[发明专利]一种多功能非晶复合材料制备设备

说明书

技术领域

本发明涉及熔体浸渗及凝固技术，具体为一种多功能非晶复合材料制备设备。

背景技术

块状非晶合金是上世纪90年代初发展起来的新型材料，具有的高强度、高比强度、高硬度、高弹性、高断裂韧性、高耐腐蚀性、高的软磁性能等一系列优异的力学、物理及化学性能，在材料科学和工程领域受到密切关注，在工业、电子信息、医疗卫生和航空航天等领域具有广阔应用前景。

块状非晶具有优异的性能，但其宏观塑性较低，限制了应用范围。为了改善块状非晶性能，人们研究利用制备非晶复合材料的方法，来改善块状非晶性能。这也是目前块状非晶发展的重要方向。非晶复合材料的结构上具有特殊性，主要表现为其基体为非晶态结构，因此其制备与传统意义上的复合材料不同。要获得非晶态结构，需要使用快速凝固或近快速凝固的方法，也就是说需要较快的冷却速度，而制备复合材料的浸渗过程需要在某一确定温度和压力下保温一定时间。由于非晶复合材料特殊的应用背景，国外对其制备技术严格保密，在国际上没有商业化设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能非晶复合材料制备设备，解决块状非晶合金宏观塑性较低、限制其应用范围等问题。该设备主要功能为通过压力浸渗和近快速凝固方法制备非晶复合材料，同时还可以用来熔炼合金、制备纯非晶样品以及进行真空热处理等。

本发明的技术方案如下：

一种多功能非晶复合材料制备设备，具有由上真空腔体和下真空腔体构成的真空室，上真空腔体和下真空腔体之间通过盲板隔离或者相互连通，并分别通过管路上设置的高真空阀I和高真空阀II与真空机组相连通；所述上真空腔体内安装有用于合金熔炼的感应加热线圈，并与频率可调的中频感应加热电源相连，感应加热线圈内侧安装用于盛放合金熔体的坩埚；所述下真空腔体内安装加热炉，并与程序控温电源相连，加热炉位于坩埚的正下方，下真空腔体底部为快卸法兰密封口；所述上真空腔体外面安装有摄像机和红外测温仪；所述下真空腔体之外下面安放冷却系统；坩埚、上真空腔体和下真空腔体分别与充气装置的充气口连通，并由充气阀I、充气阀II和充气阀III分别控制。

所述感应加热线圈为可以翻转的加热线圈；所述坩埚为可以与感应加热线圈同步翻转的坩埚。

所述坩埚为水冷铜坩埚或者带导流管的石英坩埚。

所述上真空腔体中的坩埚下面留有空间，根据需要安装铜模具。

所述加热炉为多段控制精密控温加热炉。

所述冷却系统为不锈钢容器，根据需要内装室温下为液态的低熔点合金；或者，内装水或者氯化钠水溶液。

所述红外测温仪与中频感应加热电源相连。

本发明设备制备非晶复合材料的工作原理为：

首先，连通上下真空腔体，将合金装入上真空腔体的石英坩埚内，将增强相预制体装入模具并置于下真空腔体的加热炉内，抽真空至高真空状态；增强相预制体加热到所需要的温度后，上真空腔体内开始合金熔炼，合金熔炼好后浇铸到下真空腔体内的模具中，然后充入惰性气体，在一定的温度和压力下浸渗一定时间后，打开下真空腔体底部的快卸法兰密封口，快速将模具移入下面的冷却系统中进行快速凝固，制备出非晶复合材料。对于与石英反应的合金可用水冷铜坩埚熔炼。

本发明具有如下优点：

1.本发明可以精确控制浸渗温度和压力，从而使复合材料获得理想的界面结构，提高性能。

2.本发明合金熔炼温度可控，有利于非晶的形成。

3.本发明合金熔炼和浸渗都在真空或惰性气体保护下进行，避免合金熔体氧化。

4.本发明设备具有多种功能，除了制备非晶复合材料外，还可以用来熔炼合金、制备纯非晶样品以及进行真空热处理等。

附图说明：

图1是本发明设备的结构示意图。

图2是三段式精密控温加热炉示意图。

图中，1.红外测温仪；2.上真空腔体；3.中频感应加热电源；4.下真空腔体；5.程序控温电源；6.快卸法兰密封口；7.摄像机；8.感应加热线圈；9.坩埚；10.充气阀I；11.充气阀II；12.高真空阀I；13.加热炉；14.高真空阀II；15.充气阀III；16.充气装置；17.模具；18.冷却系统；19.真空机组；21.控温器I；22.控温器II(主控温器)；23.控温器IIII；24.炉管；25.加热丝I；26.热电偶I；27.加热丝II；28.热电偶II；29.加热丝III；30.热电偶III。

具体实施方式

下面结合实施例和附图1进一步详述本发明。