一种内加热式的温等静压装置及温等静压方法与流程

本发明涉及新材料温等静压技术领域，尤其涉及一种内加热式的温等静压装置及温等静压方法。

背景技术：

等静压技术是一种利用密闭高压容器内制品在各向均等的超高压压力状态下成型的超高压液压先进设备。等静压技术按成型和固结时的温度高低，分为冷等静压、温等静压、热等静压三种不同类型。

温等静压是在一定的温度条件下，对粉末材料施加各向均等的压力，进行成形的工艺技术。作为粉末材料成形的良好途径，具有提高复合材料成形部件性能，改善成形均匀性、增加材料利用率、降低成本等优势。随着新材料行业的不断进步以及温等静压工艺的不断成熟，温等静压技术已从军工等尖端领域逐步过渡到民用行业，如工程材料成形、粉末材料成形、混合层压等。

温等静压设备是实现温等静压工艺的载体，目前，温等静压工艺的实现方式为：将待压物料放入高压容器内，然后将具有一定温度的工作介质油充入高压容器，将端盖关闭形成密闭容器。通过增压器将具有同样温度或略高温度的工作介质油充入高压容器进行增压，待压物料在工作介质油中一定温度及压力作用下，完成成形过程。

从上述原理可知，温等静压的温度控制完全依赖于预热的工作介质油，介质油在管路中以及高压容器中均存在一定的热量损失，会引起油温的降低，进而导致整个温等静压工艺过程温度不稳定。且由于油温存在一定的温度梯度，会造成整个容器内部温度不均匀，进而影响压制产品的均匀性。因此，在进行温等静压工艺时，如何精确地控制温度、并始终保持整个压制过程中的温度均匀性，成为温等静压技术的关键，现有温等静压设备无法满足上述需求。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明提供一种内加热式的温等静压装置和温等静压方法，能够提高温等静压温度控制的精准度及温度均匀性，从而提升温等静压材料的性能。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明公开了一种内加热式的温等静压装置，包括承压容器、加热单元、加压单元和隔离单元；承压容器包括筒体以及筒体密封件；加热单元包括发热体和引电电极，发热体下端与引电电极连接；引电电极安装于下塞内部；加压单元用于向承压容器内加压；隔离单元包括隔热屏和隔热底座，隔热屏为倒u型，隔热底座上方设有料框，隔热屏和隔热底座围成的区域为加热区。

在一种可能的设计中，加压单元至少包括两个结构相同的增压器，增压器的出口管道穿过筒体密封件和隔热底座进入加热区，出口管道倾斜设置且其中心线交。

在一种可能的设计中，加压单元至少包括两个结构相同的增压器，两个增压器在筒体内的管道分别连接有第一旋转导流筒和第二旋转导流筒；第一旋转导流筒和第二旋转导流筒上均设有第一导流孔。

在一种可能的设计中，第一旋转导流筒和第二旋转导流筒上分别设有第一喷头和第二喷头，第一喷头和第二喷头沿圆周方向均设有第二导流孔。

进一步地，承压容器内部的压力为10～300mpa，温度为50～300℃。

进一步地，料框包括上盖和底框，且料框形状为圆柱形，底框的侧壁上设有多个用于流通加热介质的通孔，底框内放置待压式样。

进一步地，筒体密封件包括上塞和下塞，增压器引电电极穿过下塞延伸至加热区内。

另一方面，本发明提供了一种内加热式的温等静压方法，采用上述的内加热式的温等静压装置，该温等静压方法包括以下步骤：

s1.将待压物料放入料框并将料框放置于隔热底座上，用筒体密封件将承压容器密封；

s2.向承压容器中注入加热介质，加热介质注满后利用加压单元和加热单元分别对加热介质进行增压和加热，待加热介质的温度和压力达到设定数值后对承压容器进行保温保压，然后对待压物料进行压制；

s3.待物料压制完成后，对承压容器进行降温和卸压，获得温等静压产品。

另一方面，本发明还提供了一种内加热式的温等静压方法，采用上述的内加热式的温等静压装置，该温等静压方法包括以下步骤：

s1’.将待压物料放入料框并将料框放置于隔热底座上，用筒体密封件将承压容器密封；

s2’.利用两个增压器的倾斜出口管道向承压容器中注入加热介质，加热介质在倾斜出口管道出口处进行交汇和涡流；同时利用加热单元对加热介质进行加热，待加热介质的温度和压力达到设定数值后对承压单元进行保温保压，然后对待压物料进行压制；

