一种碳化硅与金属复合材料的烧结炉

摘要

本申请涉及一种碳化硅与金属复合材料的烧结炉，包括前端为开放端的外炉体、铰接在外炉体上的炉盖、与外炉体的后侧面转动连接的转轴、设在转轴的一端且位于外炉体内部的固定槽、设在外炉体内的用于支撑内炉体的支架、一端插接在转轴上固定槽内，另一端与支架连接的内炉体、设在外炉体内的用于加热内炉体的感应线圈以及与转轴位于外炉体外部的一端连接的用于驱动内炉体围绕其轴线转动并沿着其轴线做往复运动的驱动装置。本申请用于碳化硅的烧结工序，能够提高碳化硅的烧结率。

权利要求

1.一种碳化硅与金属复合材料的烧结炉，其特征在于，包括：外炉体（11），其前端为开放端；

炉盖（12），铰接在外炉体（11）上，用于与外炉体（11）形成一个密闭空间；

转轴（13），与外炉体（11）的后侧面转动连接；

固定槽（14），设在转轴（13）的一端且位于外炉体（11）内部；

内炉体（15），其一端插接在转轴（13）上固定槽（14）内；

支架（16），设在外炉体（11）内，用于支撑内炉体（15）的悬空端；

感应线圈（17），设在外炉体（11）内，用于加热内炉体（15）；以及驱动装置（18），与转轴（13）位于外炉体（11）外部的一端连接，用于驱动内炉体（15）围绕其轴线转动并沿着其轴线做往复运动；

其中，感应线圈（17）盘绕在内炉体（15）外且与内炉体（15）之间存在缝隙；

所述内炉体（15）包括一端为开放端的第一烧结炉体（151）、与第一烧结炉体（151）法兰连接的第二烧结炉体（152）、设在第一烧结炉体（151）上的第一连接轴（153）、设在第二烧结炉体（152）的第二连接轴（154）和设在第二连接轴（154）上的第一通道（155）；

所述转轴（13）上开设有第二通道（156）；

所述第一烧结炉体（151）与第二烧结炉体（152）能够形成一个密闭空间；

所述第一通道（155）的一端与第一烧结炉体（151）和第二烧结炉体（152）形成的密闭空间连通，另一端与第二通道（156）连通；

所述第二通道（156）与外炉体（11）内部的空间连通；

所述第一连接轴（153）穿过支架（16）上的孔；

所述驱动装置（18）包括轨道（181）、设在轨道（181）上的滑台（182）、设在滑台（182）上的电机（183）、与电机（183）连接的减速机（184）和与减速机（184）的输出轴连接的万向联轴器（185）；

所述万向联轴器（185）的另一端与转轴（13）连接；

还包括用于推动滑台（182）在轨道（181）上往复移动的伸缩装置（186）。

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅与金属复合材料的烧结炉，其特征在于：还包括循环降温部分（2）；

所述循环降温部分（2）包括水箱（21）、盘绕在外炉体（11）外壁上的降温管（22）和与降温管（22）的其中一端连接的循环水泵（23）；

所述降温管（22）的另一端与水箱（21）连接；

所述循环水泵（23）的另一端与水箱（21）连接。

3.根据权利要求2所述的一种碳化硅与金属复合材料的烧结炉，其特征在于：还包括设在外炉体（11）上的刚性保护套（31）；

所述降温管（22）位于外炉体（11）与刚性保护套（31）之间。

4.根据权利要求1所述的一种碳化硅与金属复合材料的烧结炉，其特征在于：所述伸缩装置（186）为电缸、气缸或者液压缸。

5.根据权利要求1所述的一种碳化硅与金属复合材料的烧结炉，其特征在于：所述支架（16）可拆卸连接在外炉体（11）上。

6.根据权利要求1所述的一种碳化硅与金属复合材料的烧结炉，其特征在于：所述支架（16）与外炉体（11）滑动连接，其滑动方向平行于内炉体（15）的轴线方向。

说明书

一种碳化硅与金属复合材料的烧结炉

技术领域

[0001] 本申请涉及碳化硅烧结设备的技术领域，尤其是涉及一种碳化硅与金属复合材料的烧结炉。

背景技术

[0002] 碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等制成，与不同的金属材料复合后能够制成性能优异的金属基碳化硅材料，在微型处理器、IGBT
冷却和金属性能改善方面有着广泛的应用。

