Вакуумная печь сопротивления для получения полых изделий из керамических материалов Советский патент 1982 года по МПК F27D11/02 

(5) ВАКУУМНАЯ ПЕЧЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к метал лургий керамических материалов, в частности к вакуумным печам сопротйвления для получения полых йзделий (преимущественно трубчатых) из кера мических материалов преимущественно на основе стабильных оксидов элементов периодической системы с использованием процесса испарение-конденсация в вакууме.

В настоящее время керамические изделия получают с помощью известных металлургических процессов : порошковой, газофазной и пирометаллургией.

Известна вакуумная печь сопротивления для получения керамических изделий методом порошковой металлургии, которая содержит охлаждаемый корпус, систему экранов и нагреватель 1

Однако конструкция такой печи предусматривает получение только изотермической рабочей зоны, в которой располагаются спекаемые керамические изделия. ДНя получения изделий методом переконденсации указанная печь требует значительной модернизации , что по существу равносильно созданию установки нового типа. Известно также устройство для получения трубчатых металлических изделий газофазной металлургией, которое состоит из реактора, нагрело вательных элементов, системы подачи восстановительной среды и транспортных реагентов 2.

Однако это устройство для получения изделий методом испарение-кон- ; 15 денсация также требует существенной модернизации.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для получения трубчатых изделий преимущественно из оксидов с использованием метода испарение-конденсация в вакууме, содержащее вакуумную камеру (корпус),цилиндрический 39 нагреватель с токоподводами, внутри которого на дополнительных токоподводах размещен центральный стержневой нагреватель, на котором укрепляется технологическая оболочка с подложкой, внутри которой размеща ется заготовка из керамического материала 3. К недостатку известного устройст ва следует отнести следующее. Смете ма нагревателей (внутренний и внешний) жестко закреплена в центральной зоне вакуумной камеры. Это обстоятельство затрудняет размещение заготовки вместе с центральным нагревателем в полости внешнего нагревателя. При получении изделий из тугоплавких оксидов температура центрального нагревателя достигает высоких уровней (до 2500с), что приводит к прочному сцеплению нагревателя с токоподводрм из тугоплавкого металла, наприМер молибдена. Для извлечения изде лия необходимо обламывать центральный нагреватель в концевых частях. Центральный нагреватель при разогре ве изгибается в центральной части з счет неполной компенсации термического расширения, что.приводит к сме щению осевого отверстия в изделии. Внешний цилиндрический нагреватель подвешен на двух токоподводах, расположенных у верхнего края нагревателя, что приводит к появлению неизотермической зойы с максимальной температурой на нижнем крае нагревателя. Эта неизотермичность вызывает трудность регулирования темпе туры в заданном диапазоне при термо статировании изделия в процессе охлаждения. Цель изобретения - повышение тех логичности процесса получения и качества изделия. Поставленная цель достигается тем, что в вакуумной печи сопротивления для получения полых изделий и керамических материалов преимущественно на основе стабильных оксидов, содержащей охлаждаемый корпус с то ковводами, внешний цилиндрический нагреватель с размещенными в его по лости центральным стержневым нагре вателем, на корпусе выполнены откид ные крышки, на которых посредством упругих элементов встроены токоваод центрального и внешнего нагревателе причем центральный нагреватель укреплен посредством съемных фиксаторов на паре внешних токовводов, а внешний нагреватель посредством съемных фиксаторов укреплен на паре внутренних токовводов. Причем съемные фиксаторы внешнего нагревателя выполнены в виде металлического кольца с отверстиями под нагревательные элементы и скрепленного с . ним металлического стержня, укрепленного горизонтально в гнезде токоввода. Кроме этогоj съемный верхний фиксатор центрального нагревателя выполнен в виде металлического стержня со сквозным центральным пазом в концевой части, укрепленного горизонтально в гнезде то.коввода, и вертикально укрепленного в пазе металлического стержня с осевым отверстием под нагреватель, съемный нижний фиксатор выполнен в виде металлического стержня со сквозным отверстием в концевой части, укрепленного горизонтально в гнезде токоввода, и вертикально укрепленного в отверстии металлического стержня с осевым отверстием под нагревателем. При этом упругий элемент выполнен в виде эластичной мембраны. На фиг. 1 изображен разрез по оси вакуумной печи сопротивления для получения полых изделий из керамических материалов для случая, когда токовводы встроены в четыре горизонтальных ряда на откидной крышке корпуса; на фиг. 2 - вид А на фиг. Т. Электропечь содержит охлаждаемый корпус 1, закрываемый откидными крышками 2, центральный нагреватель 3, который посредством съемного верхнего фиксатора It и съемного нижнего фиксатора 5 крепится к внешним токовводам 6. Внешний нагреватель 7 посредством съемных фиксаторов 8 крепится к внутренним токовводам 9. Токовводы 6 и 9 посредством упругих элементов tO встроены в крышку 2. К нижнему фиксатору 5 присоединяется технологическая оболочка с подложкой и заготовкой 11. Работа печи происходит следующим образом. Снимают центральный нагреватель 3, на нижних фиксаторах 5 устанавливают на изоляторе технологическую оболочку с подложкой и заготовкой 11, после оболочку поджимают через

