燒結(jié)爐
燒結(jié)爐是指使粉末壓坯通過(guò)燒結(jié)獲得所需的物理、力學(xué)性能以及微觀結(jié)構(gòu)的專(zhuān)用設(shè)備。燒結(jié)爐用于烘干硅片上的漿料、去除漿料中的有機(jī)成分、完成鋁背場(chǎng)及柵線燒結(jié)。
要求
為了保證粉末壓坯在燒結(jié)過(guò)程中的脫蠟（潤(rùn)滑劑或成形劑）、還原、合金化、組織轉(zhuǎn)變等順利進(jìn)行，燒結(jié)時(shí)需要對(duì)燒結(jié)溫度、保護(hù)氣氛、壓坯傳送方式、加熱和冷卻速度等進(jìn)行精確的控制。
因此，燒結(jié)爐在結(jié)構(gòu)上應(yīng)滿足以下要求：
(1)具有完善的潤(rùn)滑劑燒除裝置（俗稱(chēng)脫蠟帶）。
(2)具有氣密性，即能隔絕爐外空氣并保證爐內(nèi)保護(hù)氣氛暢通。
(4)具有快速冷卻裝置，可將燒結(jié)零件快速冷卻到出爐溫度而不會(huì)氧化。]
類(lèi)型
一般可按壓坯移動(dòng)方式不同把燒結(jié)爐分為兩大類(lèi)：連續(xù)式燒結(jié)爐和間歇式燒結(jié)爐。
連續(xù)式燒結(jié)爐
壓坯以一定的速度通過(guò)爐子的預(yù)熱段、高溫段及冷卻段的爐膛。這種爐子具有生產(chǎn)量大、產(chǎn)品質(zhì)量均勻、熱效率高、操作方便、筑爐材料和發(fā)熱元件費(fèi)用低且壽命長(zhǎng)、峰值電力小、燒結(jié)費(fèi)用節(jié)省等優(yōu)點(diǎn)。在粉末冶金機(jī)械零件生產(chǎn)中，常用的連續(xù)式燒結(jié)爐有網(wǎng)帶爐、步進(jìn)梁爐和推桿爐等。
1．網(wǎng)帶爐
1)網(wǎng)帶爐的特點(diǎn)
(1)通常條件下，不必使用燒舟，燒結(jié)件加熱均勻、變形較小。
(2)操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高。
(3)可以使用快速燒除（RBO）機(jī)構(gòu)加速潤(rùn)滑劑的燒除，以及碳補(bǔ)償保證爐內(nèi)碳勢(shì)。
(4)具有驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)裝置，進(jìn)料、出料穩(wěn)定并連續(xù)地進(jìn)行。傳送帶的速度可以在1.4~14m/h之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)各種壓坯燒結(jié)時(shí)間不同的要求。
(5)有各種安全裝置。為了確保運(yùn)轉(zhuǎn)安全，采用能應(yīng)用的所有警報(bào)系統(tǒng)和相應(yīng)措施。例如氣體低壓報(bào)警，冷卻水?dāng)嗔鲌?bào)警，溫度異常報(bào)警等。
(6)設(shè)有輔助部分。每個(gè)燒結(jié)加熱帶的溫度、緩冷區(qū)的溫度都有自動(dòng)控制裝置，并有自動(dòng)記錄燒結(jié)氣氛純度的裝置、氣體壓力與流量的自動(dòng)控制裝置。
2)網(wǎng)帶爐的結(jié)構(gòu)
網(wǎng)帶爐由驅(qū)動(dòng)裝置，燒除區(qū)，燒結(jié)區(qū)，冷卻區(qū)（水套冷卻式），進(jìn)、卸料裝置，加熱裝置，各種配管及電氣、測(cè)試裝置組成。
(1)預(yù)燒區(qū)。
為了使蒸發(fā)的潤(rùn)滑劑順利排除出爐外，加有氣流流動(dòng)系統(tǒng)，便于部分未能排出的潤(rùn)滑劑沉渣的清除，在爐底下部設(shè)有收集口，很容易從爐外清掃。
預(yù)燒區(qū)的爐蓋以及與燒結(jié)區(qū)的法蘭連接，均使用螺栓，所以檢測(cè)簡(jiǎn)單。
(2)燒結(jié)區(qū)。
燒結(jié)區(qū)爐管采用耐熱鑄鋼制的馬弗爐爐管，且爐管留有充分的長(zhǎng)度，可使保護(hù)氣氛穩(wěn)定，能保證傳送帶上的橫向溫差控制在±2℃以?xún)?nèi)。
為了不使在預(yù)燒區(qū)脫潤(rùn)滑劑時(shí)污濁了的保護(hù)氣體流入燒結(jié)區(qū)，在預(yù)燒區(qū)和燒結(jié)區(qū)之間設(shè)有擋板，以阻止這部分氣體流入。
