一种温度控制方法

摘要

本发明提供一种进行温度控制方法，该方法包括，将需要控制温度的物体与连续流动的热交换介质进行热交换，其中，所述热交换介质为含有石墨的粉末。本发明利用石墨耐高温、耐低温、膨胀系数小、体积稳定以及石墨粉流动性好的性质，通过使用含有石墨的粉末作为热交换介质，可以达到-180℃至2000℃的温度控制范围，温度控制精度为±1℃，极大地提高了温度控制范围和精确度，适合用于各种需要进行温度控制的领域，尤其适用于材料成型领域。

权利要求

1.一种温度控制的方法，该方法包括将需要控制温度的物体与连续流动的热交换介质进行热交换，其特征在于，所述热交换介质为含有石墨的粉末；所述含有石墨的粉末为石墨粉末、或者含有石墨粉末及硅粉、钛粉、铝粉、铜粉和银粉中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，含有石墨的粉末的平均颗粒直径为1-500微米。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，以所述含有石墨的粉末的总重量为基准，所述含有石墨的粉末中含有50至小于100重量％的石墨，0-10重量％的硅和0-40重量％的钛、铝、铜和银中的一种或几种，其中，硅的含量及钛、铝、铜和银中的一种或几种的总含量不同时为零。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述含有石墨的粉末的制备方法为球磨法，该球磨法包括，在转速为40-350转/分钟、球料重量比为10∶1至50∶1、真空或惰性气体气氛下，将如下组分之一与石墨粉末混合0.5-7小时：

1)硅粉；

2)钛粉、铝粉、铜粉和银粉中的一种或几种；

3)硅粉与钛粉、铝粉、铜粉和银粉中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述钛粉的平均颗粒直径为1-150微米；所述硅粉的平均颗粒直径为1-100微米；所述铝粉的平均颗粒直径为1-115微米；所述铜粉的平均颗粒直径为1-110微米；所述银粉的平均颗粒直径为1-110微米。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，当需要控制的温度为大于0℃且小于等于400℃时，所述含有石墨的粉末中含有石墨及硅、钛、铝、铜和银中的一种或几种，且以所述含有石墨的粉末的总重量为基准，硅、钛、铝、铜和银的总含量为大于0且小于等于50重量％。

7.根据权利要求3所述的方法，其中，当需要控制的温度为大于400℃且小于等于

800℃时，所述含有石墨及硅、钛、铜和银中的一种或几种，且以所述含有石墨的粉末的总重量为基准，硅、钛、铜和银的总含量为大于0且小于等于50重量％。

8.根据权利要求3所述的方法，其中，当需要控制的温度为大于800℃且小于等于

900℃时，所述含有石墨的粉末中含有及硅、钛和铜中的一种或几种，且以所述含有石墨的粉末的总重量为基准，硅、钛和铜的总含量为大于0且小于等于50重量％。

9.根据权利要求3所述的方法，其中，当需要控制的温度为大于900℃且小于等于

1000℃时，所述含有石墨的粉末中含有50重量％至小于100重量％的石墨，和大于0且小于等于50重量％的硅和/或钛。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热交换介质的流动速度为0.1-15米/秒，在热交换介质流动的空间中，所述热交换介质的体积为该空间的80-100％。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含有石墨的粉末处于真空中或惰性气体中。

说明书

一种温度控制方法

技术领域

[0001] 本发明是关于一种温度控制方法。

背景技术

[0002] 模具表面温度的控制是影响各种零部件质量的重要因素。以铸造过程为例，如果热量的传递率过快，铸件中可能会产生冷纹；如果传递率过慢，则会增加铸件的成形周期，降低生产率。另外，如果模具温度不平均或不适当，也会导致铸件的尺寸不稳定，在生产过程中顶出铸件变形，导致热压力、粘模、表面凹陷、内缩孔及热泡等问题。如果模具温度差异较大，还会对生产周期中的变量，如填充时间、冷却时间及喷涂时间等产生不同程度的影响。另外，模具本身的寿命亦会因受到过冷过热的冲击而发生热裂等问题。

[0003] 现有技术中，当铸造时对模具的温度要求在300℃以下时，例如对铝、镁、锌等合金进行压铸时，通常使用模温机，以水或油为导热介质控制模具的温度。然而，以水或油为介质使用模温机控制温度的方法，其控制温度的范围较小，不能达到300℃以上。

