一种陶瓷片高压热处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于陶瓷热处理技术领域，特别涉及一种陶瓷片高压热处理装置。
【背景技术】
[0002] 热处理对改善大部分金属和非金属材料的组织性能十分重要，对陶瓷片来说由于 硬度较高，通常采用高压条件下进行热处理从而细化组织粒度，进而改善铁电性能。为缩短 超硬合金、陶瓷等材料高压热处理冷却时间和品质，在日本石川岛播磨重工业株式会社公 开发明专利(专利号：200480030470.7)中提出了一种高压热处理炉，该加热炉内部设置了 压力容器，加热器，绝热壁，绝热盖和冷却片，从而实现内高压条件下加热和快速冷却。
[0003] 再有，在另一已公开的发明专利(专利号：200510064364.7)中，日本人小林慎一提 出了"制造氧化物超导线材所使用的加压热处理装置"，该装置采用加热炉内通氧气和保护 气体的方式实现内高压条件下的氧化物超导线材加热热处理。但这种利用加热炉内通入气 氛实现高压的方法产生的压力有限，且不具备单一方向性，且加热速度慢，结构较为复杂， 能耗高，成本昂贵。目前部分科研人员采用六面顶压机开展了高硬合金或陶瓷更高的压力 热处理工艺，但该设备主要功能是主要是制备超硬材料，压力不具备单一方向性，在压力和 温度稳定性控制上精度有限，对材料尺寸要求苛刻，加上机器成本较为昂贵不适宜推广应 用热处理工艺。
【发明内容】
[0004] (一)要解决的技术问题
[0005] 本发明要解决的技术问题是:针对上述现有陶瓷片高压热处理的缺点，本发明的 目的是基于常见的万能实验机提供一种结构简单、制作和维护成本低、压力定向、能够很好 实现超硬合金或陶瓷片高压热处理的装置及方法
[0006] (二)技术方案
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种陶瓷片高压热处理装置，包括：
[0008] -试验机，所述试验机包括相对设置的横梁、底座，在底座和横梁之间设有上模、 下模，所述上模带有凸台，所述下模带有用于放置陶瓷片的凹槽，在进行热处理时，所述上 模在外力作用下朝向所述下模移动，使得上模上的凸台与下模上的凹槽间隙配合，所述陶 瓷片的外部形成有一保温罩；
[0009] -温度传感器，与所述上模相连，用于测量上模端部温度；
[0010] -感应加热器，用于对所述陶瓷片进行加热；
[0011] -应变传感器，与陶瓷片相连，用于测量陶瓷片位移变化，并反馈压力值；
[0012] -应变PID控制器，与所述应变传感器、试验机的控制器相连接，用于根据接收到 的所述应变传感器的信号来向试验机的控制器发送控制信号，以使得所述试验机的控制器 来控制上模的下行位移；
[0013] 压力调节与厚度应变ε满足如下公式：
[0014] ρ = ΒΕε (1)
[0015]式中：模型系数Β为常数;ρ为压力(MPa) ;Ε为陶瓷片弹性模量(MPa); ε为陶瓷片反 馈的应变值；
[0016] 弹性模量Ε随温度而线性降低，满足如下公式：
[0017] E = CT+D (2)
[0018] 压力调节与厚度应变ε和弹性模量E满足如下公式：
[0019] p = B(CT+D)e (3)
[0020] 式中：C和D是与材料有关的常数，T为保温温度（°C);
[0021 ] -温度PID控制器，与温度传感器和感应加热器相连接，用于接收温度传感器发送 的温度信号，并根据接收的温度信号来调节所述感应加热器的加热温度，使加热温度达到 预设温度；
[0022]加热温度与加热时间t、输入电流1(A)和工作频率f (kHz)满足如下公式：
[0024] 式中：模型系数A、a、b、c为常数;P为实验样品陶瓷片密度(kg/cm3);C为实验样品 陶瓷片比热(J/(kg · °C));Tt(°C)为加热时间t(s)后样品陶瓷片温度;To为初始温度。
[0025] 优选地，所述上模通过第一外螺纹与上模座相连，上模座通过螺纹与试验机中梁 连接;所述下模通过第二外螺纹与下模座相连接，所述下模座通过法兰与试验机的底座连 接。
[0026] 优选地，所述感应加热器包括感应铜管、冷却水，所述感应铜管用于对陶瓷片进行 加热;所述冷却水设置在感应铜管的周围，用于实现感应铜管的温度均匀变化。
[0027] 优选地，所述凸台直径19mm，高度为3.2mm，凹槽直径20mm，凹槽深度为3mm，所述陶 瓷片的直径范围为〇_18mm，厚度范围为0-3mm。
[0028](三)有益效果
[0029]上述技术方案具有如下优点：本发明根据不同陶瓷热处理工艺要求调节压力和温 度，提升加热温度控制灵活性，并在厚度方向上产生高压，从而使其高压热处理过程材料组 织更为细化和择优取向分布，简化高压热处理工艺，提高高压热处理效率。
[0030] 与现有技术相比较，本发明的优点是：
[0031] 1、采用感应加热，提高了加热速度；
[0032] 2、上下模具利用凸台和凹槽配合，通过机械装置能够产生Gpa级别的高压，结构简 单，成本低廉，易于维护。
[0033] 3、基于通用的万能试验机设计模具，实现高压热处理，工艺简单，易于操作。
【附图说明】
[0034]图1是本发明的一种实施例的结构示意图；
[0035]图2是图1中的模具示意图。
[0036] 图中：1-顶梁，2-滑道，3-横梁、4-上模座、5-温度PID控制器，6-应变PID控制器，7-上模，8-感应铜管，9-冷却水，10-温度传感器，11-应变传感器，12-陶瓷片(样品），13-下模， 14-下模座，15-法兰，16-底座，17-第一外螺纹，18-第二外螺纹，19-保温罩，20-盲孔，21-通 道。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0038] 如图1-2所示，为本发明的一种实施例的结构示意图，本实施例的陶瓷片高压热处 理装置，包括：
[0039] -试验机，所述试验机包括相对设置的横梁3、底座16、顶梁1、滑道2,在底座16和 横梁3之间设有上模7、下模13,所述上模7带有凸台，所述下模13带有用于放置陶瓷片12的 凹槽，在进行热处理时，所述上模7在外力作用下朝向所述下模13移动，使得上模7上的凸台 与下模13上的凹槽间隙配合，所述陶瓷片12的外部形成有一保温罩19;
[0040] -温度传感器10，与所述上模7相连，用于测量上模7端部温度；
[0041] -感应加热器，用于对所述陶瓷片12进行加热；
[0042] -应变传感器11，与陶瓷片12相连，用于测量陶瓷片位移变化，并反馈压力值；
[0043] -应变PID控制器6,与所述应变传感器11、试验机的控制器相连接，用于根据接受 到的所述应变传感器11的信号来向试验机的控制器发送控制信号，以使得所述试验机的控 制器来控制上模7的下行位移；
[0044]压力调节与厚度应变ε满足如下公式：
[0045] ρ = ΒΕε (1)
[0046]式中：模型系数Β为常数;ρ为压力MPa;E为陶瓷片弹性模量MPa; ε为陶瓷片反馈的 应变值；
[0047] -温度PID控制器5，与温度传感器10和感应加热器相连接，用于接收温度传感器 发送的温度信号，并根据接收的温度信号来调节所述感应加热器的加热温度，使加热温度 达到预设温度；
[0048] 弹性模量Ε随温度而线性降低，满足如下公式：