изолятор вертикальным стержнем фиксатора , кот.орый вставляется вместес центральным нагревателем и укрепляется в пазе фиксатора 4. Камеру 1 герметизируют, затем вакуумируют до 10 - . рт. ст. и включают нагрев центрального нагревателя. При температуре нагревателя 0,7-0,9 температуры плавления исходной заготовки осуществляют выдержку 2-5 ч, после чего снижают нагрев центрального нагревателя и одновременно включают нагрев внешнего нагревателя так, что в процессе прекращения внутреннего нагрева температура технологи-. ческой оболочки поддерживается на уровне 0,5-0,60 температуры плавления материала заготовки. Затем уменьшают внешний нагрев. После охлаждения снимают центральный нагреватель вместе с технологической оболочкой и извлекают изделие В случае необходимости замены центрального нагревателя последний извлекают из фиксатора k или 5 и заменяют новым. В зависимости от требования по загрузке в камере устанавливается необходимое количество нагревателей. Токовводы встроены с одинаковым шагом в каждом горизонтальном ряде , равным 0,2-0,8 шага . между внутренними рядами, кратного длине изделия, а шаг между внешним и внутренним горизонтальными рядами токовводов составляет 0,1-0,5 шага между внутренними рядами . Фиксаторы выполняют, например, из молибдена. На внутренних поверхностях откидных крышек корпуса укреплены теплозащитные экраны. Крышки снабжены поддонами, расположенными под нижним рядом токовводов, и предназначены дл .сбора частиц керамического материала Центральный нагреватель обеспечивает переконденсацию заготовки на под ложку технологической оболочки, укрепленной на съемных фиксаторах нагревателя. После завершения переконденсации необходимо с целью исключения растрескивания обеспечить термостатирование изделия,-, которое осуществляется внешним нагревателем. Упругие элементы позволяют полностью компенсировать термические расширения как центрального, так и внешнего нагревателей. Шаг между токовводами в ряде выбран с учетом исключения влияния центральных нагревателей на процесс переконденсации заготовок.

что обеспечивается при шаге 0,2-0,8 шага между внутренними рядами, который кратен длине, изделия. По существу шаг между внутренними рядами определяет размер рабочей зоны печи. Шаг между внешним и внутренним рядами, равный 0,1-0,5 шага между внутренними рядами, практически равен длине съемных фиксаторов центра0льного нагревателя и выбирается из условия обеспечения определенной температуры на торцах заготовки, при которой процесс массопереноса мате- . риала практически незначителен. Ра5сположение нагревателей на откидной крышке корпуса обеспечивает свободный доступ при сборке и разборке заготовок и изделий.

Работа предложенной печи опробована на модели в лабораторных условиях. Были получены трубки из окиси титана (окиси алюминия) высотой 120-200 мм.

Применение предложенной печи поз5воляет повысить технологичность процесса изготовления изделий, а также повысить качество изделий за счет предотвращения смещения осевого от верстия в процессе изготовления.

Предложенная печь позволяет обеспечить выпуск значительных партий трубчатых керамических изделий.

Формула изобретения

1. Вакуумная печь сопротивления для получения полых изделий из керамических материалов преимущественно на основе стабильных оксидов, содержащая охлаждаемый корпус с токовводами, внешний цилиндрический нагреватель с размещенными в его полости центральным стержневым нагревателем отличающаяся тем, ЧТО, с целью повышения технологичности процесса получения и качества изделия, на корпусе выполнены откидные крышки, на которых посредством упругих элементов встроены токовводы центрального и внешнего нагревателей, причем центральный нагреватель укреплен посредством съемных фиксаторов на паре внешних токовводов, а внешний нагреватель посредством съемных фиксаторов укреплен на паре внутренних токоввйдов. 2« Вакуумная печь по п. 1, отличающаяся тем, что съем7ные фиксаторы внешнего нагревателя выполнены в виде металлического кольца с отверстиями под нагревател ные элементы и скрепленного с ним металлического стержня, укрепленног горизонтально в гнезде токоввода. 3. Вакуумная печь по п. 1, о т яичающаяся тем, что съемный верхний фиксатор центрального нагревателя выполнен в виде металлического стержня со сквозным центральным пазом в концевой части, укрепленного горизонтально в гнезде токоввода, и вертикально укрепленного в пазе металлического стержня осевым отверстием под нагреватель, а съемный нижний фиксатор выполнен в виде металлического стержня со сквозным отверстием в концевой части, укрепленного горизонтально в гнезде токоввод, и вертикально укрепленного а отверстии металлического стержня с осевым отверстием под наг реватель. Ч. Вакуумная печь по п. 1, отличающаяся тем, что упругий элемент выполнен в виде эластичной мембраны. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. F27 В 1/08, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР №621801, кл. С 23 С 11/02, 1978, 3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2833205/29-33, кл. В 28 В 21/00, 1979.