[发明专利]烧结炉以及基于该烧结炉的硬质合金烧结方法

说明书

本发明提供了一种烧结炉以及基于该烧结炉的硬质合金烧结方法，涉及合金烧结技术领域。所述烧结炉的炉体内部设置有外围包覆电辅助加热层和保温层的烧结盒，同时该烧结炉还设置有微波加热装置、真空装置、快冷装置和惰性气体充气装置。因此，在烧结时可以实现真空条件下，电辅助加热和微波加热的同时加热工作，有效缓解了现有电加热真空烧结炉保温时间长，烧结温度高，合金晶粒长大无法有效控制的问题，或着现有微波烧结炉由于合金制品表面温度低于内部，出现负的温度梯度现象而导致的烧结效果不佳的问题。

技术领域

本发明涉及合金烧结技术领域，尤其是涉及一种烧结炉以及基于该烧结炉的硬质合金烧结方法。

背景技术

硬质合金被称为“工业的牙齿”，我国是世界硬质合金生产大国和消费大国，但我国用于机械加工制造的高精端、高性能数控刀具70％依赖于进口。而超细、纳米晶结构“双高”硬质合金是现代加工工业及特种领域之需，也是硬质合金企业发展的必由之路。

然而，目前传统硬质合金烧结设备是卧式电加热真空(加压)烧结炉，该类型烧结炉都是热传导式脱脂烧结一体炉，其加热方式是通过加热物料表面，物料表里形成温差，物料因内外温度梯度而产生热传递，物料通过热传递而使内外温度平衡从而完成对物料的整体加热的“传导式加热”。烧结时间长达20多个小时，且保温时间长，烧结温度高，热效率低，烧结成本高，合金晶粒长大无法有效控制。

近年来，微波加热烧结炉已经成为合金烧结炉研究的热点。微波加热是物料直接吸收微波使其能量耗损而升温，微波在瞬间穿透物料，使物料内外同时吸收微波、同时被加热的“透射式加热”，是一种没有传热过程的“体加热方式”，具有加热均匀，能耗低，且烧结时间短，烧结成本低，合金粒度分布均匀且无异常长大的优势。

然而微波加热的合金制品由于烧结原理的原因，其与传统硬质合金烧结炉的加热梯度不同。传统硬质合金烧结炉加热过程是通过对流、传导、辐射方式进行，合金制品形成边缘温度高于中心温度的温度梯度，而微波加热的合金制品由于表面的散热作用会产生与常规烧结相反的温度梯度，即合金制品中心区域温度高，边缘区域温度低，合金制品表面散热，使合金制品表面温度低于内部，出现负的温度梯度现象。

正是由于上述负温度梯度的现象所导致，现有的微波烧结炉的烧结效果:合金制品致密度、孔隙度、内部结构等并不理想；微波烧结硬质合金还一直停留于实验炉阶段，未能迈入工业产业化生产。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种烧结炉，所述烧结炉可以实现真空条件下，电辅助加热和微波加热的同时加热工作，有效缓解了现有电加热真空烧结炉保温时间长，烧结温度高，合金晶粒长大无法有效控制的问题，或着现有微波烧结炉由于合金制品表面温度低于内部，出现负的温度梯度现象而导致的烧结效果不佳的问题。

本发明的第二目的在于提供一种基于上述烧结炉的硬质合金烧结方法，该方法有效解决了微波烧结过程中，硬质合金制品中心区域温度高，边缘区域温度低的负温度梯度问题，使得炉膛内各区域温度基本一致；烧结出炉后的硬质合金产品具有一致的硬度分布，WC晶粒细小和分布更均匀的显微组织结构。

本发明提供的一种烧结炉，所述烧结炉包括具有中空腔体的炉体、烧结装置、微波加热装置和真空装置、快冷装置；

其中，所述烧结装置包括设置于炉体内部，用于放置烧结物料的烧结盒以及依次包覆于烧结盒外围的电辅助加热层和保温层；

所述微波加热装置为微波磁控管，微波磁控管安置于炉体顶部及两侧，且均匀交叉分布；

所述真空管道与炉体内部相连通，为炉体内提供真空环境。

进一步的，所述烧结盒主要由氧化铝、多晶莫来石、氮化硅陶瓷或石墨材料制得，优选为纤维板；

优选地，所述电辅助加热层主要由碳纤维、碳复合材料、碳化硅或石墨材料制得；