真空氫氣燒結爐的製作方法
2023-04-24 14:17:56 2
專利名稱：真空氫氣燒結爐的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於燒結設備，具體是用於人工金剛石合成材料的一種真空氫氣燒結爐。
背景技術：
我國人造金剛石行業自從工業化以來，一直採取用鎳基片狀觸媒做主要生產材料(鎳含量為70％，其餘為鈷、錳)，一般在空氣中加熱或充保護氣體的燒結爐中繞結，含雜質多，達不到高質量的要求，同時由於國內鎳材料從2003年以來市場價格不斷增漲，大大增加了金剛石的生產成本，另外片狀工藝只局限生產中檔金剛石。而國外早在九十年代初就實現了向鐵基粉末觸媒生產金剛石的轉化。鐵基粉末觸媒生產金剛石(鐵含量為70％，其餘為鎳鈷錳等)，一方面降低了金剛石的成本，另一方面又大大提高了高檔金剛石所佔比例。但由於鐵基粉末觸媒生產金剛石的工藝採用普通的燒結爐燒結，工藝複雜還很難保證質量，因此國內雖然早有對相關技術的研究，卻仍未達到工業化的技術要求。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種真空氫氣燒結爐，由爐體、爐膽、真空系統、充氣系統、風冷系統及水冷系統組成。其特徵在於所述真空氫氣燒結爐為單室燒結爐，在爐體2內安裝爐膽3、爐體2前面為爐門1，爐體2後部為風冷裝置4，在爐體2頂部安裝有安全閥7和旁路抽氣口5，氣體進口6設置在爐體2下部，加熱元件8由電絕緣材料95瓷固定在爐膽3內壁，料臺9支撐在爐膽3內下部，隔熱層10包在爐膽3外周。在爐體2的側面設有主抽氣口並和由串連的氣動閥11、手動閥12、羅茨泵13和旋片泵14組成的真空系統連接；旋片泵14排氣口通過氫氣稀釋裝置17分別和爐體2連接；和流量計16、電磁閥15連接。
所述爐體為雙層水冷結構。
所述加熱元件採用石墨棒。
所述隔熱保溫層採用碳氈、陶瓷氈和柔性石墨分層包裹。
本實用新型的有益效果是人造金剛石粉末合成塊經真空氫氣爐還原燒結處理後得到了充分的還原；同時由於真空脫氣作用，使材料中殘留的氣體的部分雜質被揮發，材料純度提高。在合成金剛石的過程中工藝穩定性和重複性好；人造金剛石粉末合成塊經真空氫氣爐還原燒結處理後得到了充分的還原，動作控制採用可編程序控制器，除裝、卸料外，實現全自動操作，同時備有手動作業系統。
相同腔體的單產較常規工藝提高30％；人造金剛石的體積轉化率由傳統工藝的1.0-1.2ct/cm3，提高到1.6-1.8ct/cm3；粒度集中50/60目以粗可達75％，SMD級人造金剛石可達35-40％，SMD25可達20％左右；相同腔體40/60比例要提高10％；顏色好金剛石品質透明度好，經檢測比較，比常規工藝提高30％；高檔料所佔比例高，≥12g以上較常規工藝提高20％；低檔料所佔比例低，相同腔體，低檔料較常規工藝降低15％；電能消耗低，相同腔體，單塊可節約0.5度電；
圖1為真空氫氣燒結爐。
圖2為真空系統和充氣系統結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型提供一種真空氫氣燒結爐。圖1所示真空氫氣燒結爐為單室燒結爐，在爐體2內安裝爐膽3、爐體2前面為爐門1，爐體2後部為風冷裝置4，安全閥7和旁路抽氣口5在爐體2頂部，氣體進口6設置在爐體2下部，石墨棒加熱元件8由電絕緣材料95瓷固定在爐膽3內壁，料臺9支撐在爐膽3內下部，隔熱層10由碳氈、陶瓷氈和柔性石墨分層包裹在爐膽3外周；爐體2為雙層水冷結構。所述爐膽採用石墨結構，由隔熱層、加熱元件、料臺等部分組成，維修保養時可整體拆卸。在爐體2的側面設有主抽氣口並和由串連的氣動閥11、手動閥12、羅茨泵13和旋片泵14組成的中真空系統連接；同時有旁路抽氣口7在爐體頂部，用於恆定負壓氣氛燒結。
