專利名稱：粉末冶金制品的空心陰極放電燒結方法
技術領域：
本發(fā)明屬于粉末冶金范疇。
粉末冶金制品的燒結工序，是決定粉末冶金質量的關鍵工序之一。目前，已有的燒結加熱方法主要有火焰加熱、電阻發(fā)熱體加熱、感應加熱等。上述各類燒結方法都不同程度地存在著一些不足之處。如利用電阻發(fā)熱體和火焰加熱，一般只能加熱到1300℃以下。用鎢絲或鉬絲作為電阻發(fā)熱體，雖然可以加熱到較高溫度，但支撐發(fā)熱體的絕緣材料卻只能在2000℃以下使用，而且這類設備大都體積龐大，耗能很多。感應加熱的方法雖然可以加熱到3000℃的高溫，但是由于感應加熱電源裝置及感應器等輔助設備結構復雜造價頗高，同時有效功率低，且不能適用于任意形狀的粉末零件。對壓坯直接通以低電壓大電流加熱方法，雖然作為現(xiàn)今對高熔點金屬，如鎢、鉬、鈮、鉭等燒結的有效方法，但也存在電能耗損大，燒結成品率低，加熱溫度不均勻以及只能燒結棒料，不能燒結任意形狀的零件等缺點。所以，迄今為止，直接用燒結的方法制造鎢、鉬、鈮、鉭等高熔點金屬或合金的粉末冶金零件還是相當困難的。
稀薄氣體中的輝光放電現(xiàn)象，早為人們所知。其實質是在一個設置有陽極和陰極并充有稀薄氣體的真空容器中，陰陽極間的氣體受電場作用下的電子碰撞而電離，從而形成電子向陽極運動和正離子向陰極運動的一種氣體放電現(xiàn)象。在輝光放電中，陰極表面附近有一個電位陡降區(qū)，稱為陰極位降區(qū)。陰極位降區(qū)的電位差相當于陰陽極間電位差的90～95%以上，正離子在陰極位降區(qū)被加速后，以很大的能量轟擊陰極表面。在一般情況下，離子所具有的能量除少部分用于產(chǎn)生陰極濺射外，大部分都轉化為熱能，使陰極溫度上升。尤其當陰極形狀為平行板狀或圓筒狀，并且兩板間距離或圓筒的內徑大于所充入氣體原子或分子的平均自由程時，就會發(fā)生強烈的輝光放電，可使電流強度達到幾十安或數(shù)百安。這種現(xiàn)象稱為空心陰極效應，空心陰極放電的結果，可使陰極溫度迅速達到3000℃以上。
到目前為止，輝光放電及其空心陰極效應，主要用于各類光源或空心陰極管以及陰極濺射。此外，應用輝光放電的方法還發(fā)展了輝光離子氮化、離子滲碳、離子碳氮共滲和輝光離子滲金屬等離子化學熱處理工藝。
本發(fā)明的目的是利用輝光放電時的空心陰極效應，正離子對陰極轟擊所產(chǎn)生的熱，進行粉末金屬及其合金制品、陶瓷、石墨制品等進行燒結或同時進行離子化學熱處理的工藝方法。
本發(fā)明采用一個可以抽真空并能充入所需要的氣體，以形成一定壓力的密封容器。其極限真空不低于10-1帕，通入工作氣體后，其氣壓值可在10～8×102帕范圍內變動。在該容器中設有陽極和陰極。被燒結或同時進行離子化學熱處理的具有導電性的粉末制品直接放在陰極上，使制品與制品之間或制品與輔助裝置之間形成空心陰極。制品表面如欲進行滲碳、氮化或滲入其它元素時，可在燒結的同時或后期通入所需的氣體介質，氣體介質被電離后，正離子奔向制品表面，從而實現(xiàn)化學熱處理。對不導電的陶瓷制品，可在其周圍放置導電材料，如石墨、金屬等以構成空心陰極。在陰極和陽極之間設置0～1500伏的可調直流電源。
本發(fā)明和現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和效果1.可以燒結各種形狀及各種材料的粉末制品。
現(xiàn)有的各種燒結方法只能分別用于某些材料的粉末制品，對高熔點材料，如鎢、鉬、鈮、鉭及其合金，只能燒結形狀簡單的棒料或板料。空心陰極放電燒結方法，其溫度從室溫到3000℃可以連續(xù)調節(jié)控制，適用于各種形狀及各種材質的粉末制品。
