一种晶界扩散工艺用真空反应系统的制作方法

本申请涉及晶界扩散工艺技术领域，尤其是涉及一种晶界扩散工艺用真空反应系统。

背景技术：

目前磁性材料行业的工业生产中，普遍采用在熔炼过程中掺杂重稀土材料一同熔炼的方式来增加矫顽力。为了更加有效的获得磁体较高性能，之后又采用重稀土晶界扩渗的工艺，有效降低重稀土的使用量，使重稀土元素只存在于晶界中，这样更容易获得高性能的磁体。

现有的重稀土扩渗工艺主要包括：通过蒸镀法或涂覆法在工件表面形成一层含有重稀土元素的薄膜，然后通过磁性材料烧结设备对工件进行高温热扩散和回火处理，使重稀土元素渗透至磁性材料中，完成重稀土扩渗。为保证足够的加热温度，磁性材料烧结设备中通常采用电阻加热器进行高温加热，而电阻加热器主要是通过一些紧固组件固定在磁性材料烧结设备内壁上。

上述中的相关技术方案存在以下缺陷：磁性材料在烧结设备中高温加热之后，需要等到烧结设备内部的温度降低到常温，才能够将磁性材料从烧结设备内取出，发明人认为，烧结设备冷却速度慢，无法实现快速冷却。

技术实现要素：

为了加快烧结设备的冷却速度，实现烧结设备的快速冷却，本申请提供一种晶界扩散工艺用真空反应系统。

本申请提供的一种晶界扩散工艺用真空反应系统采用如下的技术方案：

一种晶界扩散工艺用真空反应系统，包括能够对工件进行加热的真空炉，真空炉的炉体包括内部中空的炉壳，真空炉的外侧设置有快冷装置，快冷装置包括一端密封的供水管和回水管，供水管与炉壳内部的空腔、回水管与炉壳内部的空腔均连通有联通管。

通过采用上述技术方案，使用真空炉对工件进行加热之后需要使真空炉快速冷却时，可以将供水管以及回水管敞开的端头连通到安装有供水泵的水箱上，水箱内部的水溶液能够在供水泵的作用下经过供水管以及联通管进入到炉壳内部的空腔内部，之后炉壳内部的水溶液会经过联通管以及回水管回流至水箱内部，水溶液流动到壳体外侧时，能够带走真空炉大量的热量，这样就能够加快烧结设备（即真空炉）的冷却速度，实现了烧结设备（真空炉）的快速冷却，加快了工件处理工序的处理速度。

优选的，供水管以及回水管上均连通有多个辅助管，辅助管上设置有控制阀，联通管通过所述辅助管与供水管或者回水管内部连通。

通过采用上述技术方案，供水管以及回水管上设置有多个辅助管，人们可以在供水管或者回水管上安装其他的用水管道，这样增加快冷装置的用途。

优选的，快冷装置还包括进气管和出气管，进气管以及出气管靠近炉体的一端贯穿炉体与炉体内部连通，进气管与出气管远离炉体的一端连接到同一个离心风机上，出气管上设置有能够为出气管内部的气体进行降温的换热器。

通过采用上述技术方案，真空炉对工件进行加热时，需要在真空炉内部通入氩气等惰性气体，氩气在真空炉内部温度会上升，开启离心风机之后，离心风机能够将炉体内部的温度较高的氩气从出气管内吸出，将其输送至进气管内部之后再次进入到炉体内部，温度较高的氩气经过出气管时能够与换热器进行换热，气体温度下降，这样进入到炉体内部的氩气便是温度较低的空气，温度较低的氩气能够带走真空炉上大量的热量，实现真空炉的快速冷却。

优选的，换热器为气液换热器，气液换热器中冷媒的入口连通到供水管内部，冷媒的出口连通到回水管内部。

通过采用上述技术方案，对真空炉进行水冷的同时，可以开启离心风机，这样可以同时对真空炉进行风冷和水冷，进一步加快了真空炉的冷却速度。

优选的，炉体内部设置有带状电阻加热器以及位于炉体与带状电阻加热器之间的反射屏；炉壳的一端铰接有前炉门，另一端固定有后炉门；带状电阻加热器包括前加热器、炉壳加热器和后加热器；反射屏包括固定在前炉门上的前反射屏、分体设置在炉壳内且呈圆柱筒状的炉壳反射屏以及固定在后炉门上的后反射屏；炉壳反射屏上设有将炉壳加热器以柔性连接的方式固定在炉壳反射屏内的第一柔性固定组件，前反射屏和后反射屏朝向炉壳的一侧均设有第二柔性固定组件，第二柔性固定组件分别将前加热器以柔性连接的方式固定在前反射屏上、将后加热器以柔性连接的方式固定在后反射屏上。

