真空烧结炉作为粉末冶金行业中的重要设备之一,需求量在近年来逐渐增加。在国际上,烧结炉的热效率水平达到了60%左右,而国内的烧结炉热效率水平还不到35%,以致于烧结炉设备的购置方面大多数依赖于进口,所以对高效低能耗的烧结炉设备的研究工作在国内具有较高的应用价值。在提高烧结炉能源利用效率的同时,还需要考虑炉膛内温度均匀性的问题,以确保工件质量。为了解决该问题,本文基于有限元数值模拟技术对烧结炉内的温度场进行研究,通过对烧结炉加工阶段的传热分析,建立了烧结炉能效模型以及工件质量模型,并对真空烧结炉进行了结构参数的优化工作,主要的工作内容如下:(1)通过真空烧结炉实体结构的测量结果以及实际工况的记录,结合传热学相关知识建立真空烧结炉的有限元模型,并对氮化硅工件的加工阶段进行模拟仿真。对炉内的温度场云图以及监测点的升温曲线进行仿真验证后,确保了仿真工作的可靠性,为后续真空烧结炉的优化工作提供了很好的指导作用。(2)结合热平衡原理建立真空烧结炉的最大能效比指标,以工件温度变异性系数作为工件温度均匀性的质量指标,并计算出在真空烧结炉原始结构参数下的双指标数值作为优化结果的参照对象。然后由于烧结炉内加热体的摆放位置以及加热体的结构都是影响炉内温度场的重要因素,所以将炉内加热体的位置参数和结构组成作为变量因素,并探究各变量对各指标的单因素影响规律。(3)根据单因素影响规律结果,确定烧结炉内加热体位置参数的有效调节范围以及加热体的结构组成。采用响应曲面优化方法,并通过Design-Expert软件进行试验设计,对试验结果进行方差分析和回归分析,最后通过仿真验证后确定优化结果。与真空烧结炉原始结构下的相关数据进行对比,结果显示在烧结炉最大能效方面提高了10.26%,工件温度变异性系数增加了7.17%。(4)为了减少操作人员获取烧结炉相关数据的人工时间成本,综合本文对真空烧结炉的研究结果,采用了MATLAB仿真平台搭建了“真空烧结炉仿真系统”,为真空烧结炉的能效优化工作提供了理论基础和技术参考。