[0003] 金属基碳化硅材料的制备过程中，需要使用到烧结炉。在碳化硅烧结的过程中，现有的烧结方式大多是将原材料放置在工作台上，然后使用高温进行烧结，烧结过程中底部
的原材料、表面的原材料和中间部分的原材料的温度均不相同，原材料的受热不均匀，烧结
率偏低。

发明内容

[0004] 针对现有技术存在的不足，本申请的目的是提供一种碳化硅与金属复合材料的烧结炉，该烧结炉能够提高金属基碳化硅材料的烧结率。

[0005] 本申请的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

[0006] 一种碳化硅与金属复合材料的烧结炉，包括：

[0007] 外炉体，其前端为开放端；

[0008] 炉盖，铰接在外炉体上，用于与外炉体形成一个密闭空间；

[0009] 转轴，与外炉体的后侧面转动连接；

[0010] 固定槽，设在转轴的一端且位于外炉体内部；

[0011] 内炉体，其一端插接在转轴上固定槽内；

[0012] 支架，设在外炉体内，用于支撑内炉体的悬空端；

[0013] 感应线圈，设在外炉体内，用于加热内炉体；以及

[0014] 驱动装置，与转轴位于外炉体外部的一端连接，用于驱动内炉体围绕其轴线转动并沿着其轴线做往复运动；

[0015] 其中，感应线圈盘绕在内炉体外且与内炉体之间存在缝隙。

[0016] 在本申请的一个较佳示例中：还包括循环降温部分；

[0017] 所述循环降温部分包括水箱、盘绕在外炉体外壁上的降温管和与降温管的其中一端连接的循环水泵；

[0018] 所述降温管的另一端与水箱连接；

[0019] 所述循环水泵的另一端与水箱连接。

[0020] 在本申请的一个较佳示例中：还包括设在外炉体上的刚性保护套；

[0021] 所述降温管位于外炉体与刚性保护套之间。

[0022] 在本申请的一个较佳示例中：所述内炉体包括一端为开放端的第一烧结炉体、与第一烧结炉体法兰连接的第二烧结炉体、设在第一烧结炉体上的第一连接轴、设在第二烧
结炉体的第二连接轴和设在第二连接轴上的第一通道；

[0023] 所述转轴上开设有第二通道；

[0024] 所述第一烧结炉体与第二烧结炉体能够形成一个密闭空间；

[0025] 所述第一通道的一端与第一烧结炉体和第二烧结炉体形成的密闭空间连通，另一端与第二通道连通；

[0026] 所述第二通道与外炉体内部的空间连通；

[0027] 所述第一连接轴穿过支架上的孔。

[0028] 在本申请的一个较佳示例中：所述驱动装置包括轨道、设在轨道上的滑台、设在滑台上的电机、与电机连接的减速机和与减速机的输出轴连接的万向联轴器；

[0029] 所述万向联轴器的另一端与转轴连接；

[0030] 还包括用于推动滑台在轨道上往复移动的伸缩装置。

[0031] 在本申请的一个较佳示例中：所述伸缩装置为电缸、气缸或者液压缸。

[0032] 在本申请的一个较佳示例中：所述支架可拆卸连接在外炉体上。

[0033] 在本申请的一个较佳示例中：所述支架与外炉体滑动连接，其滑动方向平行于内炉体的轴线方向。

[0034] 综上所述，本申请的有益技术效果为：

[0035] 用于烧结金属基碳化硅材料的原材料放置于内炉体内，烧结过程中随着内炉体的转动，原材料在内炉体的带动下翻滚，受热更加均匀，长时间的均匀加热能够有效提供原材
料的烧结率。