爐管的隔熱材料除承受爐管的重力外，全部采用陶瓷纖維，因此熱經(jīng)濟(jì)性好，隔熱效果好，從而使?fàn)t體表面溫度控制在60℃以下。
用SiC加熱元件間接式加熱。可以從外部更換。另外加熱器的各個(gè)端子采用的是耐熱材料。
(3)緩冷區(qū)。
緩冷區(qū)采用的是自然冷卻（空氣）。備有充分的長(zhǎng)度（1200mm），用隔熱材料保溫，具有恢復(fù)碳含量的作用。該區(qū)與燒結(jié)區(qū)是用同一耐熱鑄鋼一體加工而成。
(4)冷卻區(qū)。
冷卻區(qū)分為三段。第一段底部加工成船形，這種設(shè)計(jì)是為了加快水的流速。以防止水垢等黏附堵塞水流，造成底部高溫而引起燒結(jié)零件開(kāi)裂。為便于水垢等的清掃，各區(qū)均設(shè)有清掃口。
3)使用注意事項(xiàng)
(1)必須嚴(yán)格限制使用溫度，控制在1120～1150℃范圍內(nèi)，否則網(wǎng)帶壽命將大大縮短。
(2)網(wǎng)帶失效的主要形式是：變形拉長(zhǎng)，超過(guò)允許伸長(zhǎng)10%～20%的范圍；網(wǎng)帶絲的材料因氧化、滲碳及疲勞，截面縮小，產(chǎn)生疲勞裂紋，甚至斷裂。網(wǎng)帶使用壽命較短（約為6～9個(gè)月），網(wǎng)帶費(fèi)用高。
(3)爐門(mén)始終是敞開(kāi)的，留出的間隙以讓壓坯剛剛通過(guò)為好，這種爐子需要大量的保護(hù)氣氛。
2．推桿式燒結(jié)爐
這種爐子是將壓坯裝于燒舟中或墊塊上，用機(jī)械（或手動(dòng)）傳動(dòng)，推進(jìn)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)。根據(jù)推舟是連續(xù)的還是間歇的，這種爐子又分為連續(xù)推進(jìn)式和間歇推進(jìn)式兩種。
1)爐子結(jié)構(gòu)
這種爐子適用于合金化要求高的粉末冶金機(jī)械零件的生產(chǎn)，一般燒結(jié)溫度在1200～1250℃范圍。
推桿式燒結(jié)爐是由推進(jìn)裝置和預(yù)熱帶、高溫帶、冷卻帶等組成。各段溫度均自動(dòng)控制。為了盡可能降低推進(jìn)力，除高溫?zé)Y(jié)帶外，在預(yù)熱帶和冷卻帶中鋪設(shè)了輥道。預(yù)熱帶加熱元件為Ni-Cr合金。燒結(jié)爐進(jìn)、出料時(shí)，要先關(guān)閉中間門(mén)，在燒結(jié)爐進(jìn)出口形成火簾后再進(jìn)、出料。燒舟材料，用于1150℃以下時(shí)，可采用耐熱合金鋼；用于高于1150℃時(shí)，可采用陶瓷、石墨等耐高溫材料。燒結(jié)帶加熱元件為SiC棒或鉬。燒結(jié)氣氛可采用吸熱性氣氛及分解氨等。
2)注意事項(xiàng)
(1)高溫段如使用鉬作為加熱元件時(shí)，預(yù)燒段可選擇如下保護(hù)氣氛：
240℃以下：大氣或氮?dú)?/span>
240~720℃：氮?dú)?/span>
720℃以上：氮?dú)饣旌蠚怏w（氫氣 20%）
(2)進(jìn)、出料。
進(jìn)料時(shí)，置換室入口側(cè)門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟，由汽缸將燒舟推入置換室內(nèi)；然后，入口側(cè)門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，室內(nèi)充氮?dú)膺M(jìn)行清洗。
然后打開(kāi)預(yù)熱帶的爐門(mén)，燒舟被送入馬弗爐內(nèi)，門(mén)關(guān)閉。燒舟進(jìn)爐以這樣的方式不斷循環(huán)反復(fù)。出料機(jī)構(gòu)與操作與進(jìn)料類(lèi)似。
燒舟的運(yùn)送可以進(jìn)行定時(shí)設(shè)計(jì)。
置換室由氮?dú)馇逑矗苑乐够烊肟諝猓ＷC產(chǎn)品燒結(jié)質(zhì)量和保護(hù)加熱器。
(3)鉬加熱元件是掛在耐火側(cè)墻上。既要防止鉬的氧化，也要防止鉬的碳化。
