[发明专利]基于交变磁场调制定向凝固液固界面的方法与装置

权利要求书

1.一种基于交变磁场调制定向凝固液固界面的方法，其特征在于在结晶器外围液固界面上方加一个交变的磁场，该交变磁场在熔体中的感应电流和磁场相互耦合产生电磁搅拌力，该电磁搅拌力的大小、方向和频率均和熔体本身的性质有关，调制电磁场的大小、方向和频率能获得平整的熔体固液界面。

2.根据权利要求1所述的基于交变磁场调制定向凝固界面的方法，其特征在于，所述电磁搅拌力只用来消除径向方向的温差，焦耳热效应忽略不计。

3.根据权利要求1所述的基于交变磁场调制定向凝固界面的方法，其特征在于所述电磁搅拌力大小与交变磁场的磁场强度B₀有关，该磁场强度其中u_A为阿尔文速度≈10^-2m/s，μ为熔体磁导率，ρ为熔体密度。

4.根据权利要求1所述的基于交变磁场调制定向凝固界面的方法，其特征在于通过改变产生交变磁场的感应线圈(4)下端与熔体固液界面的距离L来调节所述电磁搅拌力的方向，L的范围为-10～10mm。

5.根据权利要求1所述的基于交变磁场调制定向凝固界面的方法，其特征在于电磁搅拌力的频率其中σ为试样熔体的电导率，δ为固态试样的趋肤深度，趋肤效应要尽可能小，其深度在R/4≤δ≤4R之间，R为样品半径。

6.根据权利要求1所述的基于交变磁场调制定向凝固界面的方法，其特征在于所述熔体可以是铁、铜、铝、镁、镍基高温合金等的任意一种或多种。

7.一种磁场基于交变磁场调制定向凝固界面的装置，应用于根据权利要求1所述基于交变磁场调制定向凝固界面的方法，包括带真空系统(3)的炉体(2)、置于炉体(2)内的主发热体(1)、炉体下端的隔热层(12)、隔热层(12)下面的冷却缸体(7)、冷却缸体(7)外围的水冷系统(14)、安置在主发热体(1)内的刚玉坩埚(9)穿过隔热层(12)伸入冷却缸体(7)内，而下端连接抽拉系统(15)，冷却缸体(7)内注满液态Ga-In冷却剂(6)其特征在于所述炉体(2)内的主发热体(1)外围套装一个产生交变磁场的可调铜质感应线圈(4)，所述感应线圈(4)由导线接通外界变频感应电源(16)。