燒結(jié)爐
燒結(jié)爐是指使粉末壓坯通過燒結(jié)獲得所需的物理、力學性能以及微觀結(jié)構(gòu)的專用設備。燒結(jié)爐用于烘干硅片上的漿料、去除漿料中的有機成分、完成鋁背場及柵線燒結(jié)。
要求
為了保證粉末壓坯在燒結(jié)過程中的脫蠟（潤滑劑或成形劑）、還原、合金化、組織轉(zhuǎn)變等順利進行，燒結(jié)時需要對燒結(jié)溫度、保護氣氛、壓坯傳送方式、加熱和冷卻速度等進行精確的控制。
因此，燒結(jié)爐在結(jié)構(gòu)上應滿足以下要求：
(1)具有完善的潤滑劑燒除裝置（俗稱脫蠟帶）。
(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氧化。]
類型
一般可按壓坯移動方式不同把燒結(jié)爐分為兩大類：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爐子的預熱段、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)熱元件費用低且壽命長、峰值電力小、燒結(jié)費用節(jié)省等優(yōu)點。在粉末冶金機械零件生產(chǎn)中，常用的連續(xù)式燒結(jié)爐有網(wǎng)帶爐、步進梁爐和推桿爐等。
1．網(wǎng)帶爐
1)網(wǎng)帶爐的特點
(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)操作簡單，自動化程度高。
(3)可以使用快速燒除（RBO）機構(gòu)加速潤滑劑的燒除，以及碳補償保證爐內(nèi)碳勢。
(4)具有驅(qū)動、傳動裝置，進料、出料穩(wěn)定并連續(xù)地進行。傳送帶的速度可以在1.4~14m/h之間進行調(diào)節(jié)，以適應各種壓坯燒結(jié)時間不同的要求。
(5)有各種安全裝置。為了確保運轉(zhuǎn)安全，采用能應用的所有警報系統(tǒng)和相應措施。例如氣體低壓報警，冷卻水斷流報警，溫度異常報警等。
(6)設有輔助部分。每個燒結(jié)加熱帶的溫度、緩冷區(qū)的溫度都有自動控制裝置，并有自動記錄燒結(jié)氣氛純度的裝置、氣體壓力與流量的自動控制裝置。
2)網(wǎng)帶爐的結(jié)構(gòu)
網(wǎng)帶爐由驅(qū)動裝置，燒除區(qū)，燒結(jié)區(qū)，冷卻區(qū)（水套冷卻式），進、卸料裝置，加熱裝置，各種配管及電氣、測試裝置組成。
(1)預燒區(qū)。
為了使蒸發(fā)的潤滑劑順利排除出爐外，加有氣流流動系統(tǒng)，便于部分未能排出的潤滑劑沉渣的清除，在爐底下部設有收集口，很容易從爐外清掃。
預燒區(qū)的爐蓋以及與燒結(jié)區(qū)的法蘭連接，均使用螺栓，所以檢測簡單。
(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度，可使保護氣氛穩(wěn)定，能保證傳送帶上的橫向溫差控制在±2℃以內(nèi)。
為了不使在預燒區(qū)脫潤滑劑時污濁了的保護氣體流入燒結(jié)區(qū)，在預燒區(qū)和燒結(jié)區(qū)之間設有擋板，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)濟性好，隔熱效果好，從而使爐體表面溫度控制在60℃以下。
用SiC加熱元件間接式加熱?？梢詮耐獠扛鼡Q。另外加熱器的各個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）。備有充分的長度（1200mm），用隔熱材料保溫，具有恢復碳含量的作用。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，這種設計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)零件開裂。為便于水垢等的清掃，各區(qū)均設有清掃口。
3)使用注意事項
(1)必須嚴格限制使用溫度，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，超過允許伸長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個月），網(wǎng)帶費用高。
(3)爐門始終是敞開的，留出的間隙以讓壓坯剛剛通過為好，這種爐子需要大量的保護氣氛。
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，用機械（或手動）傳動，推進爐內(nèi)進行燒結(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)推進式和間歇推進式兩種。
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)爐是由推進裝置和預熱帶、高溫帶、冷卻帶等組成。各段溫度均自動控制。為了盡可能降低推進力，除高溫燒結(jié)帶外，在預熱帶和冷卻帶中鋪設了輥道。預熱帶加熱元件為Ni-Cr合金。燒結(jié)爐進、出料時，要先關(guān)閉中間門，在燒結(jié)爐進出口形成火簾后再進、出料。燒舟材料，用于1150℃以下時，可采用耐熱合金鋼；用于高于1150℃時，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
(1)高溫段如使用鉬作為加熱元件時，預燒段可選擇如下保護氣氛：
240℃以下：大氣或氮氣
240~720℃：氮氣
720℃以上：氮氣混合氣體（氫氣 20%）
(2)進、出料。
進料時，置換室入口側(cè)門自動開啟，由汽缸將燒舟推入置換室內(nèi)；然后，入口側(cè)門自動關(guān)閉，室內(nèi)充氮氣進行清洗。
然后打開預熱帶的爐門，燒舟被送入馬弗爐內(nèi)，門關(guān)閉。燒舟進爐以這樣的方式不斷循環(huán)反復。出料機構(gòu)與操作與進料類似。