(4)與爐體結(jié)合的法蘭盤(pán)要用硅酮膠密封。要定期進(jìn)行泄漏檢查。
(5)冷卻裝置上設(shè)有爆發(fā)口，以防止打爆。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)抬起搖柄使用。停爐和檢查，向爐內(nèi)加壓時(shí)，放下?lián)u柄，進(jìn)行完全的密封。
間歇式燒結(jié)爐
這種爐子是按一定時(shí)間間隔，進(jìn)行開(kāi)爐、壓坯進(jìn)爐、燒結(jié)及燒結(jié)零件出爐的工作循環(huán)。其優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行各種各樣的特殊燒結(jié)、用氣量小、可達(dá)到連續(xù)式燒結(jié)爐不可能達(dá)到的高溫，易應(yīng)用真空等。因此它適合于摩擦片、高速鋼、不銹鋼等特殊的粉末冶金零件燒結(jié)。常用的間歇式燒結(jié)爐有鐘罩爐和真空爐等。
1．鐘罩式加壓燒結(jié)爐
這是用于生產(chǎn)粉末冶金摩擦片的專(zhuān)用燒結(jié)爐。在燒結(jié)中可施加壓力，以使摩擦片快速、有效地與基板粘結(jié)。
爐子的工作室由耐火陶瓷塊與砂封組成。氣管及熱電偶都是從爐子的下方通過(guò)底座引入工作室的。
裝爐時(shí)，將需要燒結(jié)的摩擦片以一摞或幾摞放置在底座上，將傳遞壓力的平盤(pán)放置在摩擦片上，然后罩上加熱用的鐘罩。罩的底部是銳邊的，它們?cè)谧灾氐淖饔孟拢寥肷胺庵小＿@樣形成一個(gè)密閉的工作空間。一般用分解氨氣體作為保護(hù)氣氛。壓縮空氣通入使摩擦片上平盤(pán)受壓，即可對(duì)摩擦片進(jìn)行加壓燒結(jié)。
2．真空燒結(jié)爐
真空燒結(jié)爐也具有潤(rùn)滑劑燒除、預(yù)燒結(jié)及高溫?zé)Y(jié)的功能。潤(rùn)滑劑含量多的壓坯可先在一般爐中燒除，然后再在真空爐內(nèi)燒結(jié)。
真空燒結(jié)爐內(nèi)部通常是由加熱部分和隔熱保溫兩部分組成的燒結(jié)區(qū)。加熱形式有電熱元件（如碳管、碳棒）加熱、中頻感應(yīng)加熱兩種。爐子的冷卻采用水夾套冷卻。為了加速冷卻，可向爐內(nèi)通入氫、氮、氬等氣體。
溫度控制采用智能型溫度儀，可實(shí)行升溫、控溫、降溫的自動(dòng)控制功能，并具有儲(chǔ)存多條不同燒結(jié)工藝曲線的功能，還具有升降溫速度可調(diào)及準(zhǔn)確報(bào)時(shí)功能以及顯示實(shí)際溫度和設(shè)定溫度等多種參數(shù)的功能。粉末冶金零件燒結(jié)使用的燒結(jié)爐型號(hào)多種多樣，結(jié)構(gòu)不同，其使用的方法也就不同。但就粉末冶金燒結(jié)工藝特性來(lái)分析，燒結(jié)爐使用與維護(hù)應(yīng)注意如下事項(xiàng)。 [2]
使用
1)燒結(jié)爐使用的注意事項(xiàng)
(1)當(dāng)使用氫氣或分解氨時(shí)，要先通入氮?dú)猓诖_保爐中的空氣完全被排出時(shí)，才能通電升溫，以防止打鳴和爆炸。
(2)對(duì)鉬絲作加熱元件的燒結(jié)爐，在通電前爐體中應(yīng)通入保護(hù)氣體，以防止鉬絲氧化而脆斷。
(3)爐門(mén)及氣體排出口應(yīng)點(diǎn)明火燒除，以防止氧氣進(jìn)入或氫氣排出而發(fā)生爆炸危險(xiǎn)和煤氣中毒危險(xiǎn)。
(4)若電熱元件為鐵鉻鋁電阻絲，在升溫至1100℃時(shí)應(yīng)停留一段時(shí)間（30min左右）再升溫，以防止電阻絲表面溫度過(guò)高而損壞。
(5)在升溫前和操作中應(yīng)不時(shí)檢查氣流、水流是否符合要求，以及檢查設(shè)備、電和爐溫的控制儀表是否正常。
(6)停爐前應(yīng)先斷電，在爐溫降到200℃以下時(shí)再停氣和停水。
(7)除了因維修必須停爐外，要避免頻繁停爐。燒結(jié)爐的頻繁開(kāi)停，會(huì)造成加熱元件易于老化，耐火材料易于碎裂，爐內(nèi)氣氛不純，爐溫容易波動(dòng)等弊端。
2)燒結(jié)氣氛輸送管配置和冷卻水降溫裝置
