放電等離子熱壓燒結爐由爐體、爐蓋、保溫桶、熱壓裝置、發(fā)熱體和電源、真空系統(tǒng)、水冷卻系統(tǒng)及測溫系統(tǒng)等組成。
(1)爐體全部采用不銹鋼制造,為雙層結構,分內外桶體,爐底封頭采用旋壓工藝加工。因為熱壓裝置產生的力要由爐體承受,爐體必須具有很高的強度和足夠的剛度,在外力和高溫下不得變形。爐底動密封裝置的固定座中心線與爐體上法蘭盤必須垂直,以保證下頂桿運動的直線度。動密土封裝置固定座有良好的冷卻條件,以延長密封件的使用壽命。
(2) 爐蓋由爐蓋體、舉起油缸(在圖上未標出)和上壓頭組成。爐蓋為雙層結構,為承受下頂桿傳遞的壓力,必須具有足夠的強度和剛度。上壓頭的下端工作時處于高溫區(qū),必須強制冷卻。
(3) 保溫桶由隔熱桶、反射桶、保溫層及桶體組成,分別用石墨、鉬片、石墨氈和不銹鋼制作。用鉬片制作的反射桶主要抵御由發(fā)熱元件產生的輻射熱,以免損害保溫層和爐體
(4)熱壓裝置由液壓站、油缸、舉起油缸、下頂桿及 控制器 組成。液壓站有兩路壓力輸出,一是驅動爐蓋上下運動,二是驅動熱壓油缸運動。熱壓油缸的控制有兩種方式,手動或自動。自動運行時,可根據設定的壓力自動保壓,使制品始終處于恒壓狀態(tài)。油缸運動的速度調節(jié)范圍為50~300mm/min。熱壓油缸在有載工作時必須具有較高的穩(wěn)定性,不能抖動。制備高質量的產品,熱壓油缸的運動質量是重要的條件之一。下頂桿是*一個在高溫區(qū)有載運動的零件,承受高壓和高溫的作用,又要在高溫區(qū)運動。要求它既不能變形,又不能在高溫環(huán)境下氧化。因此它必須具有良好的冷卻條件和動密封性能。整個爐體內的極限真空度在很大程度上取決于下頂桿動密封的情況。這是該爐的關鍵技術之一,要達到良好的動密封性能有很高的難度,這是不少研制者失敗的原因之一。為保證極低的漏氣率,一方面要提高加工精度,另一方面要選用適宜的密封材料。在該爐中,選擇聚四氟乙烯作為動密封材料。其特點是能耐300℃高溫、耐烘烤、放氣率低、耐磨損,而且具有良好的潤滑性能。密封圈的幾何形狀,是根據爐子在正、負壓狀態(tài)設計的。正壓狀態(tài)時,正壓氣室的氣壓使A圈抱緊下頂桿;負壓時,負壓氣室的氣流使B圈收縮,抱緊下頂桿。
(5) 發(fā)熱體和電源由發(fā)熱體、托盤、引入電極、干式 變壓器 、可控硅電壓調節(jié)器組成。
發(fā)熱元件是爐子的關鍵部件,由托盤、發(fā)熱體組成,全部用高碳石墨加工。在發(fā)熱電源功率一定的情況下,爐子的溫度取決于發(fā)熱元件的幾何形狀和尺寸。
引入電極由中心導體、上絕緣體、下絕緣體、上密封圈和下密封圈組成。該電極為低電壓大電流結構,它不但起導電作用,還起到支撐發(fā)熱體的作用。發(fā)熱體托盤的溫度直接傳給中心導體,必須有良好的冷卻條件。中心導體內制成空心并設回水管,以保障水的流動不出現短路現象。電極的絕緣材料不僅有良好的絕緣性能,還必須具有耐高溫、耐烘烤的性能。該電極的絕緣套選擇聚四氟乙烯材料,具有良好的耐熱及絕緣性能,工作溫度可達300℃,可用于超高真空系統(tǒng),無熱塑性,真空中的滲透率和放氣性都很小。
(6) 放電等離子熱壓燒結爐真空系統(tǒng)由真空閥門、擴散泵、旋片式真空泵、管路及真空測量儀表構成。該系統(tǒng)是在爐體的漏率達到zui低極*,能保證爐子正常工作的關鍵。能否實現高真空度取決于真空泵的抽速、閥門的密封性、管路的密封和漏率性能能否達到要求。該爐中選擇的旋片式真空泵抽氣速率15L/S,極限真空度5╳10-4Pa;擴散泵抽氣速率800 L/S,極限真空度7╳10-7 Pa。管路采用放氣率低的硅橡膠管。