s3’.待物料压制完成后，对承压容器进行降温和卸压，获得温等静压产品。

再一方面，本发明还提供了一种内加热式的温等静压方法，采用上述的内加热式的温等静压装置，该温等静压方法包括以下步骤：

s1”.将待压物料放入料框中，然后将料框放置于隔热底座上，用筒体密封件的上塞将承压容器密封；

s2”.加热介质通过两个增压器上的第一导流孔和第二导流孔进入加热区，并在承压容器内形成涡流，同时利用加热单元对加热介质进行加热，待加热介质的温度和压力达到设定数值后进行保温保压，然后对待压物料进行压制；

s3”.待物料压制完成后，对承压容器进行降温和卸压，获得温等静压产品。

进一步地，料筐的材质为不锈钢；发热体的形状为丝状、棒状或带状，材质为铁铬铝。

本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)与现有技术相比，本发明的加热单元设置在筒体内部，这种设置方式能够对加热介质直接加热，避免了介质油在管路及承压容器内的热量损失，进而保证介质油处于温度均匀稳定的状态，最终保证压制产品性能的均匀性。

(2)通过将两个增压器的出口管道倾斜设置，能够使介质油在两个出口管道处发生汇流并产生扰动，扰动能够保证不同的介质油与加热体进行接触，从而使处于隔热屏内部的介质油处于温度均匀性良好的环境中，从而避免在承压容器内产生温度梯度，最终保证温等静压装置能够满足高均匀性温等静压产品的成形要求。

(3)本发明将结构相同的两个增压器分别连接有第一旋转导流筒和第二旋转导流筒，且第一旋转导流筒和第二旋转导流筒上均设有第一导流孔，第一导流孔沿第一旋转导流筒和第二旋转导流筒环向方向上均匀分布；当两个增压器开始工作时，第一旋转导流筒和第二旋转导流筒绕其内部的旋转轴转动，第一旋转导流筒和第二旋转导流筒内的介质油受离心力的作用开始通过第一导流孔甩出并形成旋流和扰动，受到扰动的介质油能够充分的被加热体进行加热并进行充分的混合，从而避免在承压容器内产生温度梯度，进而保证承压容器内部加热介质的温度均匀性。

(4)通过在第一喷头和第二喷头上设置第二导流孔，第二导流孔沿第一喷头和第二喷头的环向方向上呈散射状分布；当介质油经第二导流孔均匀的喷出到加热区，当第一喷头和第二喷头随着第一旋转导流筒和第二旋转导流筒旋转时，从第二导流孔喷出的介质油同样能够形成进一步扰动，受到扰动的介质油能够充分的被加热和被混合，从而保证承压容器内部加热介质的温度均匀性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书实施例以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为实施例1提供的内加热式的温等静压装置的承压容器及内部结构示意图。

附图标记：

其中：1-待压物料；2-加热介质；3-料框；4-发热体；5-隔热屏；6-隔热底座；7-下塞；8-上塞；9-筒体；10-电极；11-增压器。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明公开了一种内加热式的温等静压装置，如图1所示，包括承压容器、加热单元、加压单元和隔离单元；承压容器包括筒体9以及筒体密封件；隔离单元包括隔热屏5和隔热底座6，其中，隔热屏5为倒u型，隔热底座6上方设有料框3，隔热屏5和隔热底座6围成的区域为加热区；加热单元包括发热体4和引电电极10，发热体4下端与引电电极10连接；引电电极10穿过筒体9下端的筒体密封件和隔热底座6；加压单元用于向承压容器内加压。

具体地，筒体9的上端和下端分别设有筒体密封件，筒体密封件用于保证筒体9内部形成密封性良好封闭空间，筒体9内部设有加压单元、加热单元和隔离单元，其中，加压单元用于使承压容器内的加热介质2处于一定的压力条件下；隔离单元包括隔热屏5和隔热底座6，隔热底座6设于筒体9下方，且隔热屏5呈倒u型套装在隔热底座6上；引电电极10固定于筒体密封件和隔热底座6上，发热体4的下端固定于引电电极10上，发热体4通过与引电电极10连接，进而产生热量并加热介质2油，使介质油处于一定的温度条件下；隔热底座6上方设有料框3，料框3由上盖和底框组成，底框的侧壁上设有多个通孔，具有一定温度和压力的介质油通过通孔流入和流出料框3，从而对料框3内的物料进行加热和加热。