[0004] 当对钛合金或钢等材料进行锻造时，模具的温度多要求在700℃以上，通常使用电阻或感应加热，并辅以热电偶，从而控制温度。然而，对钛合金或钢等材料的锻造通常需要较高的控制温度，现有技术虽然可以迅速导入热量，但当模具温度较高时，无法及时导出热量，温度控制不精确。

[0005] 在CN2364420Y中公开了一种石墨热交换器，该热交换器中使用了块状石墨作为热交换介质。然而块状石墨作为热交换器的固定结构，不能实现循环流动，不能与模具直接换热，必须通过传热媒介来达到控制温度的目的。且热量控制不均匀，控温精度低。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服现有的温度控制技术中温度控制范围小以及高温时温度控制不精确的缺点，提供一种温度控制范围大、温度控制精度高的温度控制的方法。

[0007] 本发明提供一种进行温度控制的方法，该方法包括，将需要控制温度的物体与连续流动的热交换介质进行热交换，其中，所述热交换介质为含有石墨的粉末。

[0008] 本发明利用石墨耐高温、耐低温、膨胀系数小、体积稳定以及石墨粉流动性好的性质，通过使用含有石墨的粉末作为热交换介质，可以达到-180至2000℃的温度控制范围，温度控制精度为±1℃，极大地提高了温度控制范围和精确度，适合用于各种需要进行温度控制的领域，尤其适用于材料成型领域。

具体实施方式

[0009] 本发明提供的进行温度控制的方法包括，将需要控制温度的物体与连续流动的热交换介质进行热交换，其中，所述热交换介质为含有石墨的粉末。

[0010] 优选情况下，所述含有石墨的粉末的平均颗粒直径为1-500微米，优选为1-100微米。

[0011] 含有石墨的粉末可以只含有石墨，也可以含有硅粉、钛粉、铝粉、铜粉和银粉中的一种或几种与石墨粉末。

[0012] 所述石墨粉末没有特别限制，可以为天然石墨和各种人工石墨，例如致密结晶状石墨、鳞片石墨、隐晶质石墨和膨胀石墨以及其它人工石墨。石墨粉末中可能含有石墨中常见的各种杂质，如SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO、水、沥青、CO2、H2、CH4和N2中的一种或几种。优选情况下，所述石墨粉末的固定碳含量为85％以上，进一步优选为固定碳含量为99％以上。

[0013] 所述人工掺杂的石墨中可以含有钛粉、硅粉、铝粉、铜粉和银粉中的一种或几种。

[0014] 当所述含有石墨的粉末含有硅粉、钛粉、铝粉、铜粉和银粉中的一种或几种与石墨粉末时，以所述含有石墨的粉末的总重量为基准，石墨的含量为50至小于100重量％，硅的含量为0-10重量％，钛、铝、铜和银的总含量为0-40重量％，其中，硅的含量及钛、铝、铜和银中的一种或几种的总含量不同时为零。

[0015] 所述含有石墨的粉末的制备方法为常规的混合方法，如将各种粉末放入球磨罐中，优选情况下，所述含有石墨的粉末的制备方法为球磨法，该方法包括，在转速为40-350转/分钟、优选为45-150转/分钟、进一步优选为45-70转/分钟，球料重量比为
10∶1-50∶1、进一步优选40∶1-50∶1，真空或惰性气体气氛下，将如下组分之一与石墨粉末混合0.5-7小时：

[0016] 1)硅粉；

[0017] 2)钛粉、铝粉、铜粉和银粉中的一种或几种；或者

[0018] 3)硅粉与钛粉、铝粉、铜粉和银粉中的一种或几种的混合物。

[0019] 对混合的温度没有特别限定，优选为25-130℃。所述真空状态是指压强低于一个标准大气压，可以为0.07-0.09兆帕。

[0020] 优选情况下，在进行热交换的过程中，所述含有石墨的粉末处于真空中或惰性气-2 -2 -1体中。所述真空条件为真空度为3.5×10 -5帕，优选为3.5×10 -1×10 帕。所述惰性气体为不参与反应的任何气体，如零族气体和氮气。所述真空度为实际压强。

