[发明专利]一种用于制备偏晶合金壳型复合组织粉末的设备及其应用

说明书

技术领域

本发明属于偏晶型合金粉末制备技术，具体地说是一种用于制备偏晶合金壳型复合组织粉末的设备及其应用。

背景技术

偏晶型合金的示意相图如图1所示。该类合金在液态存在着组元不混溶温度区间(L₁+L₂)。当均一的合金熔体冷却到L₁+L₂区内时，它将发生液-液相变(L→L₁+L₂)。该类合金十分广泛，其中许多具有特殊的力学和物理性能，在工业上具有很好的应用前景，因此其研究吸引了越来越多人的注意。为了深入认识该类合金的凝固特性，国内外材料科学工作者，先后在地面和空间微重力条件下做了大量的实验研究工作，并开展了广泛的理论模拟。研究发现，在用气体雾化方法制备偏晶合金粉末时，经常会得到具有表层和核心的壳型组织粉末，如图2a-b所示。这种粉末在工业上具有重要的用途。例如，具有低熔点表层、高强高导电内层复合组织的合金粉末是理想的电子工业高性能焊料，即能保证具有优良的焊接性能，又能保证焊点具有高强高导电特性，可以大幅度地提高集成电路的性能。

这种壳型组织的形成机理一直被列为科学之谜。近来，申请人研究发现该类组织的形成是由液-液相变过程中弥散相(先析出液相)在雾化液滴表面发生异质形核造成的。所谓的异质形核就是指弥散相依附于外来杂质或表面进行形核的过程，它与均质形核相对应，均质形核是指在均一无杂质熔体内自发形核的过程。与均质形核相比，异质形核较容易进行。

发明内容

本发明提出一种利用表面触发形核技术制备偏晶合金壳型复合组织粉末的设备及其应用。其目的是利用表面触发形核技术，使弥散相在雾化液滴表面较容易形核，因此，在雾化液滴冷却过程中，在较小的过饱和度下弥散相就开始在雾化液滴表面形核，且形核速率很高。这使得在整个凝固过程中，雾化液滴表面都具有较低的过饱和度，从而，溶质不断向液滴表面进行扩散迁移，促使具有壳型复合组织粉末的形成。

本发明的技术方案是：

一种用于制备偏晶合金壳型复合组织粉末的设备，包括自上而下设置的液滴产生装置、液滴充电装置、舱体，液滴产生装置包括坩埚炉、对自坩埚炉底部导流孔流出的熔体液流振荡的激振装置、液滴充电装置，液滴充电装置安装于坩埚炉底部熔体出口处，舱体内设有测定液滴温度的红外测温仪、形核触发装置及形核触发装置位置调整机构，形核触发装置及形核触发装置位置调整机构包括可以产生电子束或离子束的触发器、与触发器对应并产生液滴触发束的靶材、调整触发器和靶材位置的滑块丝杠、电机。

所述的用于制备偏晶合金壳型复合组织粉末的设备，在激振装置上方设有水冷循环系统，坩埚炉上方通过管道连有对坩埚炉内熔体施加压力的充气系统。

所述的用于制备偏晶合金壳型复合组织粉末的设备，激振装置采用激振杆置于坩埚炉内的熔体中。

所述的用于制备偏晶合金壳型复合组织粉末的设备，坩埚炉底部开设有导流孔，坩埚炉内设用于测量坩埚炉内熔体温度的热电偶。

所述的用于制备偏晶合金壳型复合组织粉末的设备，舱体内设用于测量液滴速度的摄像测速装置和用于测量液滴温度的红外测温仪。

所述的用于制备偏晶合金壳型复合组织粉末的设备，舱体连有真空泵和充气系统。

所述的用于制备偏晶合金壳型复合组织粉末的设备，在坩埚炉顶部设置观察窗和观察用摄像头。

所述的用于制备偏晶合金壳型复合组织粉末的设备的应用，具体步骤如下：

(1)用坩埚炉熔化偏晶合金，并使合金熔体温度升至组元互溶温度以上，保温形成均一熔体；

(2)向坩埚炉内充气，迫使液态金属自导流孔流出，通过使用激振装置使液流在激振波的作用下雾化成尺寸均一的液滴，采用液滴充电装置对液滴施加电场，形成的液滴带有同种电荷，相互排斥，不会发生液滴间碰撞合并现象；

(3)在液滴下落过程中，用红外测温仪测定液滴温度，根据所测得的温度，确定触发器和靶材的位置，要保证当液滴温度降至组元液态互溶温度线以下时即开始触发形核；

(4)在液-液相变过程中，通过触发器产生的电子束或离子束击打于靶材上，使靶材产生触发束，对液滴进行触发形核，触发形核的结果是弥散相在液滴表面形核，液滴内部的溶质向液滴表面扩散，导致弥散相富集层或壳型复合组织的形成。

所述的用于制备偏晶合金壳型复合组织粉末的设备的应用，靶材选用对应于弥散相的纯组元。

本发明的有益效果是：