无级变温快速烧结装置、方法、终端及可读存储介质与流程

1.本技术涉及金属氧化物陶瓷材料技术领域，特别涉及一种无级变温快速烧结装置、方法、终端及可读存储介质。


背景技术：

2.金属氧化物陶瓷材料具有良好的硬度、耐腐蚀及耐磨等物理特性，常广泛地被用于各个领域；随着我国医疗器械水平的发展，高性能的金属氧化物越来越广泛的使用在人体硬质组织的替代领域当中。
3.相关技术中的金属氧化物陶瓷材料烧结设备，对于金属氧化物烧结工艺实施一般使用单炉膛封闭加热，工作时半自动将待烧结物导入炉膛，关闭后加热，加热体将炉膛加温至1400℃～1600℃后持续一段时间直至烧结工艺完成。。
4.然而，相关技术中的金属氧化物陶瓷材料烧结设备通常一个工艺周期做完需要6～8小时，即使连续作业也需要大约4个小时，烧结速度慢，生产效率低；另外，金属氧化物陶瓷材料某些烧结工艺需要在整个烧结过程中做频繁的温度切换，由于加热的迟滞性，导致每次的高低温区切换会有更多的升降温时间，设备单位时间产出效率受限，并且由于硅钼加热体不宜在400℃～700℃区运行，否则容易低温氧化，单一加热体设计难以精细地控制升温速度，并且高温区温度稳定性差，导致烧结的成品容易出现崩裂、隐裂、晶化率不足以及晶化不均匀等现象出现。


技术实现要素：

5.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本技术提供一种无级变温快速烧结装置、方法、终端及可读存储介质，所要解决的技术问题是如何减少金属氧化物陶瓷材料的烧结时间，提高烧结效率，并且能实现无级变温，提高高温区的温度稳定性，避免烧结的金属氧化物陶瓷材料成品出现崩裂、隐裂、晶化率不足以及晶化不均匀等现象。
6.技术方案：为实现上述目的，本技术采用的技术方案为：
7.一方面，本技术提供一种无级变温快速烧结装置，所述装置包括炉膛、加热单元、烧结载物台、至少一组金属氧化物陶瓷材料、连接杆、测温传感器以及升降机构；
8.所述加热单元位于所述炉膛的内顶部；
9.所述烧结载物台与所述炉膛的下部内壁可升降连接，所述烧结载物台的顶面与所述炉膛的内顶部之间形成烧结腔室；
10.所述至少一组金属氧化物陶瓷材料置于所述烧结载物台上；
11.所述烧结载物台的底部与所述连接杆连接，所述连接杆与所述升降机构连接；
12.所述测温传感器的测温端顺次穿过所述连接杆以及所述烧结载物台后，伸入所述烧结腔室内；
13.当所述加热单元处于工作状态时，随着所述烧结载物台上升，所述至少一组金属氧化物陶瓷材料所处的环境温度升高；随着所述烧结载物台下降，所述至少一组金属氧化
物陶瓷材料所处的环境温度降低。
14.在一种可能的实现方式中，所述升降机构包括驱动电机、滚珠丝杠以及螺母副；
15.所述驱动电机的动力输出端与所述滚珠丝杠传动连接，所述螺母副的内孔与所述滚珠丝杠的外周壁传动连接，所述螺母副的一侧与所述连接杆连接；
16.当所述驱动电机处于工作状态时，所述滚珠丝杠带动所述螺母副升降，所述螺母副带动所述连接杆升降，所述连接杆带动所述烧结载物台在所述炉膛内做升降运动。
17.在一种可能的实现方式中，所述连接杆通过连接块与所述升降机构连接。
18.在一种可能的实现方式中，所述炉膛的外周还包裹有保温层。
19.在一种可能的实现方式中，所述装置还包括启动开关，所述启动开关位于所述炉膛的外侧，所述启动开关与所述加热单元电性连接。
20.在一种可能的实现方式中，所述加热单元包括硅钼加热体，所述硅钼加热体与所述启动开关电性连接。
21.在一种可能的实现方式中，所述装置还包括控制单元，所述控制单元与所述启动开关、所述测温传感器以及所述升降机构通信连接。
22.另一方面，本技术提供一种无级变温快速烧结方法，适用于如上任一所述的无级变温快速烧结装置中，所述方法应用于计算机设备中，所述方法包括：
23.启动加热单元，使炉膛内温度上升；
24.达到预设升温时间后，使烧结腔室内的温度场曲线趋于稳定；
25.启动升降机构，响应于连接杆带动烧结载物台以及测温传感器做升降运动，获取所述烧结载物台与所述加热单元之间的距离信息数据；
26.启动所述测温传感器，基于所述距离信息数据，测得与所述距离信息数据相对应的温度信息数据；
27.基于所述距离信息数据以及温度信息数据，建立距离温度信息数据库；
28.基于所述距离温度信息数据库，以及通过所述升降机构控制所述烧结载物台的位移速度，实现金属氧化物陶瓷材料的无级变温快速烧结。
29.另一方面，本技术还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现上述无级变温快速烧结方法。