通过采用上述技术方案，通过设置前加热器、炉壳加热器和后加热器这三个独立的个体，能够分别对炉体内的不同位置进行加热，保证炉体内温度的均匀性；通过设置第一柔性固定组件和第二柔性固定组件，能够将前加热器、炉壳加热器和后加热器分别以柔性连接的方式一一固定在前炉门、炉壳和后炉门上，当带状电阻加热器高温膨胀时，第一柔性固定组件和第二柔性固定组件能够为带状电阻加热器提供一定的膨胀空间，大大降低了带状电阻加热器由于高温膨胀后受到硬性碰撞和挤压的可能性，提高使用寿命。

优选的，第一柔性固定组件包括位于炉壳反射屏内部的柱体、固接在柱体一端且沿炉壳反射屏径向穿出的第一穿杆、固接在柱体另一端且穿过炉壳加热器的第二穿杆、分别插接至第一穿杆伸出炉壳反射屏一端和第二穿杆穿出炉壳加热器一端的b型开口销，柱体靠近炉壳加热器的一端与插接在第二穿杆上的b型开口销之间存在供炉壳加热器膨胀的间距。

通过采用上述技术方案，安装时，先通过第一穿杆和b型开口销将第一柔性固定组件固定在炉壳反射屏上，然后再将第二穿杆穿过炉壳加热器并通过b型开口销进行限位固定，由于柱体靠近炉壳加热器的一端与插接在第二穿杆上的b型开口销之间存在间距，因此，能够为炉壳加热器的高温膨胀提供足够的膨胀空间，降低了炉壳加热器由于高温膨胀后受到硬性碰撞和挤压的可能性。

优选的，第二穿杆位于炉壳加热器两侧的杆体上分别穿设有弹性垫片，两弹性垫片之间预留伸缩间隙。

通过采用上述技术方案，能够对炉壳加热器进行保护，同时，为炉壳加热器的膨胀提供伸缩的空间，降低了炉壳加热器高温膨胀后受到硬性碰撞和挤压的可能性。

优选的，第二柔性固定组件包括垂直固接在前反射屏或后反射屏朝向炉壳一侧的立板、设置在立板两侧且可相对或相向移动的托料件、将托料件连接在立板上的固定螺栓以及设置在两托料件之间以限制前加热器或后加热器掉落的限位螺栓。

通过采用上述技术方案，安装时，先通过固定螺栓将两托料件安装在立板上，然后再将前加热器或后加热器放置在两托料件之间，并通过限位螺栓进行固定。

优选的，托料件包括与立板平行的侧板、一体成型于侧板朝向炉壳一端的过渡板以及一体成型于过渡板自由端且与侧板相背延伸的折弯板，两托料件的两折弯板之间相对设置且形成供前加热器或后加热器放置的托料腔，侧板和立板对应的位置至少开设有两对供固定螺栓穿过的固定孔，固定孔的直径大于固定螺栓的直径，折弯板上开设有供限位螺栓插接的安装孔，安装孔的直径大于限位螺栓的直径。

通过采用上述技术方案，前加热器或后加热器加热膨胀时，由于固定孔的直径大于固定螺栓的直径，安装孔的直径大于限位螺栓的直径，因此，两托料件被撑开并相向移动，保证前加热器或后加热器具有一定的横向伸缩量。

