[0049] E = CT+D (2)
[0050] 压力调节与厚度应变ε和弹性模量E满足如下公式：
[0051] p = B(CT+D)e (3)
[0052] 式中：C和D是与材料有关的常数，T为保温温度（°C);
[0053] 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：
[0055] 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。
[0056] -温度ΡID控制器，与温度传感器和感应加热电源上的控制阀相连接，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参数。
[0057]应变PID控制器，与应变传感器和万能实验机上的位移控制面板相连接，接受样品 厚度方向变形量并根据变形量调节试验压力。
[0058]本实施例基于常见的万能试验机，通过加压模具、感应线圈、保温罩及温度和压力 控制系统设计实现陶瓷片高压热处理工艺过程，加热速度快，保温效果好，产生的压力大， 并且压力定向，结构简单，易于操作，有利于微观组织晶粒细化和择优取向，改善综合性能。
[0059] 本发明的压力模具上模7通过第一外螺纹17与上模座4相连，上模座4通过螺纹与 万能实验机中梁连接，上模中心有盲孔20,下部有通道21，通道21用于布置温度传感器10和 应变传感器11;压力模具下模13通过第二外螺纹18与下模座14相连接，下模座14通过法兰 15与万能试验机底座连接;压力模具上模座4端部具有凸台，下模座14端部具有凹槽。当万 能试验机横梁3开始工作下行后，上下模具闭合，凸台与凹槽直径尺寸为间隙配合，凸台直 径19mm，高度为3.2mm，凹槽直径20mm，凹槽深度为3mm，可热处理陶瓷片直径范围为〇-18mm， 厚度范围为〇_3mm。
[0060] 本发明的感应线圈主要包括感应铜管8和冷却水9组成，主要利用感应加热电源输 入工作频率范围10kHz-30kHz的交频电流，电流范围0-150A，电流通过感应线圈后产生交变 磁场，变化的磁场在模具表面产生涡流，由于模具本身是一种电阻，因而能够快速加热，模 具加热后将热量传递给样品，这样陶瓷样品和模具均匀热处理温度后可以进行保温。可以 热处理的温度范围为100-1000 °C，热处理温度范围大，加热速度可以达到50°C/s，加热时间 快，效率高。
[0061] 本发明的保温罩19,结构为多层绝热材质组成，固定在模具外层，当样品加热期 间，保温罩打开，加热完成后，保温罩闭合，开始工作，对样品和模具进行保温。
[0062] 本发明的温度、压力控制及反馈系统主要包括温度传感器10、温度PID控制器、应 变传感器11、压力PID控制器。陶瓷片12放入下模13的凹槽后，通过万能实验机位移控制使 中梁快速下行，带动下模下行，保证凸台与凹槽配合。调整万能实验机工作速度，慢速下行， 下行速度〇.〇〇lmm/ s。当凸台与陶瓷片12接触后，应变传感器测试到厚度方向应变，当应变 值ε与目标压力P满足式（1)时，应变PID控制器发出信号，万能试验机横梁停止下行，开始保 压。保压开始后，温度PID控制器工作，感应加热装置开始工作，模具与样品升温，温度传感 器10每隔3s返回一次温度值，当加热温度T t满足要求后，温度PID控制器发出指令，感应加 热装置停止工作，保温罩19闭合，开始对样品和模具进行保温。当保温保压结束后，保温罩 打开，万能试验机横梁上行，压力模具分开，取出样品，高压热处理工艺完成。
[0063] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换 也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种陶瓷片高压热处理装置，其特征在于，包括： 一试验机，所述试验机包括相对设置的横梁(3)、底座（16)，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)的外部形成有一保溫罩(19); 一溫度传感器（10)，与所述上模(7)相连，用于测量上模(7)端部溫度； 一感应加热器，用于对所述陶瓷片（12)进行加热； 一应变传感器(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； 一应变PID控制器(6)，与所述应变传感器（11)、试验机的控制器相连接，用于根据接收 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，W使得所述试验机的 控制器来控制上模(7)的下行位移； 压力调节与厚度应变e满足如下公式： P =肥 e (1) 式中：模型系数B为常数;P为压力(M化）；E为陶瓷片弹性模量(M化）；e为陶瓷片反馈的 应变值； 弹性模量E随溫度而线性降低，满足如下公式： E = CT+D (2) 压力调节与厚度应变e和弹性模量E满足如下公式： p = B(CT+D)e (3) 式中:C和D是与材料有关的常数，T为保溫溫度rc); 一溫度PID控制器，与溫度传感器（10)和感应加热器相连接，用于接收溫度传感器发送 的溫度信号，并根据接收的溫度信号来调节所述感应加热器的加热溫度，使加热溫度达到 预设溫度； 加热溫度与加热时间t、输入电流I(A)和工作频率f化Hz)满足如下公式：式中：模型系数A、a、b、c为常数;P为实验样品陶瓷片密度化g/cm3);c为实验样品陶瓷片 比热QAkg- °C));Tt(°C)为加热时间t(s)后样品陶瓷片溫度;To为初始溫度。2. 根据权利要求1所述的陶瓷片高压热处理装置，其特征在于，所述上模(7)通过第一 外螺纹（17)与上模座(4)相连，上模座(4)通过螺纹与试验机中梁连接;所述下模（13)通过 第二外螺纹（18)与下模座（14)相连接，所述下模座（14)通过法兰（15)与试验机的底座（16) 连接。3. 根据权利要求1所述的陶瓷片高压热处理装置，其特征在于，所述感应加热器包括感 应铜管(8)、冷却水(9)，所述感应铜管(8)用于对陶瓷片（12)进行加热;所述冷却水(9)设置 在感应铜管(8)的周围，用于实现感应铜管(8)的溫度均匀变化。4. 根据权利要求1所述的陶瓷片高压热处理装置，其特征在于，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（12)的直径范围为O-ISmm,厚度范 围为0-3mm。
【专利摘要】本发明公开了一种陶瓷片定向高压热处理装置，包括：感应加热装置，具有感应加热电源，感应线圈和制冷水，所述感应加热器设有调节阀，用于给模具加热；加压模具，通过上下模座固定在万能试验机上；温度传感器，与所述加压模具相连接；光学应变片与带材侧壁相连；温度PID控制器，与温度传感器和感应加热器上的控制阀相连接，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感应加热器参数；压力PID控制器，与应变传感器和万能实验机上的位移控制面板相连接。本发明根据不同材料厚度、保温温度及保压保温时间理所需温度和时间调整感应加热参数和压力，实现厚度方向上单一高压的加压热处理。
【IPC分类】C21D1/42, C04B41/80
【公开号】CN105646001
【申请号】
【发明人】包立, 齐西伟, 梅瑞斌
【申请人】东北大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月18日