30.另一方面，本技术还提供一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现上述无级变温快速烧结方法。
31.本技术提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
32.由于加热单元位于炉膛的顶部，在加热单元工作后炉膛内的温度由上至下递减，使烧结载物台至炉膛顶部的不同距离对应有不同温度，通过将待烧结的金属氧化物陶瓷材料置于烧结载物台上，升降机构带动与连接杆顶部连接的烧结载物台做升降运动，实现了无级变温，提高了高温区的温度稳定性，避免了烧结的金属氧化物陶瓷材料成品出现崩裂、隐裂、晶化率不足以及晶化不均匀等现象，减少了金属氧化物陶瓷材料的烧结时间，提高了烧结效率。
附图说明
33.附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：
34.图1示出了本技术一个示例性实施例提供的一种无级变温快速烧结装置的结构示意图；
35.图2示出了本技术一个示例性实施例提供的一种无级变温快速烧结方法的流程图；
36.图3示出了本技术一个示例性实施例提供的一种无级变温快速烧结方法的烧结工艺曲线示意图；
37.图4示出了本技术一个示例性实施例提供的一种无级变温快速烧结方法的计算机设备的结构示意图；
38.图中：
39.1、炉膛；2、加热单元；3、烧结载物台；4、金属氧化物陶瓷材料；5、连接杆；6、测温传感器；7、升降机构；8、连接块；9、保温层；10、启动开关；11、控制单元；
40.101、烧结腔室；701、驱动电机；702、滚珠丝杠；703、螺母副。
具体实施方式
41.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
42.下面结合附图和实施例对本技术作更进一步的说明。
43.首先，对本技术实施例中涉及的名词进行简单的介绍：
44.炉膛，是由炉墙包围起来供燃料燃烧的立体空间，炉膛的作用是保证燃料尽可能地燃尽，并使炉膛出口烟气温度冷却到对流受热面安全工作允许的温度；为此，炉膛应有足够的容积，并能够布置下足够多的受热面；此外，炉膛应有合理的形状和尺寸，以便于和燃烧器配合，组织炉内空气动力场，使火焰不贴壁、不冲墙、充满度高，壁面热负荷均匀。
45.硅钼加热体，即硅钼棒，为阻性电热元件，以二硅化钼为基础制成，耐高温、抗氧化的；在高温氧化性气氛下使用时，表面生成一层光亮致密的石英(sio2)玻璃膜，能够保护硅钼棒内层不再氧化，硅钼棒元件具有独特的高温抗氧化性。
46.测温传感器，测温传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特征来进行温度测量的，测温传感器热电阻大都由纯金属材料制成，应用最多的是铂和铜。
47.保温层，由导热系数小的轻质保温材料构成，保温层的厚度依具体工况要求而定。
48.滚珠丝杠与螺母副配合，是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的产品。
49.图1示出了本技术一个示例性实施例提供的一种无级变温快速烧结装置的结构示意图，该装置包括炉膛1、加热单元2、烧结载物台3、至少一组金属氧化物陶瓷材料4、连接杆5、测温传感器6以及升降机构7；加热单元2位于炉膛1的内顶部；烧结载物台3与炉膛1的下
部内壁可升降连接，烧结载物台3的顶面与炉膛1的内顶部之间形成烧结腔室101；至少一组金属氧化物陶瓷材料4置于烧结载物台3上；烧结载物台3的底部与连接杆5连接，连接杆5与升降机构7连接；测温传感器6的测温端顺次穿过连接杆5以及烧结载物台3，伸入烧结腔室101内；当加热单元2处于工作状态时，随着烧结载物台3上升，至少一组金属氧化物陶瓷材料4所处的环境温度升高；随着烧结载物台3下降，至少一组金属氧化物陶瓷材料4所处的环境温度降低。
50.在本技术实施例中，加热单元2实现为一种电热元件，能使炉膛1内的温度达到金属氧化物陶瓷材料4的烧结工艺要求。
51.在本技术实施例中，升降机构7实现为一种可以带动连接杆5以及与连接杆5顶部连接的烧结载物台3做升降运动的结构。在一个示例中，升降机构7实现为滚珠丝杠与螺母副配合的结构，通过滚珠丝杠的旋转运动带动螺母副做直线运动，螺母副与连接杆5连接。在另一个示例中，升降机构7实现为滑轨和滑块配合的结构，滑轨竖直安装在炉膛1内壁上，滑块安装在烧结载物台3的外壁上，进而通过滑轨和滑块的滑动连接，使烧结载物台3在炉膛1内升降。
