一种可视化超快速高温烧结设备

本技术涉及材料加工领域，具体涉及一种可视化超快速高温烧结设备。

背景技术：

1、超快速高温烧结是一种新型烧结技术，该技术在固态电池、高性能结构陶瓷、3d打印等行业具有广阔的应用前景。超快速高温烧结的原理是利用石墨碳毡等电热材料包裹样品，通过导入电流使电热材料产生焦耳效应加热样品，焦耳热产生后迅速传递至样品实现超快速升温与烧结，这种烧结技术的加热速率最高可达105℃/min。

2、然而，受限于发热单元设计与炉体构造，现有的超快速高温烧结设备仅能够满足对小尺寸、简单构型样品的制备，并且均不具备原位测量、图像采集与数据处理等功能，因此无法实现对材料烧结全过程中表面温度分布、形变、密度等重要参数的原位测量与监控。

技术实现思路

1、本实用新型在于克服现有技术的不足，提供了一种可视化超快速高温烧结设备，所述可视化超快速高温烧结设备可以实现在材料烧结过程中对样品进行实时图像与数据采集及分析处理，从而为超快速高温烧结全程样品表面温度分布、形变、密度等重要参数的实时监控、原位测量与数据分析提供技术支撑与方法保证。

2、本实用新型用于解决现有技术问题的技术方案是：

3、一种可视化超快速高温烧结设备，包括机架、设置在机架上的加热炉、用于向加热炉内注入保护气体或压力的气氛/气压注入装置、用于对加热炉中的样品进行状态监控的状态监控装置以及控制装置，其中，

4、所述加热炉包括炉体、设置在炉体内的烧结模块、设置在烧结模块外的保温模块以及对所述烧结模块中的样品进行焦耳热加热的电流加热模块；

5、所述状态监控装置包括设置在炉体同侧的图像采集模块和温控模块，其中，所述图像采集模块用于采集炉体中的样品的图像信息；所述温控模块用于对炉体内的样品进行测温及表面热场评估；所述炉体上设置有观测口，所述图像采集模块和所述温控模块设置在所述观测口处；所述保温模块和所述烧结模块上设置有可视化窗口；当将所述保温模块和所述烧结模块安装在所述炉体内时，所述可视化窗口正对所述炉体的观测口。

6、优选的，所述保温模块包含保温坩埚和保温坩埚盖，其中，所述保温坩埚两侧开孔，前方设置有可视化窗口；所述保温坩埚放置在炉腔内的支架上。

7、优选的，所述烧结模块为焦耳热加热结构，待烧结的样品则放置在所述焦耳热加热结构内。

8、优选的，所述保温坩埚的两侧对称设置有开孔，所述电流加热模块包括设置在所述开孔内的导电电极、设置在所述保温坩埚内的多构型焦耳热介质以及向所述导电电极输入电流的电流输入装置，其中，所述导电电极一端穿过所述保温坩埚上的开口后与所述多构型焦耳热介质连接，另一端则与所述电流输入装置的输出端连接。

9、优选的，所述导电电极为铜电极。

10、优选的，所述温控模块包括红外测温仪以及用于调节所述红外测温仪的测温角度与测温区域的角度调节机构，其中，所述角度调节机构安装在所述炉体的观测口处，所述红外测温仪则安装在所述角度调节机构上。

11、优选的，所述图像采集模块包括工业相机以及用于驱动所述工业相机做直线运动的直线驱动机构，其中，所述机架中位于所述炉体的观测口的前部设置有滑轨以及设置在所述滑轨上的滑块；所述工业相机安装在所述滑块上；所述直线驱动机构用于驱动所述工业相机靠近或远离所述炉体上的观测口。

12、优选的，所述炉体的后侧设置有气体进口和气体出口；所述气氛/气压注入装置包括真空模块、保护气体供给模块以及用于控制保护气体供给量和炉体内部压力的气压控制模块，其中，所述保护气体供给模块的出气口与所述气压控制模块的进气口连通，所述气压控制模块的出气口则与所述炉体上的气体进口连通；所述炉体上的气体出口则与所述真空模块连通。

13、优选的，所述气压控制模块为气体流量计和增压装置。

14、优选的，所述控制装置为计算机。

15、本实用新型与现有技术相比具有以下的有益效果：

16、1、本实用新型的可视化超快速高温烧结设备在对样品进行烧结时，可以实现对样品进行实时图像与数据采集和分析处理，从而为超快速高温烧结全程样品表面温度分布、形变、密度等重要参数的实时监控、原位测量与分析处理提供技术支撑与方法保证。

