用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型公布一種用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐，包括加熱單元、保溫單元、冷卻單元、爐體和超聲波攪拌裝置，所述加熱單元包括第一段爐管和加熱元件，所述加熱元件設在所述第一段爐管內；所述保溫單元包括第二段爐管和加熱組件，所述加熱組件設在所述第二段爐管內；所述冷卻單元包括第三段爐管；所述爐體包括保溫層、循環水冷卻層和爐殼，所述循環水冷卻層設在所述保溫層和所述爐殼之間，所述爐殼上設有所述循環水冷卻層的進水口和出水口；所述超聲波攪拌裝置包括超聲波發生器和超聲波傳導層。采用本實用新型，可以制備出陶瓷相在基體內的分布比較均勻且不會出現局部熱應力的復合材料，而且還提高了操作安全性。
【專利說明】用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種管式燒結爐，特別涉及一種用于制備顆粒增強鋁基復合材料 的管式燒結爐。

【背景技術】
[0002] 燒結是將粉末或壓坯在低于其主要組份熔點的溫度下進行高溫處理以增高工件 機械強度的工藝過程。原位合成法基本原理是利用不同元素或化學物之間在一定條件下發 生化學反應，而在金屬基體內生成一種或幾種陶瓷相顆粒，以達到改善單一金屬合金性能 的目的。陶瓷相作為復合材料的分散相或增強相，其顆粒度的大小的一致性以及其在復合 材料基體內分布的均勻性均會對復合材料的力學性能以及其他性能產生影響，因而在制備 此類復合材料的過程中尤其要注意分散相的分布均勻性，使得分散相在該復合材料的基體 中分散均勻。而常用管式燒結爐中多采用旋轉式管式爐，盡管可以使爐管內的復合材料的 原料受熱均勻，使得復合材料的原料能夠較快的熔化并進行反應。但復合材料的制備后期， 由于旋轉式管式燒結爐自身旋轉速度的限制，復合材料中的分散相在復合材料基體中分散 不均勻，還會出現集聚現象，而且分散相的顆粒度也會出現較大差異，從而對復合材料的整 體性能產生影響。 實用新型內容
[0003] 有鑒于此，本實用新型在于提供一種用于制備顆粒增強復合材料的管式燒結爐， 既能保證管式燒結爐中制備復合材料的原料能夠受熱均勻，又能使反應生成的分散相（陶 瓷相）顆粒度大小相近，且分散相在復合材料的基體中分擔較為均勻。
[0004] 為解決上述問題，本實用新型采用如下技術方案：用于制備顆粒增強鋁基復合材 料的管式燒結爐，包括加熱單元、保溫單元、冷卻單元、爐體和超聲波攪拌裝置，所述加熱單 元包括第一段爐管和加熱元件，所述加熱元件設在所述第一段爐管內；所述保溫單元包括 第二段爐管和加熱組件，所述加熱組件設在所述第二段爐管內；所述冷卻單元包括第三段 爐管；所述爐體包括保溫層、循環水冷卻層和爐殼，所述循環水冷卻層設在所述保溫層和所 述爐殼之間，所述爐殼上設有所述循環水冷卻層的進水口和出水口；所述超聲波攪拌裝置 包括超聲波發生器和超聲波傳導層，所述超聲波發生器通過超聲波導體與所述超聲波傳導 層連接導通；所述第一段爐管、所述第二段爐管和所述第三段爐管依次分別設在所述爐體 內，所述第一段爐管與所述第二段爐管之間和所述第二段爐管與所述第三段爐管之間分別 通過隔熱板連接；所述第一段爐管外側設有所述保溫層，所述保溫層外側設有所述爐殼； 所述第二段爐管外側設有所述超聲波傳導層，所述超聲波傳導層外側設有所述保溫層，所 述保溫層外側設有所述爐殼；所述第三段爐管外側設有所述超聲波傳導層，所述超聲波傳 導層外側設有所述保溫層，所述保溫層外側為所述循環水冷卻層，所述循環水冷卻層外側 為所述爐殼。
[0005] 上述用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐，所述超聲波發生器設在所述 爐體外。
[0006] 上述用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐，所述第一段爐管為碳化硅爐 管。
[0007] 上述用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐，所述第二段爐管為碳化硅爐 管。
[0008] 上述用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐，所述第三段爐管為石英爐 管。
[0009] 上述用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐，還包括抽真空系統。