當(dāng)粉末冶金零件的生產(chǎn)超過(guò)一定的規(guī)模后，為了確保燒結(jié)零件的質(zhì)量和爐子的使用壽命，燒結(jié)爐應(yīng)有燒結(jié)氣氛輸送管配置和冷卻水降溫裝置。一般每臺(tái)燒結(jié)爐都可配有兩種氣源的管道，以備一種氣體的管道出現(xiàn)故障時(shí)，另一種氣體可代用，避免因停氣造成燒結(jié)質(zhì)量問(wèn)題和爐子損壞。
3)燒舟的合理使用和整修
在步進(jìn)梁式爐、推桿式爐及間歇式爐中燒結(jié)，必須使用燒舟。燒舟在高溫中反復(fù)使用，不可避免地會(huì)翹曲變形。對(duì)于變形燒舟必須及時(shí)檢出進(jìn)行整修，方可投入使用，以免變形的燒舟在爐內(nèi)產(chǎn)生卡舟事故，既影響燒結(jié)零件質(zhì)量又嚴(yán)重降低燒結(jié)爐的使用壽命。因此，在燒結(jié)工段應(yīng)備一臺(tái)整舟用液壓機(jī)及整舟模具，對(duì)變形的燒舟及時(shí)整修。
此外，網(wǎng)帶式燒結(jié)爐雖然多半不使用燒舟，但有時(shí)為了減少工件（特別是薄型、細(xì)長(zhǎng)件等）變形，也采用燒舟，即將壓坯裝在燒舟中，然后再排放在網(wǎng)帶上。對(duì)于形狀特殊的零件，燒結(jié)時(shí)需要做專(zhuān)用工裝。裝舟形式主要有以下幾種。
(1)薄的燒結(jié)零件，應(yīng)選用底面平整的石墨舟，燒結(jié)中不變形。對(duì)網(wǎng)帶式燒結(jié)爐考慮到網(wǎng)帶使用壽命，常用陶瓷板作為燒舟。
(2)舟底部平整，燒結(jié)厚壁及外形較小的壓坯，可直接裝舟。
(3)舊舟底部不平，燒結(jié)薄壁及外形較大的壓坯時(shí)，燒舟底部需填上薄層A120，等填料，并加蓋。
(4)特殊要求、需嚴(yán)防氧化的燒結(jié)零件，燒結(jié)舟上部可放上3mm厚的鋼板盒覆頂，盒外再放置填料。
維護(hù)
(1)新?tīng)t以及更換筑爐耐火材料后應(yīng)進(jìn)行烘干處理。烘爐要分階段升溫。在烘干初期，升溫速度低，時(shí)間長(zhǎng)，因剛升溫時(shí)爐子是冷的，爐體材料中的水分高。在低于400℃以下時(shí)，要敞開(kāi)爐門(mén)排出水汽。在升至700℃時(shí)應(yīng)保溫一段時(shí)間，以使?fàn)t體的溫度均勻。新?tīng)t的烘干程序如下：
20～100℃：8 h
100~2000℃：16 h
200~4000℃：8 h
400～700℃：10 h
700~1000℃：6 h
若是網(wǎng)帶爐，在爐溫升至400℃時(shí)應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間，以進(jìn)行預(yù)氧化處理，提高網(wǎng)帶的壽命。
(2)壓坯中的低熔點(diǎn)雜質(zhì)（硫、鉛、鋅等）對(duì)爐膛材料和加熱元件均會(huì)產(chǎn)生侵蝕作用，為了提高爐子的使用壽命，應(yīng)定期凈化爐膛，尤其是預(yù)燒區(qū)。在粉末冶金配料中盡量避免添加硫等元素，以免污染爐膛和發(fā)熱元件。
(3)爐子要定期清理。在使用一氧化碳或其他含碳?xì)怏w時(shí)，有可能會(huì)從碳?xì)浠衔镏蟹纸獬鎏迹@部分碳會(huì)沉積在爐壁和加熱元件上，這樣會(huì)污染爐子、侵蝕耐火材料和損壞電熱元件。
(4)保持爐體清潔，定期清理爐內(nèi)的氧化鐵皮、碎石墨、氧化鋅等雜物。
(5)檢查電熱元件和導(dǎo)線的連接情況，防止接觸不良打弧。
(6)因爐內(nèi)需要在低露點(diǎn)下進(jìn)行作業(yè)，所以對(duì)用螺栓封閉的法蘭盤(pán)部位要定期進(jìn)行泄漏檢測(cè)。
(7)勿將附有油污的燒舟送入爐內(nèi)。油污進(jìn)入爐內(nèi)會(huì)使露點(diǎn)急劇增加，影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
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