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高溫箱式燒結(jié)爐采用了哪些燒結(jié)技術(shù)

更新時(shí)間：2025-07-21

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高溫箱式燒結(jié)爐采用了哪些燒結(jié)技術(shù)高溫箱式燒結(jié)爐的燒結(jié)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中不斷優(yōu)化升級(jí)

，以滿足不同材料的精密燒結(jié)需求。除了傳統(tǒng)的常壓燒結(jié)和熱壓燒結(jié)外，現(xiàn)代技術(shù)還引入了以下創(chuàng)新工藝：

**1. 放電等離子燒結(jié)（SPS）**
通過(guò)脈沖電流直接作用于粉末顆粒

，在極短時(shí)間內(nèi)（幾分鐘至十幾分鐘）實(shí)現(xiàn)材料的致密化

。該技術(shù)能有效抑制晶粒粗化

，特別適用于納米材料

、陶瓷復(fù)合材料的高效燒結(jié)

，其快速升溫特性還可降低能源消耗約30%

。

**2. 微波輔助燒結(jié)**
利用微波電磁場(chǎng)對(duì)材料進(jìn)行整體加熱

，熱量從內(nèi)部向外傳遞，避免了傳統(tǒng)輻射加熱導(dǎo)致的溫度梯度問(wèn)題

。例如

，氧化鋯陶瓷采用微波燒結(jié)時(shí)，晶粒尺寸可控制在亞微米級(jí)

，且孔隙率降低至0.5%以下

。

**3. 氣氛控制燒結(jié)**
通過(guò)向爐內(nèi)通入氮?dú)狻鍤饣驓錃獾缺Ｗo(hù)性氣體

，防止材料高溫氧化

。在硬質(zhì)合金燒結(jié)中，氫氣氛圍能還原表面氧化物

，使鈷粘結(jié)相分布更均勻

，顯著提升合金的抗彎強(qiáng)度。部分設(shè)備還集成真空系統(tǒng)

，先抽真空再充入惰性氣體

，進(jìn)一步減少雜質(zhì)干擾。

**4. 分階段梯度燒結(jié)**
針對(duì)多層功能材料（如固體氧化物燃料電池電解質(zhì)）

，程序化設(shè)置多段溫區(qū)曲線

。例如，先以5℃/min升溫至800℃排除粘結(jié)劑

，再以2℃/min升至1500℃完成晶界擴(kuò)散

，最終緩冷避免熱應(yīng)力開(kāi)裂。

高溫箱式燒結(jié)爐（又稱箱式燒結(jié)爐）是實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)中用于陶瓷

、金屬粉末

、電子材料等燒結(jié)的核心設(shè)備，其燒結(jié)技術(shù)的核心是通過(guò)精準(zhǔn)控制溫度

、氣氛

、壓力

、升溫 / 降溫速率等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)材料的致密化

、晶相轉(zhuǎn)變或性能優(yōu)化

。具體采用的燒結(jié)技術(shù)可從以下幾個(gè)維度劃分，涵蓋基礎(chǔ)控制技術(shù)和針對(duì)特殊材料的進(jìn)階技術(shù)：

一
、核心基礎(chǔ)燒結(jié)技術(shù)（通用型）

這些技術(shù)是高溫箱式燒結(jié)爐的標(biāo)配功能

，適用于大多數(shù)常規(guī)材料（如普通陶瓷、金屬氧化物等）的燒結(jié)

，核心是 “精準(zhǔn)控溫 + 穩(wěn)定加熱"

。

1. 程序升溫 / 降溫?zé)Y(jié)技術(shù)

通過(guò)可編程溫控系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度曲線，實(shí)現(xiàn) “升溫 - 保溫 - 降溫" 全流程自動(dòng)化控制

，避免人工操作導(dǎo)致的溫度波動(dòng)