[0010] 上述用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐，所述抽真空系統包括至少兩 個真空泵，兩個所述真空泵串聯連接。
[0011] 本實用新型的有益效果是：
[0012] 1.采用超聲攪拌，可以使在復合材料制備后期階段中先行結晶出來的陶瓷相晶粒 大小均勻，同時還可以使得陶瓷相在基體內的分布比較均勻，從而使得所制備出的復合材 料性能較為一致，不會出現忽好忽差的現象。
[0013] 2.采用水冷系統和風冷系統相結合的冷卻裝置，確保爐體不會出現局部溫度驟變 導致爐體結構受損，同時還確保了復合材料制備后期成品復合材料的整體降溫的一致性和 均勻性，避免成品復合材料內部產生熱應力，進而避免對成品復合材料的性能產生影響。
[0014] 3.本實用新型采用真空泵組來實現在真空狀態下制備復合材料，避免因采用氫氣 作為保護氣體而帶來的潛在的爆炸事故，同時降低了整個復合材料的制備過程中的保護氣 的用量，從而降低了生產成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本實用新型用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐的結構示意圖。
[0016] 圖中：1-加熱單元，2-保溫單元，3-冷卻單元，4-爐體，5-超聲波攪拌裝置，6-第 一段爐管，7-加熱元件，8-第二段爐管，9-加熱組件，10-第三段爐管，11-爐殼，12-保溫 層，13-超聲波傳導層，14-循環水冷卻層，15-隔熱板，16-進水口，17-出水口，18-超聲波 發生器，19-抽真空系統，20-通氣管。

【具體實施方式】
[0017] 為清楚說明本實用新型中的方案，下面給出優選的實施例并結合附圖詳細說明。
[0018] 如圖1所示，本實用新型用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐，包括加 熱單元1、保溫單元2、冷卻單元3、爐體4和超聲波攪拌裝置5。
[0019] 其中，如圖1所示，所述加熱單元1包括第一段爐管6和加熱元件7,所述加熱元件 7設在所述第一段爐管6內；所述保溫單元2包括第二段爐管8和加熱組件9,所述加熱組 件9設在所述第二段爐管8內；所述冷卻單元3包括第三段爐管10 ;所述爐體包括保溫層 12、循環水冷卻層14和爐殼11，所述循環水冷卻層14設在所述保溫層12和所述爐殼11之 間，所述爐殼11上設有所述循環水冷卻層14的進水口 16和出水口 17 ;所述超聲波攪拌裝 置5包括超聲波發生器18和超聲波傳導層13,所述超聲波發生器18設在所述爐體4外，所 述超聲波發生器18通過超聲波導體與所述超聲波傳導層13連接導通；所述第一段爐管6、 所述第二段爐管8和所述第三段爐管10依次分別設在所述爐體4內，所述第一段爐管6與 所述第二段爐管8之間和所述第二段爐管8與所述第三段爐管10之間分別通過隔熱板15 連接；所述第一段爐管6外側設有所述保溫層12,所述保溫層12外側設有所述爐殼11 ;所 述第二段爐管8外側設有所述超聲波傳導層13,所述超聲波傳導層13外側設有所述保溫 層12,所述保溫層12外側設有所述爐殼11 ;所述第三段爐管10外側設有所述超聲波傳導 層13,所述超聲波傳導層13外側設有所述保溫層12,所述保溫層12外側為所述循環水冷 卻層14,所述循環水冷卻層14外側為所述爐殼11。
[0020] 鑒于通過原位反應制備顆粒增強鋁基復合材料時，所述第一段爐管6和第二段爐 管8需要承受1500°C左右的高溫，本實用新型用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結 爐中，所述第一段爐管6及所述第二段爐管8均選用碳化硅爐管，而為了便于冷卻降溫，所 述第三段爐管10選用石英爐管。
[0021] 此外為了使顆粒增強鋁基復合材料在整個制備過程中不受其他氣氛的影響，本實 用新型還配置了抽真空系統19,所述抽真空系統19包括至少兩個真空泵，兩個所述真空泵 串聯連接。在此情況下，所述第一段爐管6進料口處的管蓋上設有一個通氣管20,所述第三 段爐管10的出料口出的管蓋上設有一個通氣管20。在使用本實用新型制備顆粒增強鋁基 復合材料時，將所述抽真空系統19與任一所述通氣管20連接導通，然后將剩下的一個所述 通氣管20與氮氣瓶連接導通即可。
