随着高纯度铍靶材在航空、国防、医药等领域的广泛应用,提高铍靶材的纯度、致密度、生产效率对高新技术的发展有重要意义。真空热压成型作为高纯靶材制备应用最广泛的工艺之一,具有制成的靶材纯度高、致密性好、所需要的烧结温度较低、烧结时间短等优点。根据目前市场上对于高纯铍靶材性能要求,本文设计研发了一套超真空热压成型装置,同时为了保证热压铍材的致密度与烧结的均匀性,对真空炉内温度场进行了有限元分析,并根据仿真结果对加热系统进行优化,保证温区的均匀性。具体研究内容如下:首先,根据机械设计理论及高纯铍热压成型装置的技术要求,确定了高纯铍真空热压成型装置的总体结构设计方案,包括真空炉、加热系统、水冷系统和压力系统的设计,并利用UG软件完成了零部件的三维建模及整机装配。该装置具有结构紧凑、运行稳定等优点,有效提高了铍靶材的纯度与致密度。其次,为了检验压力系统关键零部件的强度,使用ANSYS Workbench对关键零部件进行了静强度有限元分析,包括液压缸、上横梁、下横梁和立柱。根据有限元分析结果对压力系统各零部件结构及尺寸进行改进,实现了结构轻量化设计,优化后系统稳定性得到改善,且降低了制造成本。然后,运用热分析理论对真空炉内温度场进行了研究,通过有限元分析得到加热过程中炉内温度场的分布情况,包括模具与内部铍粉的温度分布及温升曲线。同时对比分析了加热功率与加热体内径对温度场的影响,在综合考量加热效率、温区均匀性、隔热屏强度等因素后,对加热功率与加热体内径做了一定的优化改进,保证炉内温度场的均匀性,以达到良好的烧结效果。最后,基于单片机控制理论对高纯铍真空热压成型装置的温度控制系统进行了设计,完成了包括温度控制主模块、温度检测模块、键盘模块、显示模块、报警模块、温度控制模块的硬件电路设计,绘制了整个温度控制系统的硬件电路图。然后根据各个模块的分工及功能不同完成了软件流程框图的设计。整个加热系统能够严格按照既定的工艺曲线进行加热。