优选的，固定螺栓的两端未抵紧两侧板，限位螺栓的两端未抵紧两折弯板。

通过采用上述技术方案，安装完毕后，固定螺栓和限位螺栓仍然能够沿自身轴向移动，使得前加热器或后加热器在加热膨胀时能够有一定的纵向伸缩量。

附图说明

图1是本申请实施例中真空反应系统的整体结构图；

图2是本申请实施例的真空炉的整体结构示意图；

图3是本申请实施例中真空炉隐藏掉炉壳后的体现反射屏和加热器结构及位置关系的爆炸示意图；

图4是炉壳反射屏、支撑框架和托盘装置位置关系的结构示意图；

图5是将炉壳加热器以及固定炉壳加热器的第一柔性固定组件一同从炉壳反射屏内取出后的结构示意图；

图6是体现前加热器和第二柔性固定组件连接关系的结构示意图；

图7是第二柔性固定组件具体结构的示意图。

图中，1、炉体；11、炉壳；12、支撑座；13、前炉门；14、后炉门；2、加热器；21、前加热器；22、炉壳加热器；23、后加热器；3、反射屏；31、前反射屏；32、炉壳反射屏；33、后反射屏；34、隔板；4、托盘装置；41、支杆；42、盘面；43、支撑板；5、第一柔性固定组件；51、柱体；52、第一穿杆；53、第二穿杆；54、b型开口销；6、第二柔性固定组件；61、立板；62、托料件；621、侧板；622、过渡板；623、折弯板；63、固定螺栓；64、限位螺栓；7、弹性垫片；8、支撑框架；81、环形板；82、连接板；83、加强板；9、快冷装置；91、供水管；92、回水管；93、联通管；94、进气管；95、离心风机；96、出气管；97、气液换热器；98、辅助管；99、控制阀；10、真空炉。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

参照图1，本申请提供了一种晶界扩散工艺用真空反应系统，包括能够对内部的工件进行加热的真空炉10以及设置在真空炉10外侧并且能够对真空炉10进行冷却的快冷装置9。

参照图2和图3，真空炉10包括炉体1、设置在炉体1内的加热器2以及位于炉体1与加热器2之间的反射屏3；炉体1内主要用于放置待处理的工件；加热器2主要用于对工件进行高温加热；反射屏3主要用于对炉体1进行保温和隔热。

参照图2，炉体1包括内部中空且两端为敞口的炉壳11，炉壳11呈圆柱筒状且水平设置，炉壳11的周面上固接有支撑座12，支撑座12可根据需要进行设计，具体的形状、结构不做限定。炉壳11的一端铰接有前炉门13，炉壳11的另一端通过螺栓固定连接有后炉门14，前炉门13能够打开和关闭，关闭后，前炉门13、炉体1和后炉门14之间形成密闭的加热空间。

炉壳11为双层结构，具体包括内壳体和外壳体，两者通过组焊而成，外壳体上设有真空口、充气口、进水口和出水口，真空口用于与真空系统相连接，以便进行抽真空处理；充气口用于与充气系统相连接，以便向炉壳11内充氩气；进水口用于与水冷循环系统的输出端相连接；出水口用于与水冷循环系统的输入端相连接，冷却水由进水口通入炉壳11内后，能够吸收大分部热量并通过出水口带出炉壳11，实现降温冷却。

参照图2和图3，加热器2为带状电阻加热器，其材料为高温钼带。更具体的是，带状电阻加热器包括设置在前炉门13上的前加热器21、设置在炉壳11内的炉壳加热器22以及设置在后炉门14上的前加热器23，前加热器21、炉壳加热器22和前加热器23为三个独立的个体，每个都能单独运行，以此来保证炉体1内温度的均匀性。

反射屏3采用全金属结构，共有六层，由内到外的前两层为钼，剩余四层为不锈钢材料。更具体的是，反射屏3包括设置在前炉门13与前加热器21之间的前反射屏31、设置在炉壳11与炉壳加热器22之间的炉壳反射屏32以及设置在后炉门14与前加热器23之间的后反射屏33，炉壳反射屏32为内部中空且两端开口的筒状结构，前反射屏31和后反射屏33为与炉壳反射屏32两端开口相匹配的板状结构，炉门关闭时，前反射屏31、炉壳反射屏32和后反射屏33之间形成封闭空间。此处需要说明的是前反射屏31和后反射屏33朝向炉壳11的一侧为内侧。

进一步的，炉壳反射屏32的钼层长度小于不锈钢层长度，形成高低错位的沿，同时，前反射屏31和后反射屏33的钼层直径小于不锈钢层直径，这样的结构设计，能够大大提高反射隔热装置的封闭性。