[0022] 在本實施例中，使用本實用新型制備顆粒增強鋁基復合材料時，先將原料從進料 口填入所述第一段爐管6內，然后合上進料口的管蓋，并將進料口處管蓋上的所述通氣管 20與氮氣瓶的出氣口連接導通，然后將第三段爐管10的出料口處的管蓋上的所述通氣管 20與所述抽真空系統19的進氣口連接導通，接著啟動真空泵將所述第一爐管6、所述第二 爐管8和所述第三爐管10內的空氣抽出，然后關閉真空泵，向上述三個爐管內通入氮氣，然 后再啟動真空泵進行抽真空操作，如此三次之后，關閉氮氣瓶上的氣閥，并將真空泵關閉， 然后接通所述加熱元件7、所述加熱組件9和所述超聲波發生器18的電源即可開始制備顆 粒增強鋁基復合材料的實驗。
[0023] 上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型創造所作的舉例，而并非對本實用新 型創造【具體實施方式】的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還 可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在 本實用新型的精神和原則之內所引伸出的任何顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型 創造權利要求的保護范圍之中。
【權利要求】
1. 用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐，其特征在于，包括加熱單元（1)、保 溫單元（2)、冷卻單元（3)、爐體⑷和超聲波攪拌裝置（5)，所述加熱單元⑴包括第一段 爐管（6)和加熱元件（7)，所述加熱元件（7)設在所述第一段爐管（6)內；所述保溫單元（2) 包括第二段爐管（8)和加熱組件（9)，所述加熱組件（9)設在所述第二段爐管（8)內；所述 冷卻單元（3)包括第三段爐管（10);所述爐體（4)包括保溫層（12)、循環水冷卻層（14) 和爐殼（11)，所述循環水冷卻層（14)設在所述保溫層（12)和所述爐殼（11)之間，所述爐 殼（11)上設有所述循環水冷卻層（14)的進水口（16)和出水口（17);所述超聲波攪拌裝 置（5)包括超聲波發生器（18)和超聲波傳導層（13)，所述超聲波發生器（18)通過超聲波 導體與所述超聲波傳導層（13)連接導通；所述第一段爐管￠)、所述第二段爐管（8)和所 述第三段爐管（10)依次分別設在所述爐體（4)內，所述第一段爐管（6)與所述第二段爐管 (8)之間和所述第二段爐管（8)與所述第三段爐管（10)之間分別通過隔熱板（15)連接； 所述第一段爐管（6)外側設有所述保溫層（12)，所述保溫層（12)外側設有所述爐殼（11); 所述第二段爐管（8)外側設有所述超聲波傳導層（13)，所述超聲波傳導層（13)外側設有 所述保溫層（12)，所述保溫層外側（12)設有所述爐殼（11);所述第三段爐管（10)外側設 有所述超聲波傳導層（13)，所述超聲波傳導層（13)外側設有所述保溫層（12)，所述保溫層 (12)外側為所述循環水冷卻層（14)，所述循環水冷卻層（14)外側為所述爐殼（11)。
2. 根據權利要求1所述的用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐，其特征在 于，所述超聲波發生器（18)設在所述爐體（4)夕卜。
3. 根據權利要求1所述的用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐，其特征在 于，所述第一段爐管（6)為碳化硅爐管。
4. 根據權利要求1所述的用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐，其特征在 于，所述第二段爐管（8)為碳化硅爐管。
5. 根據權利要求1所述的用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐，其特征在 于，所述第三段爐管（10)為石英爐管。
6. 根據權利要求1所述的用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐，其特征在 于，還包括抽真空系統（19)。
7. 根據權利要求6所述的用于制備顆粒增強鋁基復合材料的管式燒結爐，其特征在 于，所述抽真空系統（19)包括至少兩個真空泵，兩個所述真空泵串聯連接。
【文檔編號】C22C1/05GK204022919SQ201420451710
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月12日 優先權日:2014年8月12日
【發明者】趙鴿, 張瑞英, 王曉歡 申請人:內蒙古工業大學