附图说明

[0036] 图1是本申请实施例提供的一种立体结构示意图。

[0037] 图2是本申请实施例提供的另一种立体结构示意图。

[0038] 图3是图1中外炉体及其上附属零部件的立体结构示意图。

[0039] 图4是基于图3给出的立体结构示意图，图中省略了刚性保护套。

[0040] 图5是本申请实施例提供的一种内炉体的内部结构示意图。

[0041] 图6是本申请实施例提供的一种第二连接轴与转轴的连接示意图。

[0042] 图7是本申请实施例提供的另一种第二连接轴与转轴的连接示意图。

[0043] 图8是本申请实施例提供的一种支架与内炉体的连接示意图。

[0044] 图中，11、外炉体，12、炉盖，13、转轴，14、固定槽，15、内炉体，16、支架，17、感应线圈，18、驱动装置，2、循环降温部分，21、水箱，22、降温管，23、循环水泵，31、刚性保护套，41、
通孔，42、异形块，43、短轴，44、密封环，45、弹簧，46，卡槽，151、第一烧结炉体，152、第二烧
结炉体，153、第一连接轴，154、第二连接轴，155、第一通道，156、第二通道，171、加热部分，
172、连接部分；181、轨道，182、滑台，183、电机，184、减速机，185、万向联轴器，186、伸缩装
置。

具体实施方式

[0045] 以下结合附图对本申请的实施方式作进一步详细说明。

[0046] 请参阅图1、图2和图5，为本申请实施例公开的一种碳化硅与金属复合材料的烧结炉，该烧结炉主要由外炉体11、炉盖12、转轴13、固定槽14、支架16、内炉体15、感应线圈17和
驱动装置18等组成，下面对其进行详细的介绍。

[0047] 外炉体11是烧结炉的主体部分，其内部有一个腔室，该腔室用于放置固定槽14、支架16、内炉体15和感应线圈17等。外炉体11由一个底面、一个顶面、顺序相连的三个侧面和
炉盖12组成，炉盖12铰接在外炉体11的侧面上，用于将外炉体11封闭，使其内部能够形成一
个密闭的腔室，此处为了方便描述，规定工作人员站在炉盖12的前方，该位置也是外炉体11
的前方，据此，外炉体11上与炉盖12相对的侧面为后侧面。

[0048] 转轴13安装在外炉体11的后侧面上并与该后侧面转动连接，具体的连接方式是在外炉体11的后侧面上开设一个孔，将转轴13插入到孔内，当然，在孔内在安装一个滑动轴
承，用于降低摩擦力，也是可以的。转轴13的一端位于外炉体11的内部，另一端位于外炉体
11的外部，其位于外炉体11内部的一端上开设有一个固定槽14，该固定槽14是用于连接内
炉体15的。

[0049] 外炉体11内还设有一个支架16，支架16的作用是支撑内炉体15，应当理解，此时内炉体15的一端位于支架16上并与支架16连接，另一端位于转轴13上并与转轴13连接，此时
内炉体15是悬空的，能够在转轴13的带动下随着转轴13的运动而运动。

[0050] 感应线圈17位于外炉体11内，主要有螺旋状的加热部分171和分别与加热部分171两端连接的连接部分172组成，连接部分172的一端与加热部分171连接，另一端穿过外炉体
11后从外炉体11伸出，然后连接在驱动设备上。工作过程中，驱动设备、加热部分171和连接
部分172之间能够形成一个回路，该回路中有大安倍的电流，加热部分171在通电的过程中
能够产生一个交变磁场，内炉体15穿过该交变磁场时，会切割交变磁力线，从而产生交变的
电流(即涡流)，涡流使内炉体15内的载流子高速无规则运动，载流子与原子互相碰撞、摩擦
而产生热能，内炉体15的温度迅速升高，其内部的原材料也会被加热并在加热的过程中逐
渐烧结。

[0051] 感应线圈17的加热部分171与内炉体15之间存在缝隙，使内炉体15能够在加热部分171内往复移动。

[0052] 驱动装置18位于外炉体11外部，输出端与转轴13位于外炉体11外部的一端连接，用于带动转轴13围绕其自身的轴线转动并沿其轴线做直线往复运动，此时内炉体15也会随
着转轴13的运动而运动，并与转轴13的运动形式保持一致。

[0053] 使用之前，首先打开外炉体11上的炉盖12，将内炉体15取出，然后将足量的原材料导入到内炉体15内，最后将内炉体15装回并将炉盖12关闭。

[0054] 此时给感应线圈17通电并启动驱动装置18,。驱动装置18启动后，会通过转轴13带动内炉体15转动并沿其轴线做往复运动。

[0055] 内炉体15在转动的过程中，其内部的原材料会翻滚，该翻滚过程贯穿整个烧结过程，能够有效提高原材料的混合率。应当理解，在烧结的过程中，如果最外层的原材料开始
烧结后，那么位于内部的原材料的烧结速度就会降低，因此通过连续不断的翻滚能够使原
材料的受热更加均匀。还应理解，翻滚的过程中原材料也能够更加充分的混合，能够在一定
程度上提高烧结的质量。

