[发明专利]利用高频感应加热快速制备块体陶瓷材料的装置及方法

权利要求书

1.一种利用高频感应加热快速制备块体陶瓷材料的装置，其特征在于，该装置包括：高频感应加热电源、感应加热线圈、石墨模具、位置可调节样品台、真空计、机械泵、气瓶、循环水冷机、红外测温仪、真空室和循环水路，具体结构如下：

真空室中设置感应加热线圈、石墨模具、位置可调节样品台，位置可调节样品台设置于石墨模具底部，感应加热线圈设置于石墨模具外围，感应加热线圈与真空室一侧的高频感应加热电源电连接；真空室上设置真空计、红外测温仪，真空计的一端伸至真空室内；真空室的另一侧设置机械泵、气瓶、循环水冷机，机械泵和气瓶分别通过不同的管路连至真空室内，循环水冷机分别通过外部的循环水路与真空室外壁和门、高频感应加热电源、感应加热线圈内的循环水路连通。

2.按照权利要求1所述的利用高频感应加热快速制备块体陶瓷材料的装置，其特征在于，真空室正面设有直径为40～80mm的耐高温透明石英玻璃窗口，用于观察设备工作时感应加热线圈、石墨模具和位置可调节样品台的情况，在所述的石英玻璃窗口内部的一侧设有可旋转的金属挡板。

3.按照权利要求1所述的利用高频感应加热快速制备块体陶瓷材料的装置，其特征在于，高频感应加热电源和感应加热线圈形成高频感应加热系统，高频感应加热电源将50Hz的工频电流转换为80～250kHz的高频电流，感应加热线圈是壁厚1～2mm的中空退火高纯紫铜圆管或者方管，感应加热线圈位于真空室的中间位置，其大小可更换用于制备不同尺寸的样品。

4.按照权利要求1所述的利用高频感应加热快速制备块体陶瓷材料的装置，其特征在于，红外测温仪为两个，分别安装在真空室的顶部和侧面；透过直径30～100mm的耐高温石英玻璃窗口来测量石墨模具顶部和侧面的温度，或者在石墨模具顶部和侧面相应位置打孔直接测量样品的温度，其可测温度范围是1000～3000℃，精度为±0.5％。

5.按照权利要求1所述的利用高频感应加热快速制备块体陶瓷材料的装置，其特征在于，循环水冷机、循环水路形成循环水冷系统，循环水冷系统用于导出装置工作过程中多余的热量，采用的冷却液体介质为去离子水，通过空调制冷方法调节控制去离子水的温度，循环冷却水的温度为23～27℃，工作压力为0.15～0.30MPa；并且，循环水冷系统还设置有报警机构，当循环水冷的温度和压力不满足设定的值时，将发出报警声，感应加热电源将停止工作。

6.按照权利要求1所述的利用高频感应加热快速制备块体陶瓷材料的装置，其特征在于，机械泵、罗茨泵、真空计和气瓶形成气氛控制系统，气氛控制系统用于控制烧结气氛和真空度，烧结气氛包括氩气、氦气或氮气，或者结合罗茨泵和机械泵在真空下烧结。

7.一种权利要求1至6之一所述的利用高频感应加热快速制备块体陶瓷材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将陶瓷粉末及烧结助剂均匀混合并过筛，接着将得到的混合粉末压块并冷等静压得到生坯；然后把生坯装入石墨模具内，将石墨模具放在位置可调节样品台上，使生坯位于感应加热线圈中部；将真空室抽真空并充入保护气体，通过工艺调节高频感应加热控制器加热升温烧结得到陶瓷块体材料。

8.按照权利要求7所述的利用高频感应加热快速制备块体陶瓷材料的方法，其特征在于，具体烧结工艺为：第一阶段，利用机械泵将真空室内的真空度抽至小于10Pa，在1600～1800℃保温0.5～2h，所述保温前的升温速率是500～1200℃/min，所述保温后立即充入保护气体；第二阶段，继续升温在2000～2500℃保温1～5h，所述保温前的升温速率为80～120℃/min。