充氣系統由充氣閥和管路組成，完成爐體置換冷卻充氣及稀釋充氮。配備了包括由充氣電磁閥15和串連的流量計16、電磁閥15並聯組成的送氫系統，同時由充氣電磁閥15和手動閥12並聯組成的充氮系統與送氫系統同時用於加熱時的恆定負壓或脈衝充氣(惰性氣體/H2)(如圖2所示)，實現氣氛燒結。充氣位於爐體的底部中間位置，並有內部氣體輸送管和噴嘴將氣體噴向所處理的材料。
在機械泵排氣口安裝了氫氣稀釋裝置17，並和流量計16、電磁閥15連接(如圖2所示)，稀釋氫氣的氮氣從這裡進入，用氮氣將排出的氫氣稀釋後再行排放，保證了排放安全。
風冷系統包括由電機、離心風扇葉輪、熱交換器和導風裝置組成，可對工件進行2bar快速氣體冷卻。
以智能化溫控儀、可編程序控制器(PLC)、加熱調壓器、真空計及記錄儀為核心構成包括供電、控制、記錄、監視、報警保護功能在內的電控系統。具有真空、氣氛燒結(正壓/負壓)及加壓(絕對壓力0.2MPa)氣冷功能，專門用於人造金剛石粉末合成塊的還原燒結處理。
動作控制採用可編程序控制器，除裝、卸料外，實現全自動操作，同時備有手動作業系統。
溫度控制採用智能化溫控表，實現全自動智能控溫，控溫精度±0.1％，可存儲多條工藝曲線，PID參數可根據溫度變化自動切換，具有PID參數自整定功能。
根據大量的生產實驗表明，採用新工藝後，人造金剛石粉末合成塊經真空氫氣爐還原燒結處理後得到了充分的還原。同時由於真空脫氣作用；使材料中殘留的氣體的部分雜質被揮發，材料純度提高。在合成金剛石的過程中工藝穩定性和重複性好。合成工藝易掌握，調整範圍較窄，比常規工藝操作簡單。操作安全，自動化程度高，工作環境好，改變了原來了金剛石生產中粉塵大的勞動條件，無汙染無公害。
權利要求1.一種真空氫氣燒結爐，由爐體、爐膽、真空系統、充氣系統、風冷系統及水冷系統組成，其特徵在於所述真空氫氣燒結爐為單室燒結爐，在爐體(2)內安裝爐膽(3)、爐體(2)前面為爐門(1)，爐體(2)後部為風冷裝置(4)，在爐體2頂部安裝有安全閥(7)和旁路抽氣口(5)，氣體進口(6)設置在爐體(2)下部，加熱元件(8)由電絕緣材料95瓷固定在爐膽(3)內壁，料臺(9)支撐在爐膽(3)內下部，隔熱層(10)包在爐膽(3)外周；在爐體(2)的側面設有主抽氣口並和由串連的氣動閥(11)、手動閥(12)、羅茨泵(13)和旋片泵(14)組成的真空系統連接；旋片泵(14)排氣口通過氫氣稀釋裝置(17)分別和爐體(2)連接；和流量計(16)、電磁閥(15)連接。
2.根據權利要求1所述真空氫氣燒結爐，其特徵在於所述加熱元件採用石墨棒。
3.根據權利要求1所述真空氫氣燒結爐，其特徵在於所述隔熱保溫層採用碳氈、陶瓷氈和柔性石墨分層包裹。
4.根據權利要求1所述真空氫氣燒結爐，其特徵在於所述爐體為雙層水冷結構。
專利摘要本實用新型公開了屬於燒結設備的用於人工金剛石合成材料的一種真空氫氣燒結爐。該真空氫氣燒結爐為單室燒結爐，在爐體內安裝爐膽、前面為爐門、後部為風冷裝置、石墨棒加熱元件由電絕緣材料95瓷固定在爐膽內壁，隔熱層由碳氈、陶瓷氈和柔性石墨分層包裹在爐膽外周；爐體為雙層壁水冷裝置；中真空系統和爐體側面的主抽氣口連接。人造金剛石粉末合成塊經真空氫氣爐還原燒結處理後得到了充分的還原，材料純度提高；在合成金剛石的過程中工藝穩定性和重複性好；合成工藝易掌握，調整範圍較窄，比常規工藝操作簡單。操作安全，自動化程度高，工作環境好，改變了原來了金剛石生產中粉塵大的勞動條件，無汙染無公害。
文檔編號F27B5/05GK2844815SQ20052012946
公開日2006年12月6日 申請日期2005年10月21日 優先權日2005年10月21日
發明者顧卓明 申請人:北京時創真空工業爐有限責任公司