒結(jié)階段，如大于1500°C，陶瓷件的部分組成相分解或氧化，燒結(jié)件的最終密度降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種能夠有效保溫，加熱均勻、升溫可控的微波盛料裝置。
[0009]為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種高溫燒結(jié)用的微波盛料裝置，該微波盛料裝置內(nèi)部設有微波受體粉床，工件置于微波受體粉床內(nèi)進行燒結(jié);其中，微波受體粉床外周由內(nèi)至外依次設有內(nèi)層耐熱陶瓷砌片槽、外層耐熱陶瓷砌片槽和保溫層；內(nèi)層耐熱陶瓷砌片槽、外層耐熱陶瓷砌片槽和保溫層上端開口 ；內(nèi)層耐熱陶瓷砌片槽和外層耐熱陶瓷砌片槽之間填充有外層微波接受粉體;保溫層上端開口處設有外層保溫蓋;外層保溫蓋上設有紅外測溫孔，與微波受體粉床相連通。
[0010]內(nèi)芯微波接受粉體采用氧化鋁、石墨和活性炭以體積比70:15:15組成的混合粉末;外層微波接受粉體采用碳化硅、石墨和活性炭以體積比60:20:20組成的混合粉末。
[0011 ]外層微波接受粉體還可包括微量的高微波損耗材料粉末；高微波耗損材料選自Fe304、SnO2、Μη02或Cr2O3;所述高微波損耗材料粉末占外層微波接受粉體總重量的1%。
[0012]內(nèi)芯微波接受粉體和外層微波接受粉體的粒徑大小為微米級。
[0013]上述保溫層由內(nèi)至外依次包括氧化鋁纖維棉層、氧化鋁泡沫磚層和莫來石箱體；外層保溫蓋采用莫來石蓋。
[0014]內(nèi)層耐熱陶瓷砌片槽、外層耐熱陶瓷砌片槽、氧化鋁纖維棉層、氧化鋁泡沫磚層和莫來石箱體均呈方形，且上端開口。
[0015]氧化鋁泡沫磚層上端開口處設有氧化鋁纖維棉蓋;氧化鋁纖維棉蓋位于莫來石蓋下方;氧化鋁纖維棉蓋上設有紅外測溫孔，莫來石蓋上的紅外測溫孔通過氧化鋁纖維棉蓋上的紅外測溫孔與微波受體粉床相連通。
[0016]上述紅外測溫孔的孔徑大小為10mm。
[0017]內(nèi)層耐熱陶瓷砌片槽和外層耐熱陶瓷砌片槽采用氧化鋁、氮化硼或氮化硅片交錯堆砌而成。
[0018]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
1、本發(fā)明選用的氧化鋁纖維棉層、氧化鋁泡沫磚層、莫來石箱體具有良好的透波性、耐高溫性能和低的熱傳導性，并通過這三重密封，最大程度上減少了縫隙的存在，因此裝置整體保溫效果好、燒結(jié)速度快。與所選擇多級耦合損耗發(fā)熱結(jié)合，可快速加熱陶瓷件到1800°C以上;微波加熱粉體內(nèi)可在較大的范圍內(nèi)均勻加熱陶瓷件。
[0019]2、傳統(tǒng)盛料裝置在燒結(jié)過程中承載陶瓷件和加熱粉體的剛玉坩禍容易發(fā)生開裂，特別是在高溫燒結(jié)陶瓷時。本發(fā)明通過使用耐熱陶瓷砌片交錯拼砌而成的槽承載損耗發(fā)熱微波接受填料(包括內(nèi)芯微波接受粉體和外層微波接受粉體)，避免了其他微波承載裝置常見的剛玉坩禍開裂等問題。
[0020]3、本發(fā)明體用內(nèi)芯微波接受粉體和外層微波接受粉體對微波的吸收性能的差異，可對低溫和高溫不同階段燒結(jié)體(工件)升溫速率進行更加有效的控制:在低溫階段，主要有外層微波接受粉體(碳化硅、石墨和活性炭)與微波耦合生成熱能，并輔助內(nèi)芯微波接受粉體的溫度升高；當溫度上升至800°C后，內(nèi)芯微波接受粉體中的主體氧化鋁開始與微波耦合損耗生熱。這種混雜加熱方式，在低溫階段可以使工件有相對平緩的速度升溫，防止因氣體排出劇烈導致工件開裂；在高溫階段，由于內(nèi)芯微波接受粉體和陶瓷坯體(工件)中的Al2O3開始與微波發(fā)生耦合，內(nèi)層的溫度可以繼續(xù)穩(wěn)定升高。本發(fā)明內(nèi)芯微波接受粉體中含少量的耐熱分散相(石墨和活性炭)的存在，且粒度在微米級混合粉體，可阻礙主體微波耦合材料(Al2O3)在高溫時的焊合、聚集和燒結(jié)，這可保障粉體的流動性，并保證與工件表面密切接觸，從而使加熱更加均勻、有效。同時由于微米級混合粉體的存在，使得內(nèi)芯微波接受粉體內(nèi)部存在微空隙和可透氣性，易于保護氣氛的引入，在高溫燒結(jié)過程可阻礙燒結(jié)件中陶瓷件內(nèi)的組成相發(fā)生的熱分解或氧化。
[0021]4、本發(fā)明微波盛料裝置無需使用整體的盛料剛玉坩禍，裝置零部件更換方便、成本低廉，整體保溫效果好，升溫速度可控、均勻，且能有效加熱至1800°C以上溫度。利用本發(fā)明盛料裝置對陶瓷工具件進行燒結(jié)后得到的陶瓷件燒結(jié)致密度均高于95%，甚至可高達98%。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明高溫燒結(jié)用的微波盛料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中，1-莫來石箱體，2-氧化鋁泡沫磚層，3-氧化鋁纖維棉層，4-外層耐熱陶瓷砌片槽，5-外層微波接受粉體，6-內(nèi)層耐熱陶瓷砌片槽，7-紅外測溫孔，8-莫來石蓋，9-氧化鋁纖維棉蓋，10-陶瓷燒結(jié)件，11-內(nèi)芯微波接受粉體。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
[0025]裝置實施例
如圖1所示，本發(fā)明微波盛料裝置包括莫來石箱體1、氧化鋁泡沫磚層2、氧化鋁纖維棉層3、外層耐熱陶瓷砌片槽4、內(nèi)層耐熱陶瓷砌片槽6、莫來石蓋8、氧化鋁纖維棉蓋9。其中莫來石箱體I和莫來石蓋8構(gòu)成了裝置的最外層，莫來石蓋8位于莫來石箱體I的上方。在莫來石箱體I內(nèi)從外及內(nèi)依次設有氧化鋁泡沫磚層2、氧化鋁纖維棉層3，共同構(gòu)成本裝置的保溫層。在氧化鋁泡沫磚層2的上方、莫來石蓋8的下方設有氧化纖維棉蓋9，與莫來石蓋8共同形成本裝置的蓋體。氧化鋁纖維棉層3內(nèi)部由外至內(nèi)依次設有外層耐熱陶瓷砌片槽4、內(nèi)層耐熱陶瓷砌片槽6，內(nèi)層耐熱陶瓷砌片槽