52.接下来，对本技术实施例中所涉及的一种无级变温快速烧结装置的工作原理进行说明。
53.当加热单元处于工作状态时，随着烧结载物台上升越靠近加热单元，则金属氧化物陶瓷材料所处的环境温度越高；随着烧结载物台下降越远离加热单元，则金属氧化物陶瓷材料所处的环境温度越低。该烧结载物台距离炉膛顶部的每个位置都对应了一个温度，通过升降机构使该烧结载物台调整位置，以及通过测温传感器对相应位置的温度进行测量并把距离数据和温度数据记录，形成距离温度对应数据库。这样就可根据烧结工艺要求，通过升降机构精准的将烧结载物台移动至相应的温度区域，实现无极调温，避免了相关技术中金属氧化物陶瓷材料某些烧结工艺需要在整个烧结过程中做频繁的温度切换，由于加热的迟滞性，导致每次的高低温区切换会有更多的升降温时间、高温区的温度稳定性差的现象出现。并且，通过控制升降机构的功率，可以调整烧结载物台的升降速度，大大减少金属氧化物陶瓷材料的烧结时间。
54.综上，由于加热单元位于炉膛的顶部，在加热单元工作后炉膛内的温度由上至下递减，使烧结载物台至炉膛顶部的不同距离对应有不同温度，通过将待烧结的金属氧化物陶瓷材料置于烧结载物台上，升降机构带动与连接杆顶部连接的烧结载物台做升降运动，实现了无级变温，提高了高温区的温度稳定性，避免了烧结的金属氧化物陶瓷材料成品出现崩裂、隐裂、晶化率不足以及晶化不均匀等现象，减少了金属氧化物陶瓷材料的烧结时间，提高了烧结效率。
55.在一个可选的实施例中，请参考图1，升降机构7包括驱动电机701、滚珠丝杠702以及螺母副703；驱动电机701的动力输出端与滚珠丝杠702传动连接，螺母副703的内孔与滚珠丝杠702的外周壁传动连接，螺母副703的一侧与连接杆5连接；当驱动电机701处于工作状态时，滚珠丝杠702带动螺母副703升降，螺母副703带动连接杆5升降，连接杆5带动烧结载物台3在炉膛1内做升降运动。
56.在本技术实施例中，滚珠丝杠702外周壁具有外螺纹，螺母副703的内孔具有内螺纹，当驱动电机701处于工作状态时，在螺纹配合的作用下滚珠丝杠702旋转带动螺母副703
升降，螺母副703带动连接杆5升降，连接杆5带动烧结载物台3在炉膛1内做升降运动。
57.在本技术实施例中，可以通过调整驱动电机701的转速，来调整烧结载物台3的升降速度，大大减少金属氧化物陶瓷材料4的烧结时间，提高烧结效率。
58.在一个可选的实施例中，请参考图1，连接杆5通过连接块8与升降机构7连接。
59.在本技术实施例中，连接杆5的顶部与烧结载物台3的连接方式、连接杆5的侧壁与升降机构7的连接方式均实现为包括但不限于螺栓固定、焊接的其中一种。
60.在一个可选的实施例中，请参考图1，炉膛1的外周还包裹有保温层9。
61.在本技术实施例中，保温层9的设置可以减少炉膛1内热量的损失，对炉膛1进行保温。
62.在一个可选的实施例中，请参考图1，装置还包括启动开关10，启动开关10位于炉膛1的外侧，启动开关10与加热单元2电性连接。
63.在本技术实施例中，启动开关10实现为空气开关，实现对加热单元2的开启或关闭。
64.在一个可选的实施例中，请参考图1，加热单元2包括硅钼加热体，硅钼加热体与启动开关10电性连接。
65.在一个可选的实施例中，请参考图1，装置还包括控制单元11，控制单元11与启动开关10、测温传感器6以及升降机构7通信连接。
66.在本技术实施例中，通过控制单元11与启动开关10、测温传感器6以及升降机构7通信连接，可以实现自动化控制。
67.图2示出了本技术一个示例性实施例提供的一种无级变温快速烧结方法的流程图，该方法适用于本技术上述实施例中任一所述的无级变温快速烧结装置中，所述方法应用于计算机设备中，方法包括：
68.步骤201，启动加热单元，使炉膛内温度上升。
69.在本技术实施例中，通过连接于装置外侧的启动开关来使加热单元开始工作，加热单元实现为硅钼棒，当加热单元处于工作状态时，炉膛内开始升温。
70.步骤202，达到预设升温时间后，使烧结腔室内的温度场曲线趋于稳定。
71.在本技术实施例中，等待用户预先设定的升温时间后，炉膛内的烧结腔室温度曲线慢慢趋于稳定状态，此时已达到金属氧化物陶瓷材料烧结工艺所需的烧结温度。
72.步骤203，启动升降机构，响应于连接杆带动烧结载物台以及测温传感器做升降运动，获取烧结载物台与加热单元之间的距离信息数据。