燒舟的運送可以進行定時設計。
置換室由氮氣清洗，以防止混入空氣，保證產(chǎn)品燒結(jié)質(zhì)量和保護加熱器。
(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)合的法蘭盤要用硅酮膠密封。要定期進行泄漏檢查。
(5)冷卻裝置上設有爆發(fā)口，以防止打爆。運轉(zhuǎn)時抬起搖柄使用。停爐和檢查，向爐內(nèi)加壓時，放下?lián)u柄，進行完全的密封。
間歇式燒結(jié)爐
這種爐子是按一定時間間隔，進行開爐、壓坯進爐、燒結(jié)及燒結(jié)零件出爐的工作循環(huán)。其優(yōu)點是可以進行各種各樣的特殊燒結(jié)、用氣量小、可達到連續(xù)式燒結(jié)爐不可能達到的高溫，易應用真空等。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底座引入工作室的。
裝爐時，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，它們在自重的作用下，沉入砂封中。這樣形成一個密閉的工作空間。一般用分解氨氣體作為保護氣氛。壓縮空氣通入使摩擦片上平盤受壓，即可對摩擦片進行加壓燒結(jié)。
2．真空燒結(jié)爐
真空燒結(jié)爐也具有潤滑劑燒除、預燒結(jié)及高溫燒結(jié)的功能。潤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，可實行升溫、控溫、降溫的自動控制功能，并具有儲存多條不同燒結(jié)工藝曲線的功能，還具有升降溫速度可調(diào)及準確報時功能以及顯示實際溫度和設定溫度等多種參數(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)工藝特性來分析，燒結(jié)爐使用與維護應注意如下事項。 [2]
使用
1)燒結(jié)爐使用的注意事項
(1)當使用氫氣或分解氨時，要先通入氮氣，在確保爐中的空氣完全被排出時，才能通電升溫，以防止打鳴和爆炸。
(2)對鉬絲作加熱元件的燒結(jié)爐，在通電前爐體中應通入保護氣體，以防止鉬絲氧化而脆斷。
(3)爐門及氣體排出口應點明火燒除，以防止氧氣進入或氫氣排出而發(fā)生爆炸危險和煤氣中毒危險。
(4)若電熱元件為鐵鉻鋁電阻絲，在升溫至1100℃時應停留一段時間（30min左右）再升溫，以防止電阻絲表面溫度過高而損壞。
(5)在升溫前和操作中應不時檢查氣流、水流是否符合要求，以及檢查設備、電和爐溫的控制儀表是否正常。
(6)停爐前應先斷電，在爐溫降到200℃以下時再停氣和停水。
(7)除了因維修必須停爐外，要避免頻繁停爐。燒結(jié)爐的頻繁開停，會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，爐溫容易波動等弊端。
2)燒結(jié)氣氛輸送管配置和冷卻水降溫裝置
當粉末冶金零件的生產(chǎn)超過一定的規(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)爐應有燒結(jié)氣氛輸送管配置和冷卻水降溫裝置。一般每臺燒結(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，另一種氣體可代用，避免因停氣造成燒結(jié)質(zhì)量問題和爐子損壞。
3)燒舟的合理使用和整修
在步進梁式爐、推桿式爐及間歇式爐中燒結(jié)，必須使用燒舟。燒舟在高溫中反復使用，不可避免地會翹曲變形。對于變形燒舟必須及時檢出進行整修，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)量又嚴重降低燒結(jié)爐的使用壽命。因此，在燒結(jié)工段應備一臺整舟用液壓機及整舟模具，對變形的燒舟及時整修。
此外，網(wǎng)帶式燒結(jié)爐雖然多半不使用燒舟，但有時為了減少工件（特別是薄型、細長件等）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。對于形狀特殊的零件，燒結(jié)時需要做專用工裝。裝舟形式主要有以下幾種。
(1)薄的燒結(jié)零件，應選用底面平整的石墨舟，燒結(jié)中不變形。對網(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，燒舟底部需填上薄層A120，等填料，并加蓋。
(4)特殊要求、需嚴防氧化的燒結(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
(1)新爐以及更換筑爐耐火材料后應進行烘干處理。烘爐要分階段升溫。在烘干初期，升溫速度低，時間長，因剛升溫時爐子是冷的，爐體材料中的水分高。在低于400℃以下時，要敞開爐門排出水汽。在升至700℃時應保溫一段時間，以使爐體的溫度均勻。新爐的烘干程序如下：
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℃時應運轉(zhuǎn)一段時間，以進行預氧化處理，提高網(wǎng)帶的壽命。
(2)壓坯中的低熔點雜質(zhì)（硫、鉛、鋅等）對爐膛材料和加熱元件均會產(chǎn)生侵蝕作用，為了提高爐子的使用壽命，應定期凈化爐膛，尤其是預燒區(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氣體時，有可能會從碳氫化合物中分解出碳，這部分碳會沉積在爐壁和加熱元件上，這樣會污染爐子、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)需要在低露點下進行作業(yè)，所以對用螺栓封閉的法蘭盤部位要定期進行泄漏檢測。
(7)勿將附有油污的燒舟送入爐內(nèi)。油污進入爐內(nèi)會使露點急劇增加，影響正常運轉(zhuǎn)。
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