2.不用外加熱源，省電節(jié)能。
現(xiàn)有的燒結方法，基本上是通過發(fā)熱體來加熱粉末制品的，設備體積大，耗能多。空心陰極放電燒結方法是通過粉末制品自身發(fā)熱進行燒結的，因此加熱功率利用率高，設備體積小，耗能少。
3.燒結的同時可進行各種化學熱處理。
輝光放電燒結方法，在燒結的同時，可將化學熱處理所需的介質通入爐內，便可進行化學熱處理。
為了進一步闡明本發(fā)明的特征及其實施方法，下面結合附圖
，并以燒結鎢棒為例加以說明。將φ15×500的鎢棒壓坯(1)放置在由作為陽極的真空容器殼體(2)和反輻射屏構成的真空室內的陰極(3)上，并使棒料之間或棒料與輔助板(4)之間形成一定的間隔d，d值可在30～5毫米范圍內變動，一般采用20～8毫米。將真空室抽真空至10-1帕后，充入氬氣或氬氣和氫氣的混合氣體，其氣壓值控制在10～8×102帕的范圍內，具體工作氣壓可根據(jù)工藝要求變動，常用氣壓為3×10～4×102帕。當充入氣體達到所需氣壓時，接通直流電源使其產(chǎn)生空心陰極放電，使壓坯溫度升高到2800℃～3000℃。根據(jù)工藝要求直流電壓可在0～1500V內調節(jié)，常用電壓為250～1000伏。
權利要求
1.粉末冶金制品的空心陰極放電燒結方法屬粉末冶金范疇。它是一種在可以抽成真空、并能充入所需氣體介質的密封容器內，利用空心陰極放電時離子轟擊陰極表面使陰極溫度升高的現(xiàn)象，對作為陰極的粉末制品進行燒結或同時進行離子化學熱處理的工藝方法。其特征是在該真空容器內設有陽極、陰極，被燒結的制品置于陰極上，使制品之間或制品與輔助裝置之間構成空心陰極。在陰極和陽極之間設置一套可調直流電源。
2.根據(jù)權利要求1，被燒結的制品可以是金屬、合金、金屬陶瓷、石墨和陶瓷等。
3.根據(jù)權利要求1，其中所述的真空容器所能達到的真空度高于10-1帕。
4.根據(jù)權利要求1，其中所述的充入氣體，可以是氫氣、氬氣、氨氣、氮氣、碳氫化合物氣體，金屬蒸汽或含有金屬的氣體等的單一氣體或其中幾種氣體的混合物。
5.根據(jù)權利要求1，對粉末制品進行燒結時，還可以同時進行如滲碳、氮化、滲硼、滲金屬或多元復合滲等化學熱處理。
6.根據(jù)權利要求1，空心陰極放電時氣壓值可在10～8×102帕的范圍內變動，常用氣壓值為10～4×102帕。
7.根據(jù)權利要求1，其中所述的可調直流電源設有滅弧裝置，其直流電壓可調范圍為0～1500伏，常用電壓范圍為250～1000伏。
8.根據(jù)權利要求1，其中所述的粉末制品在陰極底盤上的放置位置，形成空心陰極放電時，制品之間的間隔或每層之間的間隔應為30～5毫米，一般常采用20～8毫米。
9.根據(jù)權利要求1和2，其中所述的不導電的陶瓷制品燒結時，可在其周圍設置和陰極底盤相接觸的金屬或石墨片之類的輔助裝置。
全文摘要
本發(fā)明屬于粉末冶金范疇。本發(fā)明的目的是利用空心陰極放電時，正離子對陰極的轟擊所產(chǎn)生的熱來燒結粉末冶金制品。其方法是將欲燒結的粉末制品置于設有陰極的真空容器內的陰極上，通過空心陰極放電使制品自身發(fā)熱進行燒結。燒結溫度由室溫至3000℃連續(xù)可控，升溫速度快，設備體積小，節(jié)能省電。燒結的粉末制品不受形狀和材質的限制。燒結的同時還可進行離子化學熱處理，如滲碳、氮化、滲硼、滲金屬等。
文檔編號B22F3/10GK1044609SQ8910060
公開日1990年8月15日 申請日期1989年1月30日 優(yōu)先權日1989年1月30日
發(fā)明者王從曾, 蘇永安, 高兆祖, 唐賓, 徐重 申請人:太原工業(yè)大學