[0056] 作为申请提供的碳化硅与金属复合材料的烧结炉的一种具体实施方式，在外炉体11上增加了循环降温部分2，循环降温部分2的作用有三个，一个是降低外炉体11的温度，另
一个是延长外炉体11的使用寿命，再一个是改善生产车间内的工作环境。

[0057] 应当理解，烧结过程中会产生大量的热量，虽然这些热量是用于加热内炉体15内的原材料的，但是仍然会有相当量的热量被外炉体11吸收并向外散发，因此外炉体11的温
度是非常高的。外炉体11长时间处于高温状态下，其性能也会逐渐降低，因此有必要采取必
要的降温措施，并且这些热量散发到生产车间内后，生产车间的温度也会增加，尤其是在夏
天，车间的温度会上升至六七十度，根本无法展开正常工作。

[0058] 请参阅图1和图4，循环降温部分2由主要由水箱21、降温管22和循环水泵23三部分组成，其中水箱21和循环水泵23均位于外炉体11外部，降温管22缠绕在外炉体11上，具体的
位置是外炉体11的顶面、底面、左侧面和右侧面。

[0059] 降温管22的一端与水箱21连接，另一端与循环水泵23连接，循环水泵23同时与水箱21连接，这样水箱21、降温管22和循环水泵23能够形成一个回路，工作过程中水在降温管
22内循环流动，将外炉体11上的热量带走。

[0060] 应当理解，这种方式是一种较为合适的方式，因为其成本比较低，降温效果也比较好。和传统的风冷方式相比，能够有效降低车间内的温度，尤其是不会导致其他区域温度的
升高。

[0061] 请参阅图3，进一步地，为了避免降温管22被损坏，在外炉体11上的刚性保护套31，刚性保护套31有钢板支撑，其与外炉体11的外壁之间用支架连接，降温管22位于刚性保护
套31与外炉体11之间。

[0062] 刚性保护套31具有一定的强度，能够承受撞击，避免降温管22被撞击变形或者被撞破。同时刚性保护套31也能够起到物理屏蔽的作用，降低外炉体11上热量向外散发的速
度。

[0063] 请参阅图5，作为申请提供的碳化硅与金属复合材料的烧结炉的一种具体实施方式，内炉体15由第一烧结炉体151、第二烧结炉体152、第一连接轴153和第二连接轴154等组
成，其中第一烧结炉体151和第二烧结炉体152相当于是两个半炉体，二者之间法兰连接，使
用时组装在一起。第一烧结炉体151和第二烧结炉体152组装在一起后，其内部能够形成一
个密闭的空腔，该空腔用于放置用于烧结的原材料。

[0064] 第一烧结炉体151上安装了一根第一连接轴153，第一连接轴153的作用是与支架16连接，其截面形状可以是圆形、三角形或者矩形等。当支架16的截面形状为圆形时，相应
的支架16上应当开设一个圆形的孔，此时第一连接轴153的一端直接插入到支架16上的孔
内，当然，为了降低摩擦力，在支架16上的孔内可以增设一个滑动轴承，第一连接轴153的一
端插入到滑动轴承内，在使用过程中，滑动轴承逐渐磨损，通过牺牲自身的方式来保护支架
16。

[0065] 当第一连接轴153的形状不是圆形，例如三角形或者矩形等时，也可以在支架16上应当开设一个圆形孔，不过此时圆形孔的磨损会比较严重，相应的第一连接轴153的振动也
会增加。

[0066] 为了解决该问题，可以在支架16的圆形孔内安装一个铜套，不过此时铜套的内孔的形状就要与第一连接轴153的截面形状相匹配，二者间隙配合，间隙的宽度在10‑20微米
左右。