[0021] 优选情况下，所述钛粉的平均颗粒直径为1-150微米，优选为1-86微米；所述硅粉的平均颗粒直径为1-100微米，优选为1-75微米；所述铝粉的平均颗粒直径为1-115微米，优选为1-85微米；所述铜粉的平均颗粒直径为1-110微米，优选为1-80微米；所述银粉的平均颗粒直径为1-110微米，优选为1-75微米。

[0022] 优选情况下，当需要控制的温度为-180℃至2000℃时，热交换介质可以为石墨粉末。

[0023] 优选情况下，当需要控制的温度为大于0℃至400℃时，所述含有石墨的粉末中含有石墨及硅、钛、铝、铜和银中的一种或几种，且以所述含有石墨的粉末的总重量为基准，硅、钛、铝、铜和银的总含量为大于0至50重量％。

[0024] 优选情况下，当需要控制的温度为大于400℃至800℃时，所述含有石墨及硅、钛、铜和银中的一种或几种，且以所述含有石墨的粉末的总重量为基准，硅、钛、铜和银的总含量为大于0至50重量％。

[0025] 优选情况下，当需要控制的温度为大于800℃至900℃时，所述含有石墨的粉末中含有及硅、钛和铜中的一种或几种，且以所述含有石墨的粉末的总重量为基准，硅、钛和铜的总含量为大于0至50重量％。

[0026] 优选情况下，当需要控制的温度为大于900℃至1000℃时，所述含有石墨的粉末中含有50重量％至小于100重量％的石墨，和大于0至50重量％的硅和/或钛。

[0027] 优选情况下，可以对热交换介质进行预热。所述预热可以为常规的方法，如在材料成型领域使用常规的模温机对热交换介质进行加热。优选情况下，对热交换介质预热的温度为，比需要控制的温度高5-20℃，优选为高10-15℃。

[0028] 使热交换介质连续流动的方法可以包括各种使粉末流动的方法，如使用可用于粉末流动的模温机。所述热交换介质的流动速度可以为0.1-15米/秒，优选为1.22-15米/秒，所述热交换介质的用量使热交换介质的总体积为整个热交换介质流动的空间的80-100％，优选为90-100％。所述可用于粉末流动的模温机的结构为：采用氧化铝陶瓷制作的箱体来装载石墨粉体，箱体与氧化铝陶瓷管构成温度控制回路，陶瓷管道连接在模具上，对管道抽真空，利用感应加热与油冷构成加热冷却系统，使用电磁力为加了电流的石墨粉提供流动的动力。

[0029] 本发明的进行温度控制的方法可以应用在各个领域，如在材料成型技术中对模具温度的控制、热交换器和各种反应器的温度控制。

[0030] 下面通过实施例对本发明的方法做进一步的说明。

[0031] 使用安格斯集团(香港)有限公司生产的模温机AM-12W，采用氧化铝陶瓷制作的箱体代替原有的水箱，箱体与氧化铝陶瓷管构成温度控制回路，陶瓷管道连接在模具上，对管道抽真空，利用感应加热方法加热陶瓷箱体里的石墨粉，引入油冷系统及时冷却含有石墨的粉末，增加提供电磁力的线圈，使用电磁力对加电流的含有石墨的粉末提供流动的动力。改造后用于以下实施例。

[0032] 实施例1

[0033] 本实施例说明利用本发明提供的温度控制的方法控制材料成型模具的温度。

[0034] 以混合物的总重量为基准，使用90％的粒径为500微米固定含碳量99％的石墨，5％的粒径为86微米、纯度为99％的钛粉和5％的粒径为75微米、纯度为99％的硅粉。

[0035] 将配料放入球磨罐中，球料比为40∶1，将球磨罐抽真空至真空度为0.08兆帕，真空带筛球磨机(武汉恒乐矿物工程设备有限公司生产，型号为XMQS- ，下同)，大盘转速为60转/分钟；研磨球为不锈钢，在室温下，经过3.5小时得到混合均匀，得到混合粉末-2A1。将得到的混合物粉末A1放入模温机内，对管道进行抽真空至3.5×10 帕。先将A1加热到865℃，此时模具的温度为864-865℃，将辽宁峰阁钛业有限公司生产的TC4铸锭置入模具内，将模温机的温度调至850℃，经过6-7分钟，模具温度达到850℃，使用模温机将混合物粉末A1以1.2米/秒的流速不间断地通过模具内管道，用量使所述混合粉末的体积为内管道总空间的90％以上，从而从内部进行模具加热，制得锻件B1。