17、2、本实用新型的可视化超快速高温烧结设备可实现大尺寸、复杂构型陶瓷或金属样品的超快速高温烧结，且本实用新型的可视化超快速高温烧结设备采用模块化设计，各模块之间可相互拆卸组装，更换和维修更加方便。

18、3、本实用新型的可视化超快速高温烧结设备在对样品进行烧结时，可以实现对样品进行实时数据与图像采集以及分析处理，能够更好地对烧结过程中样品的升温速率和加热时间等参数进行调控，从而保证样品的质量。

技术特征：

1.一种可视化超快速高温烧结设备，其特征在于，包括机架、设置在机架上的加热炉、用于向加热炉内注入保护气体或压力的气氛/气压注入装置、用于对加热炉中的样品进行状态监控的状态监控装置以及控制装置，其中，

2.根据权利要求1所述的可视化超快速高温烧结设备，其特征在于，所述保温模块包含保温坩埚和保温坩埚盖，其中，所述保温坩埚两侧开孔，前方设置有可视化窗口；所述保温坩埚放置在炉腔内的支架上。

3.根据权利要求2所述的可视化超快速高温烧结设备，其特征在于，所述烧结模块为焦耳热加热结构，待烧结的样品则放置在所述焦耳热加热结构内。

4.根据权利要求3所述的可视化超快速高温烧结设备，其特征在于，所述保温坩埚的两侧对称设置有开孔，所述电流加热模块包括设置在所述开孔内的导电电极、设置在所述保温坩埚内的多构型焦耳热介质以及向所述导电电极输入电流的电流输入装置，其中，所述导电电极一端穿过所述保温坩埚上的开口后与所述多构型焦耳热介质连接，另一端则与所述电流输入装置的输出端连接。

5.根据权利要求4所述的可视化超快速高温烧结设备，其特征在于，所述导电电极为铜电极。

6.根据权利要求1所述的可视化超快速高温烧结设备，其特征在于，所述温控模块包括红外测温仪以及用于调节所述红外测温仪的测温角度与测温区域的角度调节机构，其中，所述角度调节机构安装在所述炉体的观测口处，所述红外测温仪则安装在所述角度调节机构上。

7.根据权利要求1所述的可视化超快速高温烧结设备，其特征在于，所述图像采集模块包括工业相机以及用于驱动所述工业相机做直线运动的直线驱动机构，其中，所述机架中位于所述炉体的观测口的前部设置有滑轨以及设置在所述滑轨上的滑块；所述工业相机安装在所述滑块上；所述直线驱动机构用于驱动所述工业相机靠近或远离所述炉体上的观测口。

8.根据权利要求1所述的可视化超快速高温烧结设备，其特征在于，所述炉体的后侧设置有气体进口和气体出口；所述气氛/气压注入装置包括真空模块、保护气体供给模块以及用于控制保护气体供给量和炉体内部压力的气压控制模块，其中，所述保护气体供给模块的出气口与所述气压控制模块的进气口连通，所述气压控制模块的出气口则与所述炉体上的气体进口连通；所述炉体上的气体出口则与所述真空模块连通。

9.根据权利要求8所述的可视化超快速高温烧结设备，其特征在于，所述气压控制模块为气体流量计和增压装置。

10.根据权利要求1所述的可视化超快速高温烧结设备，其特征在于，所述控制装置为计算机。

技术总结
本技术公开了一种可视化超快速高温烧结设备，包括机架、加热炉、气氛/气压注入装置、状态监控装置和控制装置；所述加热炉包括炉体、烧结模块、保温模块和加热模块；所述状态监控装置包括图像采集模块和温控模块；所述图像采集模块用于采集炉体中的样品的图像信息；所述温控模块用于对炉体内的样品进行测温及表面热场评估；所述炉体上设置有观测口，所述图像采集模块和所述温控模块设置在所述观测口处；所述保温模块和所述烧结模块上设置有可视化窗口；当将所述保温模块和所述烧结模块安装在所述炉体内时，所述可视化窗口正对所述炉体的观测口。本技术的可视化超快速高温烧结设备可以实现在材料烧结过程中对样品进行监控。

技术研发人员：左飞,刘泽校,林华泰
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：20230303
技术公布日：2024/1/14