[0067] 第二连接轴154固定在第二烧结炉体152上，起作用是与转轴13连接，使第一烧结炉体151和第二烧结炉体152都能够随着转轴13的运动而运动。

[0068] 请参阅图6，应当理解，第二连接轴154能够直接插到转轴13上的固定槽14内，还能够通过螺栓和销轴等进行固定。

[0069] 请参阅图7，可以在第二连接轴154上开设一个通孔41，其靠近转轴13外壁的一端用密封环44封闭。通孔41内放置有一个异形块42，该异形块42类似于棘齿，靠近炉盖12的面
是一个曲面，远离炉盖12的面是一个平面。异形块42上固定有一根短轴43，其一端穿过密封
环44后从转轴伸出。短轴13上还套有一个弹簧45，弹簧45的两端分别顶在异形块42和密封
环44上，用于推动异形块42向靠近转轴13中心处的方向移动。

[0070] 第二连接轴154插到凹槽14内时，会顶在异形块42的曲面上并将异形块42顶回到通孔41内，但是当第二连接轴154到达指定位置后，异形块42受到的推力会消失，弹簧45会
推动异形块42顶入到第二连接轴154上的卡槽46内。

[0071] 拆卸时，拉动短轴43，使异形块42向远离转轴13中心处的方向移动，就能将第二连接轴154从转轴13内拉出来。

[0072] 第二连接轴154上的第一通道155，转轴13上有一条第二通道156，第二连接轴154与转轴13连接在一起后，第一通道155与第二通道156的其中一端对在一起，二者是相通的。
第一通道155的另一端与第一烧结炉体151和第二烧结炉体152形成的密闭空间连通，第二
通道156的另一端与外界的大气相通。这样能够保证第一烧结炉体151和第二烧结炉体152
形成的密闭空间内的气压始终与外界的大气压相等，原材料是在常压的状态下进行烧结
的。

[0073] 应当理解，烧结过程中，颗粒粗化、素坯致密化和晶粒生长三者的活化能不相同的依赖关系，即颗粒粗化、素坯致密化、晶粒生长三者主要在不同的温度区间进行，利用这种
关系，就可通过烧结温度的控制，获得致密化速率大、晶粒生长较慢的烧结条件。在常压下
进行烧结的安全系数也更高，相应的外炉体11、内炉体15和其他附属设备的安全系数也能
够适当降低。

[0074] 请参阅图1和图2，作为申请提供的碳化硅与金属复合材料的烧结炉的一种具体实施方式，驱动装置18主要由轨道181、滑台182、电机183、减速机184、万向联轴器185和伸缩
装置186等组成，其中轨道181位于外炉体11的后方，滑台182安装在轨道181上，能够在轨道
181上往复滑动，滑块182在轨道181上往复滑动时，向靠近或者远离外炉体11的方向移动，
其运动方向平行于转轴13的轴线。

[0075] 电机183和减速机184均安装在滑台182上，能够随着滑台182的移动而移动。电机183的输出端与减速机184的输入端连接，用于将电能转化成机械能并输入到减速机184中，
减速机184将电机183输入的高转速、低扭矩的功率转换为低转速、高扭矩的功率并输出给
万向联轴器185，万向联轴器185的两端分别与减速机184的输出端和转轴13连接，用于驱动
转轴13转动。

[0076] 减速机184的输出轴的轴线与转轴13的轴线很难保持在一条轴线上，并且随着机械磨损和变形等，其相对位置还会发生变化，因此在此处使用了万向联轴器185进行调心。

[0077] 滑台182的动力由伸缩装置186提供，在一些可能的实现方式中，伸缩装置186为电缸、气缸或者液压缸中的任意一种。

[0078] 作为申请提供的碳化硅与金属复合材料的烧结炉的一种具体实施方式，支架16是拆卸连接在外炉体11上的，可以是插接或者螺栓连接等方式，这样在装拆内炉体15时，可以
先将支架16取下来，安装或者拆卸完成后再将支架16装回，可以起到降低操作难度的作用。

[0079] 请参阅图8，作为申请提供的碳化硅与金属复合材料的烧结炉的另一种具体实施方式，支架16与外炉体11滑动连接，并且支架16的滑动方向平行于内炉体15的轴线方向，这
样在装拆内炉体15的过程中，可以先将支架16向靠近炉盖12的方向拉动，完成后，再将支架
16推回到原位。

[0080] 上述具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围
之内。