参照图4，炉壳反射屏32的相邻两层层结构之间以反射屏3轴线为中心等距设有多块呈圆周分布的隔板34，隔板34的设置，使得相邻两层结构之间形成隔热腔，能够达到更好的保温、隔热效果。

炉壳反射屏32内设有托盘装置4，用于放置工件。托盘装置4包括固定在炉壳反射屏32内壁上且并排平行设置的两组支杆41以及搭放在两组支杆41上的托盘，支杆41与炉壳加热器22错开设置，每组支杆41沿炉壳反射屏32的轴向等距分布；托盘包括盘面42和成型于盘面42一侧的两块支撑板43，每组支杆41的自由端均开设有沿炉壳反射屏32的轴向贯通的凹槽，托盘通过支撑板43和凹槽配合实现平稳固定。

在炉壳反射屏32的外部套设有由耐高温材料制成的支撑框架8，用于保证炉壳反射屏32的强度，同时起到限制炉壳反射屏32形变的作用。支撑框架8包括套设在炉壳反射屏32靠近两端的环形板81、固接在两环形板81之间且均匀分布的多块连接板82以及固接在相邻两连接板82的中间部位的加强板83，环形板81与炉壳反射屏32的外轮廓相适配，连接板82和加强板83紧贴炉壳反射屏32的外壁，当炉壳反射屏32受高温后具有膨胀趋势时，支撑框架8能够对炉壳反射屏32进行限制，降低炉壳反射屏32产生形变的可能性。

参照图3和图5，炉壳反射屏32上设有第一柔性固定组件5，用于将炉壳加热器22以柔性连接的方式固定在炉壳反射屏32上，炉壳加热器22的安装在炉壳11外部进行，安装完毕后，再放于炉壳11内；前反射屏31固定在前炉门13上，后反射屏33固定在后炉门14上，在前反射屏31和后反射屏33朝向炉壳11的一侧分别设有第二柔性固定组件6，用于将前加热器21以柔性连接的方式固定在前反射屏31上，将前加热器23以柔性连接的方式固定在后反射屏33上。第一柔性固定组件5和第二柔性固定组件6的设置，能够大大降低带状电阻加热器2由于高温膨胀而受到硬性碰撞和挤压的程度，提高使用寿命。

参照图4和图5，第一柔性固定组件5设置有多组，其以炉壳反射屏32的轴线为中心呈圆周分布。第一柔性固定组件5包括位于炉壳反射屏32内部的柱体51，柱体51的两端分别固接有与柱体51同轴设置的第一穿杆52和第二穿杆53，第一穿杆52和第二穿杆53上均开设有通孔，通孔内插接有b型开口销54，第一穿杆52沿炉壳反射屏32的径向穿出并通过b型开口销54插接固定，使得柱体51的一端抵在炉壳反射屏32的内壁上；而第二穿杆53穿过炉壳加热器22并通过b型开口销54插接固定，使得炉壳加热器22被固定在第二穿杆53上，柱体51的端部与插接在第二穿杆53上的b型开口销54之间存在供炉壳加热器22膨胀的间距。

为避免第一柔性固定组件5的各零部件与炉壳反射屏32和炉壳加热器22直接接触而造成损坏，分别在第一柔性固定组件5的各零部件与炉壳反射屏32和炉壳加热器22接触的位置设置耐高温的弹性垫片7，即炉壳反射屏32外壁与b型开口销54之间设置一个，炉壳反射屏32内壁与柱体51端面之间设置一个，炉壳加热器22的两侧各设置一个。

位于炉壳加热器22两侧的弹性垫片7之间预留出伸缩间隙，当炉壳加热器22加热膨胀时，炉壳加热器22能够在伸缩间隙内进行膨胀伸缩，膨胀伸缩后仍然是与弹性垫片7柔性接触，大大降低了炉壳加热器22在加热膨胀而受到硬性碰撞和挤压的程度。