与现有技术相比，本发明在筒体9内部设置加热单元，能够对加热介质2直接加热，避免了介质油在管路及承压容器内的热量损失，进而保证介质油处于温度均匀稳定的状态，从而最终保证压制产品性能的均匀性。

为了对待压物料1进行均匀的温等静压，通过上述增压器使承压容器内部的压力范围为10～300mpa；通过发热体4加热介质2油，使其温度范围为50～300℃。

为了保证承压容器的密闭性，上述筒体密封件包括上塞8和下塞7，引电电极10穿过下塞7延伸至加热区内。

为了延长承压容器的使用时间，上述承压容器为圆筒形，材质为优质合金钢，如优选34crni3mov等，其尺寸可根据实际生产需求进行设计。

由于本发明的装置为温等静压装置，工作过程中各个部件均需要承受一定的压力，为了保证隔热效果和延长隔热屏5的使用时间，本发明的隔热屏5采用金属层和保温层进行复合，以达到隔热要求及强度要求。另外，隔热屏5的尺寸可以需根据工作温度以及承压容器的尺寸等参数进行调整。

本实施例的发热体4有丝状、棒状、带状等几种形式，其材质有铁铬铝，其具体尺寸、形状等参数可以根据热等静压设备的温度要求进行热力学计算而设计确定；另外，本实施例的料筐的材质为不锈钢。

实施例2

本实施例提供了一种内加热式的温等静压装置，其结构与实施例1的内加热式的温等静压装置结构基本相同，其区别仅在于加压单元至少包括两个增压器11，两个增压器11的出口管道穿过筒体密封件和隔热底座6进入加热区，出口管道倾斜设置且其中心线交。

具体地，两个增压器11分别设有出口管道，出口管道穿过承压容器底部的筒体密封件和隔热底座6进入加热区，两个出口管道相向倾斜设置，即两个出口管道的中心线相交。

与现有技术相比，通过将两个增压器11的出口管道倾斜设置，当介质油通过两个增压器11的出口管道进入加热区后，介质油在两个出口管道的出口处发生汇流并产生扰动，扰动能够保证不同的介质油与加热体进行接触，避免承压容器内产生温度梯度，进而使介质油处于温度均匀性良好的环境中，最终保证该温等静压装置能够满足高均匀性温等静压产品的成形要求。

实施例3

本实施例提供了一种内加热式的温等静压装置，其结构与实施例1的内加热式的温等静压装置结构基本相同，其区别仅在于加热单元至少包括两个增压器，两个增压器在筒体9内的管道上分别连接有第一旋转导流筒和第二旋转导流筒；第一旋转导流筒和第二旋转导流筒上均设有第一导流孔。

具体地，两个增压器分别连接有第一旋转导流筒和第二旋转导流筒，且第一旋转导流筒和第二旋转导流筒上均设有第一导流孔，第一导流孔沿第一旋转导流筒和第二旋转导流筒环向方向上均匀分布；当两个增压器开始工作时，第一旋转导流筒和第二旋转导流筒绕其内部的旋转轴转动，第一旋转导流筒和第二旋转导流筒内的介质油受离心力的作用开始通过第一导流孔甩出并形成旋流和扰动，受到扰动的介质油能够充分的被加热和被混合，进而保证承压容器内部加热介质2的温度均匀性。

需要说明的是，第一旋转导流筒和第二旋转导流筒上对应的设有第一喷头和第二喷头，第一喷头和第二喷头为圆形且沿圆周方向上设有第二导流孔。

具体地，在第一旋转导流筒的顶部设有第一喷头，第二旋转导流筒的顶部设有第二喷头；第一喷头和第二喷头上均设有第二导流孔，第二导流孔沿第一喷头和第二喷头的环向方向上呈散射状分布；当介质油经第二导流孔均匀的喷出到加热区且当第一喷头和第二喷头随着第一旋转导流筒和第二旋转导流筒旋转时，从第二导流孔喷出的介质油同样能够形成一定的扰动，受到扰动的介质油能够充分的被加热体进行加热并进行充分的混合，进而使承压容器内部加热介质2不会产生温度梯度，保证温度均匀性。