73.在本技术实施例中，升降机构实现为一种可以带动烧结载物台以及测温传感器做升降运动的升降结构；距离信息数据实现为，当升降机构工作时带动炉膛内烧结载物台升降，升降过程中烧结载物台相对于加热单元一一对应的间距。
74.步骤204，启动测温传感器，基于距离信息数据，测得与距离信息数据相对应的温度信息数据。
75.在本技术实施例中，温度信息数据实现为，在升降机构带动烧结载物台升降时，烧结载物台距离炉膛顶部的每个位置都对应了一个温度，通过该测温传感器测量每个位置对应的温度。
76.步骤205，基于距离信息数据以及温度信息数据，建立距离温度信息数据库。
77.在本技术实施例中，通过升降机构使该烧结载物台调整位置，以及通过测温传感器对相应位置的温度进行测量并把距离数据和温度数据记录，形成距离温度对应数据库，这样就可根据烧结工艺要求，通过升降机构精准的将烧结载物台移动至相应的温度区域，实现无极调温。
78.步骤206，基于距离温度信息数据库，以及通过升降机构控制烧结载物台的位移速度，实现金属氧化物陶瓷材料的无级变温快速烧结。
79.在本技术实施例中，根据距离温度信息数据库，通过控制升降机构的功率，可以调整烧结载物台的升降速度，使烧结载物台快速精准的移动至符合工艺要求的温度区域内，大大减少金属氧化物陶瓷材料的烧结时间。
80.为了更好的理解本技术，下面结合附图3和一个具体实施例对本技术作更进一步的说明。需要说明的是，该具体实施例所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，不限定本技术保护的范围。
81.图3示出了本技术一个示例性实施例提供的一种无级变温快速烧结方法的烧结工艺曲线示意图：
82.首先，从0℃加热到t1℃需要用t1的时间；
83.再，保温(t2-t1)时间；
84.其次，用(t3-t2)时间加热到t2℃；
85.接着，保温(t4-t3)时间；
86.然后，用(t5-t4)时间，降到t3℃；
87.再，保温(t6-t5)时间；
88.最后，经过(t7-t6)降到室温t4℃。
89.在本技术实施例中，金属氧化物陶瓷材料在烧结过程中希望t1、(t3-t2)、(t5-t4)、(t7-t6)这四个时间间隔尽量小，这样就可以大大缩短烧结时间，提高烧结效率，然而用传统烧结装置这四个时间间隔会随着温度的迟滞性非常大，严重影响生产效率。
90.在本技术实施例中，通过出厂调试数据将位移和温度做了对应，实现如上工艺的四个时间间隔就会非常短；t1的时间就是烧结载物台从0位(室温t4)到炉膛t1温度的位置所用的时间，(t3-t2)是从炉膛t1温度位置上升到t2的温度位置所用的时间，(t5-t4)是从炉膛t2温度位置下降到t3温度位置所用的时间，(t7-t6)是从炉膛t3温度位置下降到室温t4温度位置所用的时间；只要通过控制升降机构的功率，从而调整烧结载物台的升降速度，就可以尽量控制这四个时间间隔的大小。
91.综上所述，由于加热单元位于炉膛的顶部，在加热单元工作后炉膛内的温度由上至下递减，使烧结载物台至炉膛顶部的不同距离对应有不同温度，通过将待烧结的金属氧化物陶瓷材料置于烧结载物台上，升降机构带动与连接杆顶部连接的烧结载物台做升降运动，实现了无级变温，提高了高温区的温度稳定性，避免了烧结的金属氧化物陶瓷材料成品出现崩裂、隐裂、晶化率不足以及晶化不均匀等现象，减少了金属氧化物陶瓷材料的烧结时间，提高了烧结效率。
92.图4示出了本技术一个示例性实施例提供的一种无级变温快速烧结方法的计算机设备的结构示意图，该计算机设备包括：
93.处理器401包括一个或者一个以上处理核心，处理器401通过运行软件程序以及模
块，从而执行各种功能应用以及数据处理。
94.接收器402和发射器403可以实现为一个通信组件，该通信组件可以是一块通信芯片。可选地，该通信组件可以实现包括信号传输功能。也即，发射器403可以用于发射控制信号至图像采集设备以及扫描设备中，接收器402可以用于接收对应的反馈指令。
95.存储器404通过总线405与处理器401相连。
96.存储器404可用于存储至少一个指令，处理器401用于执行该至少一个指令，以实现上述方法实施例中的各个步骤。
97.本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，该可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，以由处理器加载并执行以实现上述无级变温快速烧结方法。
98.以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。