参照图6和图7，第二柔性固定组件6沿前加热器21或前加热器23的布置方向设有多组，第二柔性固定组件6包括垂直固接在前反射屏31或后反射屏33朝向炉壳11一侧的立板61、设置在立板61两侧且可相对或相向移动的托料件62、将托料件62连接在立板61上的固定螺栓63以及设置在两托料件62之间以限制前加热器21或前加热器23掉落的限位螺栓64；托料件62包括与立板61平行的侧板621、一体成型于侧板621朝向炉壳11一端的过渡板622以及一体成型于过渡板622自由端且与侧板621相背延伸的折弯板623，两托料件62的两折弯板623之间相对设置且形成供前加热器21或前加热器23放置的托料腔，折弯板623上开设有安装孔，限位螺栓64同时穿过两折弯板623的安装孔，实现对前加热器21或前加热器23的限位。

侧板621和立板61对应的位置至少开设有两个固定孔，两托料件62之间通过两固定螺栓63穿过侧板621和立板61上固定孔实现固定，立板61两侧与两侧板621之间对应固定螺栓63穿过的位置分别设有弹性垫片7，固定螺栓63同时穿过弹性垫片7，用于避免侧板621与立板61直接接触。

固定螺栓63和限位螺栓64在本实施例中始终处于松动连接的状态，即固定螺栓63的两端未抵紧两侧板621，限位螺栓64的两端未抵紧两折弯板623。安装完毕后，固定螺栓63和限位螺栓64仍然能够沿自身轴向移动，以此来保证前加热器21或前加热器23在加热膨胀时能够有一定的纵向伸缩量；与此同时，安装孔和固定孔的孔径大于固定螺栓63和限位螺栓64的直径，以此来保证前加热器21或前加热器23在加热膨胀时能够有一定的横向伸缩量，通过预留横向伸缩量和纵向伸缩量的方式来实现对前加热器21或前加热器23的柔性固定，降低前加热器21或前加热器23高温膨胀而受到硬性碰撞和挤压的程度。

参照图1，快冷装置9包括供水管91、回水管92以及联通管93，供水管91以及回水管92平行设置在地面上并且同一侧的端面密封，联通管93共设置有两个，其中一个联通管93设置在供水管91与炉体1之间并且靠近炉体1的端头在炉体1的下方与炉壳11内部的空腔连通，另一端与供水管91内部连通，另一个联通管93设置在回水管92与炉体1之间并且靠近炉体1的端头在炉体1的上方与炉壳11内部的空腔连通，另一端与回水管92内部连通。

需要使真空炉10快速冷却时，将供水管91以及回水管92敞开的端头连通到安装有供水泵的水箱上，水箱内部的水溶液能够在供水泵的作用下经过供水管91以及联通管93进入到炉壳11内部的空腔内部，之后炉壳11内部的水溶液会经过联通管93以及回水管92回流至水箱内部，水溶液流动到壳体外侧时，能够带走真空炉10大量的热量，这样就能够加快烧结设备（即真空炉10）的冷却速度，实现了烧结设备（真空炉10）的快速冷却，加快了工件处理工序的处理速度。

参照图1，为了能够进一步加快真空炉10的冷却速度，在炉体1的下方设置有穿过炉壳11的侧壁与内部连通的进气管94，进气管94远离炉壳11的一端连接有离心风机95，离心风机95的进气口连接有出气管96，出气管96远离离心风机95的一端在炉体1的上方穿过炉壳11并且与炉壳11内部连通，出气管96上设置有能够为出气管96内部的气体进行降温的换热器。

真空炉10工作的过程中，会向炉体1内部通入氩气，对工件加热完成之后氩气的温度上升，开启离心风机95之后，离心风机95能够将炉壳11内部的温度较高的氩气吸入到出气管96内部，氩气经过出气管96时能够与换热器进行换热降温，经过降温之后的氩气经过离心风机95之后经过进气管94再次进入到炉体1内部，温度较低的氩气在真空炉10内部也就与炉体1发生热交换，氩气流动到炉体1的外侧之后，能够带走炉体1上大量的热量，这样就能够使炉体1快速冷却。

在本实施例中，换热器为气液换热器97，在供水管91以及出水管上均连通有多个辅助管98，辅助管98上设置有改变辅助管98通断状态的控制阀99，联通管93通过辅助管98与供水管91或者回水管92内部连通，气液换热器97内部的冷媒入口通过一个辅助管98与供水管91内部连通，冷媒出口通过一个辅助管98与回水管92内部连通。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。