，是燒結(jié)的基礎(chǔ)技術(shù)：

原理：根據(jù)材料特性（如燒結(jié)臨界溫度、晶相轉(zhuǎn)變溫度）
，設(shè)定階梯式升溫速率（如 5℃/min→10℃/min）
、多段保溫時(shí)間（如在 800℃保溫 2 小時(shí)去除粘合劑，1200℃保溫 4 小時(shí)致密化）和降溫速率（如緩慢降溫減少內(nèi)應(yīng)力開(kāi)裂）
。
應(yīng)用：幾乎所有材料的燒結(jié)都依賴此技術(shù)
，例如陶瓷坯體燒結(jié)需緩慢升溫避免水分快速蒸發(fā)導(dǎo)致開(kāi)裂，金屬粉末燒結(jié)需在特定溫度區(qū)間保溫促進(jìn)顆粒擴(kuò)散
。

2. 靜態(tài)空氣燒結(jié)技術(shù)

在自然空氣氣氛（含氧氣）中進(jìn)行燒結(jié)

，適用于抗氧化性較強(qiáng)的材料（如氧化鋁陶瓷、部分耐高溫金屬）：

特點(diǎn)：無(wú)需額外氣氛控制裝置
，成本低
；但僅適用于在空氣中穩(wěn)定的材料（不會(huì)氧化或分解）。
局限性：若材料（如金屬粉末
、含碳材料）在高溫下易氧化
，則需搭配氣氛控制技術(shù)（見(jiàn)下文）。

二
、氣氛控制燒結(jié)技術(shù)（針對(duì)敏感材料）

對(duì)于易氧化

、需還原環(huán)境或需避免雜質(zhì)污染的材料（如金屬粉末、電子陶瓷

、磁性材料）

，高溫箱式燒結(jié)爐會(huì)配備氣氛控制模塊，通過(guò)調(diào)控爐內(nèi)氣體成分實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)燒結(jié)：

1. 惰性氣氛燒結(jié)技術(shù)

原理：向爐膛內(nèi)通入惰性氣體（如氮?dú)?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">、氬氣）
，置換空氣（主要排除氧氣），防止材料高溫下氧化或與空氣中成分反應(yīng)
。
關(guān)鍵配置：爐體需具備氣密性（通常采用硅膠密封圈 + 壓力控制）
，配備氣體流量計(jì)、進(jìn)氣 / 排氣閥門(mén)（控制氣體流速和壓力）
。
應(yīng)用：

金屬粉末（如銅
、鎳）燒結(jié)：避免氧化生成金屬氧化物，保證燒結(jié)后材料的導(dǎo)電性或致密度
；
含碳材料（如碳陶瓷）：防止高溫下碳被氧化為 CO?
。

2. 還原氣氛燒結(jié)技術(shù)

原理：通入還原性氣體（如氫氣、氨分解氣（N?+H?混合氣））
，在高溫下還原材料表面的氧化層
，或促進(jìn)材料的還原反應(yīng)。
關(guān)鍵要求：需嚴(yán)格控制氣體純度（如氫氣純度≥99.99%
，避免雜質(zhì)污染）和流量（防止氣體濃度過(guò)高引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)）
，爐體需具備防爆設(shè)計(jì)（如安裝氫氣泄漏報(bào)警器、防爆閥）
。
應(yīng)用：

磁性材料（如鐵氧體）：通過(guò)氫氣還原去除雜質(zhì)氧化物
，提升磁性能；
金屬氧化物還原（如氧化鐵粉還原為金屬鐵）
。

3. 真空燒結(jié)技術(shù)

原理：通過(guò)真空泵將爐膛抽至真空狀態(tài)（通常真空度≤10?3Pa）
，避免氣體分子對(duì)材料的污染（如氧氣、水汽
、雜質(zhì)氣體）
，同時(shí)可降低材料的燒結(jié)溫度（真空環(huán)境下材料擴(kuò)散速率更快）。
關(guān)鍵配置：爐體需采用密封結(jié)構(gòu)（如金屬密封圈）
、配備真空規(guī)（監(jiān)測(cè)真空度）和真空泵（旋片泵
、擴(kuò)散泵等，根據(jù)真空度需求選擇）
。
應(yīng)用：