[0036] 经深圳市富兰克电子有限公司生产的AZ8856温度计(热电偶温度计)测定，模具的温度控制误差为±1℃。

[0037] 实施例2

[0038] 本实施例说明利用本发明提供的温度控制的方法控制材料成型模具的温度。

[0039] 以混合物的总重量为基准，使用90％的粒径为500微米固定含碳量99％的石墨，5％的粒径为86微米、纯度为99％的钛粉和5％的粒径为75微米、纯度为99％的硅粉。

[0040] 将配料放入球磨罐中，球料比为40∶1，将球磨罐抽真空至真空度为0.08兆帕；真空带筛球磨机大盘转速为45转/分钟；研磨球为不锈钢，在室温下，经过2.5小时得到混合均匀，制得混合粉末A2。将得到的混合物粉末A2放入模温机内，对管道进行抽真空至-2
3.5×10 帕。先将石墨粉加热到975℃，此时模具的温度为974-975℃，将辽宁峰阁钛业有限公司生产的TC10铸锭置入模具内，将模温机的温度调至965℃，经过7-9分钟，模具温度达到965℃，使用模温机将混合物粉末A2以1.22米/秒的速度不间断地通过模具内管道，用量使所述混合粉末的体积为内管道总空间的90％以上，从而从内部进行模具加热，制得锻件B2。

[0041] 按照与实施例1相同的方法测定，模具的温度控制误差为±1℃。

[0042] 实施例3

[0043] 本实施例说明利用本发明提供的温度控制的方法控制材料成型模具的温度。

[0044] 以混合物的总重量为基准，使用95％的粒径为500微米固定含碳量99％的石墨和5％的粒径为86微米、纯度为99％的钛粉。

[0045] 将配料放入球磨罐中，球料比为40∶1，将球磨罐抽真空至真空度为0.08兆帕；真空带筛球磨机大盘转速为50转/分钟；研磨球为不锈钢，在室温下，经过3.5小时得到混合均匀，制得混合粉末A3。将得到的混合物粉末A3放入模温机内，对管道进行抽真空至-2
3.5×10 帕。先将石墨粉加热到1125℃，此时模具的温度为1124-1126℃，将上海宝钢特钢生产的镍基合金GH738置入模具内，将模温机的温度调至1110℃，经过6-7分钟，模具温度达到1110℃，使用模温机将混合物粉末A3以1.0米/秒的速度不间断地通过模具内管道，用量使所述混合粉末的体积为内管道总空间的90％以上，从而内部进行模具加热，模具温度控制在1110±1℃。制得锻件B3。

[0046] 按照与实施例1相同的方法测定，模具的温度控制误差为±1℃。

[0047] 实施例4

[0048] 本实施例说明利用本发明提供的温度控制的方法控制材料成型模具的温度。

[0049] 以混合物的总重量为基准，使用65％的粒径为500微米固定含碳量99％的石墨和10％的粒径为80微米、纯度为99％的铜粉、10％的粒径为75微米、纯度为99％的银粉、5％的粒径为80微米、纯度为99％的硅粉和10％的粒径为86微米、纯度为99％的钛粉。

[0050] 将配料放入球磨罐中，球料比为50∶1，将球磨罐在标准大气压下通入氩气保护；真空带筛球磨机大盘转速为60转/分钟；研磨球为不锈钢，在室温下，经过2小时得到混合均匀，制得混合粉末A4。将得到的混合物粉末A4放入模温机内，对管道进行抽真空-2至9×10 帕。先将石墨粉加热到465℃，此时模具的温度为464-465℃，将上海宝钢特钢生产的镁合金MB8置入模具内，将模温机的温度调至450℃，经过3-5分钟，模具温度达到
450℃，使用模温机将混合物粉末A4以2.3米/秒的流速不间断地通过模具内管道，用量使所述混合粉末的体积为内管道总空间的90％以上，从而从内部进行模具加热，模具温度控制在450±1℃。制得锻件B4。

[0051] 按照与实施例1相同的方法测定，模具的温度控制误差为±1℃。

[0052] 实施例5

[0053] 本实施例说明利用本发明提供的温度控制的方法控制材料成型模具的温度。

[0054] 以混合物的总重量为基准，使用65％的粒径为500微米固定含碳量99％的石墨和