[发明专利]一种高温烧结用的微波盛料装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于陶瓷工具件高温烧结的微波盛料装置。

背景技术

陶瓷烧结是决定陶瓷最终质量的关键工序。目前广泛使用的电阻加热炉，利用发热体热量的辐射和传导，通过加热炉壁内的加热元件的热辐射让内部的陶瓷件被加热到其烧结温度。但陶瓷导热性能差，坯体里外温度上升的不一致，要能完全加热炉膛内的陶瓷材料，必须使整个炉膛的温度达到设定温度。同时，为了产生无裂缝的产品，避免内外温差大造成的影响，需要一个缓慢的烧结过程，往往需持续数几个小时的时间。研究表明，这种加热方式会有80%以上的能量损失在周围环境中，是能耗非常大的加热方法。并且，在长时间高温加热下，陶瓷烧结件也常会发生热分解或组分扩散变化。

国内外已研制出用微波烧结陶瓷的设备及方法来代替传统的热源，用于烧结各种高品质陶瓷工具，如氮化硅、氧化铝、氮化铝、氧化锆、碳化钛等。当微波穿过陶瓷时，其部分能量可被吸收，转化为热，致使工件整体加热。根据微波加热原理，均匀混合的物料或预先压制成型的料坯，通过自身对微波能量的吸收（或耗散）达到一定的高温，从而引发合成反应或完成烧结过程。这使得微波加热可实现快速均匀的加热。在减少加热温度和时间的条件下，这可导致在细化晶粒组织的同时，获得更高的工件的致密度。

然而，尽管这一技术已展现出了常规烧结技术无法比拟的优点，预示了它具有广泛的发展前景。但微波烧结技术在工业化应用上仍还处于初期阶段。微波烧结技术保温装置设计较常见的是将全部碳化硅，或活性碳的吸微波粉体置于保温装置内一个的内腔中，或者是将碳化硅棒固定在坩埚四周。烧结制备陶瓷工具材料的过程中需要的高烧结温度，如烧结Al₂O₃ 和 TiC、SiN的工具件时常需在1600-2000℃。这样的烧结要求对专用微波盛料加热腔装置设计提出了更为苛刻的要求，特别是当微波盛料加热载体量较高时。目前微波盛料加热装置仍存在应用问题。主要的问题包括:

1）难以达到高达1800℃的烧结温度，升温速度缓慢，加热速度不易控制；且高温阶段温度不均匀，继续加热升温困难，微波炉需要额外更高的功率增加。

2) 在微波加热和冷却过程中，特别是在微波高温烧结陶瓷工具时，盛装微波吸收物料的刚玉坩埚，经常发生开裂。

3）在高温烧结后，粉床内微波吸收粉体焊合成大团，影响粉体与烧结后收缩的陶瓷件表面间的密切接触，导致工件的不均匀和不充分加热。

4）在高温烧结阶段，如大于1500℃，陶瓷件的部分组成相分解或氧化，烧结件的最终密度降低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能够有效保温，加热均匀、升温可控的微波盛料装置。

为了达到上述目的，本发明提供了一种高温烧结用的微波盛料装置，该微波盛料装置内部设有微波受体粉床，工件置于微波受体粉床内进行烧结；其中，微波受体粉床外周由内至外依次设有内层耐热陶瓷砌片槽、外层耐热陶瓷砌片槽和保温层；内层耐热陶瓷砌片槽、外层耐热陶瓷砌片槽和保温层上端开口；内层耐热陶瓷砌片槽和外层耐热陶瓷砌片槽之间填充有外层微波接受粉体；保温层上端开口处设有外层保温盖；外层保温盖上设有红外测温孔，与微波受体粉床相连通。

内芯微波接受粉体采用氧化铝、石墨和活性炭以体积比70:15:15组成的混合粉末；外层微波接受粉体采用碳化硅、石墨和活性炭以体积比60:20:20组成的混合粉末。

外层微波接受粉体还可包括微量的高微波损耗材料粉末；高微波耗损材料选自Fe₃O₄、SnO₂、MnO₂或Cr₂O₃；所述高微波损耗材料粉末占外层微波接受粉体总重量的1%。

内芯微波接受粉体和外层微波接受粉体的粒径大小为微米级。

上述保温层由内至外依次包括氧化铝纤维棉层、氧化铝泡沫砖层和莫来石箱体；外层保温盖采用莫来石盖。

内层耐热陶瓷砌片槽、外层耐热陶瓷砌片槽、氧化铝纤维棉层、氧化铝泡沫砖层和莫来石箱体均呈方形，且上端开口。

氧化铝泡沫砖层上端开口处设有氧化铝纤维棉盖；氧化铝纤维棉盖位于莫来石盖下方；氧化铝纤维棉盖上设有红外测温孔，莫来石盖上的红外测温孔通过氧化铝纤维棉盖上的红外测温孔与微波受体粉床相连通。

上述红外测温孔的孔径大小为10mm。

内层耐热陶瓷砌片槽和外层耐热陶瓷砌片槽采用氧化铝、氮化硼或氮化硅片交错堆砌而成。