[发明专利]导电材料的涡流烧结方法及其涡流烧结装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电材料的涡流烧结方法及其涡流烧结装置。

背景技术

目前粉末冶金制品的常规烧结方法有：真空烧结，保护气氛烧结，传统的加热是依靠发热体将热能通过对流、传导或辐射方式传递至被加热物而使其达到某一温度，热量从外向内传递，烧结时间长，实验室常用的烧结炉，烧结周期一般在一天以上。为了对粉末冶金制品进行快速烧结,目前应用比较广泛的有SPS（放电等离子烧结）和微波烧结，这些方法都是直接对坯体进行加热，其烧结的设备均比较昂贵。

SPS烧结过程时，粉料装到导电的模具中，在模具的上下冲头施加脉冲电压，脉冲电流直接通过上下压头，烧结粉体和模具，因加热系统的热容很小，升温和传热速度快，由特殊电源产生的直流脉冲电压，在粉体的空隙产生放电等离子，由放电产生的高能粒子撞击颗粒间的接触部分，使物质产生蒸发作用而起到净化和活化作用，另外当脉冲电压达到一定值时，粉体间的绝缘层被击穿而放电，使粉体颗粒产生自发热，进而使其温度升高。这样SPS能用较低的温度和比较短的时间得到高质量的烧结体。

微波烧结则是利用微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量，材料的介质损耗使其材料整体加热至烧结温度而实现致密化的方法。主要用于介于导体与绝缘体之间的电介质材料的烧结。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种导电材料的快速高效的烧结方法：涡流烧结，该方法直接对坯体加热，不需要对其它发热体进行加热，加热集中，效率高；易于实现超高温加热，易于实现产品的连续批量化生产。

本发明还提供了一种导电材料的涡流烧结装置，该装置结构简单，设备成本和使用成本低，不需模具更换。

本发明的目的通过下述技术方案实现：导电材料的涡流烧结方法，包括以下步骤：

（a）首先，将压制好的可导电坯体放置于涡流烧结装置内；

（b）然后，营造涡流烧结氛围；

（c）接着，打开涡流烧结装置的电源，对可导电坯体直接加热到坯体烧结所需的温度，保温10～15分钟；

（d）最后，关闭涡流烧结装置的电源，将可导电坯体降温后取出，整个烧结过程结束。

上述步骤（b）中，涡流烧结氛围为真空或气氛烧结。

当涡流烧结氛围为气氛烧结时，气氛烧结的保护气为惰性气体，且惰性气体中优先采用氩气，但不局限于氩气，也可根据实际情况另行选择；本发明中，氩气的通入速度优先为0.5m³/h，预通入氩气时间优先为1分钟，但通入速度和时间不限于此。

由于不同的材料烧结温度存在差别，对于锆合金烧结温度大约为1000-1200℃，对于其它材料烧结温度可以高于1200℃，也可以低于1000℃；基于此，作为本发明的一种优先方式，所述可导电坯体为锆合金坯体，且步骤（c）中，对锆合金坯体用涡流感应直接加热到1000-1200℃。

在上述步骤（c）中，可导电坯体的直接加热原理为：涡流烧结装置的感应线圈中变化的电流产生变化的电磁场，在导电坯体中产生涡流，涡流加热坯体，且涡流对导电粉末的加热与涡流对其它材料的加热不同，由于粉末之间是点接触，接触点处电阻比粉末的其它位置的大（粉末之间的接触位置称为烧结颈），这样在有涡流通过时，粉末之间的接触位置处发热量比较大，如果升温速度很快，烧结颈处的热量不能与周围达到热平衡，其温度会高于粉末其它位置的温度，当粉体本身温度远低于材料本身的熔点时，而在烧结颈处，可能已经有液相或气相生成，这样在烧结时物质在烧结颈处传输比较快，坯体的烧结得到强化；坯体中局部的高温是通过电流加热与快速升温来实现的，升温速度越快，这种效应越明显。

上述步骤（c）中，通过控制感应电流的通断和电流的大小来进行烧结温度控制，输入感应电流的频率根据坯体的材料种类和形状大小不同而作适当调整，频率范围包括高频、超音频、中频、工频，为50Hz～300KHz。

为了得到步骤（c）中的可导电坯体的最佳保温时间，本发明做了该保温时间对坯体烧结所需时间和产品性能的影响实验，该实验条件为：整个工艺中，除了步骤（c）中的可导电坯体的保温时间不同，其它所有步骤和参数均相同，其结果如下表所示：