[发明专利]一种基于放电等离子的定向凝固陶瓷烧结装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷烧结领域，特别涉及一种基于放电等离子的定向凝固陶瓷烧结装置及方法。

背景技术

基于定向凝固的方法制备的定向凝固陶瓷具有特有的共晶微晶组织和极低的孔隙率，这使该陶瓷具有耐高温性、高韧性、高强度、多功能性等特点，为陶瓷材料在高端领域的应用提供了新的出路。采用传统工艺中的高频感应电源或热电偶加热等方式制备陶瓷材料，具有加热速度慢、冷却速度低等缺点，这使陶瓷材料的微晶组织在加热与冷却的过程中有充分的时间长大粗化，难以形成细小的微晶组织，并且产生严重的枝晶偏析，影响陶瓷材料的性能。目前，放电等离子烧结作为一种新颖烧结的方法，能够烧结制得具有微晶组织的陶瓷材料，且该方法具有烧结温度低、时间短、能耗少等特点，因此提供一种基于放电等离子的定向凝固陶瓷烧结装置是十分必要的。

现有技术提供了一种粉末冶金放电等离子烧结系统，可用于烧结陶瓷粉末等，该系统包括依次连接的中央集控装置、控制装置、加压装置、脉冲电流发生器、上冲压模和下冲压模。其中，中央集控装置可集成位移测量、气氛控制(真空/氩气)、水冷、温度测量等组件，中央集控装置与控制装置电连接，并用于控制控制装置，控制装置驱动加压装置并带动上冲压模和下冲压模作相对运动或相背运动，控制装置还通过脉冲电流发生器分别向上冲压模和下冲压模施加脉冲电流。上冲压膜包括上电极和上压头，下冲压膜包括下电极和下压头，上压头和下压头之间放置有模具，且上压头的下端和下压头的上端分别位于模具的上下口处。在进行陶瓷粉末烧结时，将陶瓷粉末置于上压头和下压头之间的模具内，通过控制中央集控装置，实现上冲压模和下冲压模对陶瓷粉末晶粒进行脉冲电流加热和垂直单向施压，以使陶瓷粉末致密化烧结，烧结完毕后可得到与模具结构相同的陶瓷体。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

采用上述粉末冶金放电等离子烧结系统烧结得到的陶瓷体的结构依赖于上压头和下压头之间的模具的结构，且该系统不能连续化生产。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种可以连续化生产具有不同结构的陶瓷材料的基于放电等离子的定向凝固陶瓷烧结装置及方法。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于放电等离子的定向凝固陶瓷烧结装置，所述装置包括：放电腔体，包括至少一个外腔体以及竖直设置在每个所述外腔体内腔的中柱，每个所述外腔体的上端开口，下端均设置有挤出口；固定装置，用于固定所述中柱，使所述中柱的外壁不与所述外腔体的内壁接触；至少一个中心电极，分别设置在每个所述中柱上，与装填在所述外腔体中的陶瓷粉末接触；多个所述内嵌电极，设置在所述外腔体上，与所述陶瓷粉末接触；高频电源，负极和正极通过导线分别与所述中心电极和多个所述内嵌电极电连接；压力件，可移动地设置在所述外腔体与所述中柱之间的环形空间内；牵引件，设置在所述挤出口处；冷却器，设置在所述挤出口的下方；成型器，设置在所述冷却器的出口处；所述牵引件用于将所述放电腔体内形成的陶瓷熔融体牵引至所述冷却器和所述成型器内。

具体地，作为优选，所述固定装置包括顶板、底板以及将所述顶板和所述底板固定的多个加固螺栓；所述顶板盖装在所述外腔体的上端，并且与所述中柱连接，所述顶板上设置有多个用于穿过所述压力件和导线的通孔；所述底板与所述外腔体的下端相抵接触，所述底板上设置有用于穿过所述牵引件的通孔。

具体地，作为优选，所述外腔体的下端沿横向设置有测温口；所述测温口与所述挤出口连通。

具体地，作为优选，所述中心电极包括相连的第一嵌入段和第一放电段，所述第一嵌入段贯穿设置在所述中柱上，所述第一放电段的上端与所述中柱的下端连接；多个所述内嵌电极均包括相连的第二嵌入段和第二放电段，所述第二嵌入段嵌入所述外腔体的壁内，所述第二放电段设置在所述外腔体的内壁上并延伸至所述挤出口处；所述第一放电段和所述第二放电段的间距在所述挤出口处达到最小。

具体地，作为优选，所述第一放电段呈柱状体结构，且下端设置成弧形；多个所述第二放电段的壁配合构成与所述第一放电段相适配的结构。

具体地，作为优选，所述第一放电段呈柱状体结构，且下端设置成锥形；多个所述第二放电段的壁配合构成与所述第一放电段相适配的结构。

具体地，作为优选，所述中心电极还包括与所述第一放电段的下端连接的插入体，所述插入体穿入所述挤出口，并与所述挤出口之间形成环形间隙。