高純度陶瓷（如氧化鋯）：避免空氣中雜質(zhì)（如 SiO?）融入材料
，保證純度；
難熔金屬（如鎢
、鉬）：防止高溫下氧化
，同時(shí)減少氣體對(duì)材料的侵蝕。

三
、進(jìn)階燒結(jié)技術(shù)（針對(duì)高性能材料）

針對(duì)需要更高致密度

、更均勻顯微結(jié)構(gòu)或特殊性能的材料（如航空航天材料、電子元器件）

，高溫箱式燒結(jié)爐會(huì)集成更精密的控制技術(shù)：

1. 加壓燒結(jié)技術(shù)（部分箱式爐可集成）

原理：在燒結(jié)過(guò)程中對(duì)樣品施加壓力（通常為軸向壓力
，0.1-50MPa），促進(jìn)材料顆粒的接觸和擴(kuò)散
，降低燒結(jié)溫度
，提升致密度（尤其適用于難以燒結(jié)的脆性材料）
。
關(guān)鍵配置：爐體需配備加壓裝置（如液壓桿、絲杠）和壓力傳感器
，爐膛材料需耐高溫且耐壓（如采用石墨模具）
。
應(yīng)用：

結(jié)構(gòu)陶瓷（如氮化硅）：通過(guò)加壓減少氣孔，提升材料的強(qiáng)度和韌性
；
粉末冶金零件：縮短燒結(jié)時(shí)間
，降低生產(chǎn)成本。

2. 分步控溫?zé)Y(jié)技術(shù)（程序升溫的升級(jí)）

原理：根據(jù)材料的燒結(jié)機(jī)理
，將整個(gè)過(guò)程分為多個(gè)階段（如排膠階段
、預(yù)燒階段、燒結(jié)階段
、冷卻階段）
，每個(gè)階段單獨(dú)控制溫度、升溫速率
、保溫時(shí)間甚至氣氛
，實(shí)現(xiàn) “精準(zhǔn)分段調(diào)控"。
核心優(yōu)勢(shì)：避免單一溫度曲線導(dǎo)致的缺陷（如排膠不導(dǎo)致燒結(jié)后起泡
、升溫過(guò)快導(dǎo)致材料開(kāi)裂）
。
應(yīng)用：

含粘合劑的坯體（如陶瓷注射成型坯體）：先在低溫（200-600℃）緩慢排膠（去除有機(jī)粘合劑），再升溫至燒結(jié)溫度
，防止坯體開(kāi)裂
；
多層復(fù)合材料：通過(guò)分段控溫避免不同材料因熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致的分層。

四
、輔助技術(shù)：提升燒結(jié)穩(wěn)定性與效率

1. 均勻加熱技術(shù)

原理：通過(guò)爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如多區(qū)加熱元件分布
、爐膽材質(zhì)選擇）和溫度均布優(yōu)化，保證爐膛內(nèi)溫度均勻性（通常要求 ±5℃以內(nèi)
，高精度爐可達(dá)到 ±1℃）
。
實(shí)現(xiàn)方式：

加熱元件分區(qū)布置（如上下左右多組加熱絲 / 硅碳棒，獨(dú)立溫控）
；
采用高導(dǎo)熱爐膽（如剛玉
、石墨）或?qū)Я鹘Y(jié)構(gòu)，減少爐膛內(nèi)溫度梯度
。

重要性：溫度均勻性直接影響樣品燒結(jié)后的性能一致性（如陶瓷的致密度
、金屬的硬度）。

2. 余熱回收與節(jié)能技術(shù)

原理：通過(guò)保溫材料升級(jí)（如采用納米保溫棉
、莫來(lái)石磚）和爐體結(jié)構(gòu)優(yōu)化（減少熱輻射和傳導(dǎo)損失）
，降低能耗；部分爐配備余熱回收裝置（如利用排煙余熱預(yù)熱進(jìn)氣）。
應(yīng)用：適用于長(zhǎng)期連續(xù)燒結(jié)（如工業(yè)生產(chǎn)）
，可降低 30%-50% 的能耗
。