实施例4

一方面，本实施例提供了一种内加热式的温等静压方法，采用实施例1提供的内加热式的温等静压装置，该温等静压方法包括以下步骤：

s1.将待压物料放入料框并将料框放置于隔热底座上，用筒体密封件将承压容器密封；

s2.向承压容器中注入加热介质，加热介质注满后利用加压单元和加热单元分别对加热介质进行增压和加热，待加热介质的温度和压力达到设定数值后对承压容器进行保温保压，然后对待压物料进行压制；

s3.待物料压制完成后，对承压容器进行降温和卸压，获得温等静压产品。

实施例5

本实施例还提供了一种内加热式的温等静压方法，采用实施例2提供的内加热式的温等静压装置，该温等静压方法包括以下步骤：

s1’.将待压物料放入料框并将料框放置于隔热底座上，用筒体密封件将承压容器密封；

s2’.利用两个增压器的倾斜出口管道向承压容器中注入加热介质，加热介质在倾斜出口管道出口处进行交汇和涡流；同时利用加热单元对加热介质进行加热，待加热介质的温度和压力达到设定数值后对承压单元进行保温保压，然后对待压物料进行压制；

s3’.待物料压制完成后，对承压容器进行降温和卸压，获得温等静压产品。

实施例6

本实施例还提供了一种内加热式的温等静压方法，采用实施例3提供的内加热式的温等静压装置，该温等静压方法包括以下步骤：

s1”.将待压物料放入料框中，然后将料框放置于隔热底座上，用筒体密封件的上塞将承压容器密封；

s2”.加热介质通过两个增压器上的第一导流孔和第二导流孔进入加热区，并在承压容器内形成涡流，同时利用加热单元对加热介质进行加热，待加热介质的温度和压力达到设定数值后进行保温保压，然后对待压物料进行压制；

s3”.待物料压制完成后，对承压容器进行降温和卸压，获得温等静压产品。

实施例7

本实施例采用实施例1提供的内加热式的温等静压装置和实施例4提供的温等静压方法对氧化锆陶瓷流延片进行温等静压成型，其具体过程及有益效果如下：

s1.制备氧化锆陶瓷流延片，将氧化锆陶瓷流延片装入模具，并放入料框3中，然后将料框3放置于隔热底座6上，用上塞8将承压容器密封；

s2.向承压容器中充入介质油，充满后对介质油进行升温加压，使温度升至75℃，并使压力增至35mpa，在75℃、35mpa条件下保温保压30min，对氧化锆陶瓷流延片进行温等静压制；

s3.压制完成后，对承压容器进行降温和卸压即得温等静压氧化锆陶瓷流延片坯体，经脱脂和烧结得到氧化锆产品。

通过本实施例压制的氧化锆陶瓷流延片坯体密度均匀，特别是在大批量生产时，设备内部各个区域所压制得到的产品密度差异小，产品一致性高。而相对于常规温等静压，由于油温存在一定的温度梯度，会造成整个容器内部温度不均匀，当大批量生产小型零件时，容易造成一致性差，当生产单件大尺寸产品时，产品内部不同位置会存在密度差异，影响产品性能。

实施例8

本实施例采用实施例1提供的内加热式高温度均匀性的温等静压装置和实施例4提供的温等静压方法进行温等静压成型，其具体过程及效果如下：

s1.将聚乙烯粉末装入模具，并放入料框3中，然后将料框3放置于隔热底座6上，用上塞8将承压容器密封；

s2.向承压容器中充入介质油，充满后对介质油进行升温加压，使温度升至150℃，并使压力增至200mpa，在150℃、200mpa条件下保温保压40min，对聚乙烯进行温等静压制；

s3.温等静压制完成后，对承压容器进行降温和卸压即得温等静压聚乙烯产品。

通过本发明温等静压装置及方法压制的聚乙烯产品性能均匀，特别是在大批量生产时，设备内部各个区域所压制得到的产品密度差异小，产品一致性高。相对于常规温等静压，由于油温存在一定的温度梯度，会造成整个容器内部温度不均匀，影响聚乙烯熔融再结晶过程中的晶体结构和结晶度。当大批量生产小型零件时，容易造成不同产品一致性差，当生产单件大尺寸产品时，产品内部不同位置会产生密度差异，影响产品性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。