[实用新型]一种定向凝固设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种定向凝固设备，属于凝固成形技术领域。

背景技术

定向凝固成形技术是在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和未凝固熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，以获得具有特定取向柱状晶的技术。由于该技术较好地控制了凝固组织的晶粒取向，消除了横向晶界，大大提高了材料的纵向力学性能。该技术的进一步发展是单晶生产，还逐渐推广到半导体材料、磁性材料、复合材料的研究中，成为现代凝固成形的重要手段之一。

传统的定向凝固技术有发热剂法（EP法），功率降低法（PD法），高速凝固法（HRS法），液态金属冷却法（LMC法），区域熔化液态金属冷却法（ZMLMC法），深过冷定向凝固（DUDS法），电磁约束成形定向凝固技术（DSEMS），激光超高温度梯度快速定向凝固（LRM）。这些定向凝固技术需要在专门设备上完成，所用设备制造相对复杂，使用成本高，不适用于小型规模生产或实验。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的设备复杂，操作不便缺陷，提供了一种简易式、凝固成形效果好的定向凝固设备。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

一种定向凝固设备，包括加热装置、冷却装置、工作台和料液容器，所述加热装置置于工作台上，加热装置内部热辐射区设有冷却装置和料液容器，其中料液容器连接于冷却装置的外表面上，料液与温度监控装置连接。

进一步地，所述加热装置为筒状立式加热装置，筒壁内侧为加热区，外侧为保温层，优选地，加热装置为双半式电阻炉加热装置或感应加热装置。

所述冷却装置为冷却池，下底面设冷却液进出口，冷却液进口设流量控制阀。所述冷却液进口管与冷却池下底部活塞式连接，其出液口与冷却池上顶面的距离可调。

所述料液容器通过耐高温胶接剂粘接在冷却池上或放置在冷却池上，优选地，料液容器为坩埚，放置在冷却池上。

采用双半式电阻炉加热系统加热或其他的热源加热（如感应加热），采用热电偶精确监控加热温度，等温度达到一定温度，保温到需求时间后，根据要求通过调控流量计调控冷却水流量，从单个方向对加热的工件熔体进行单向冷却，从而达到定向凝固的作用。通过调整水流量的大小，达到不同的冷却速度。

本实用新型与现有技术相比，具有的有益效果是：本实用新型结合发热剂法的冷却方式，高速凝固法和深过冷定向凝固的原理和特点，改进了传统凝固方式的一些不利因素。本实用新型的设备原理是在工作平台上设置有冷却液（水、冰盐水、乙二醇等）储池（即冷却池），冷却池设置有进管和出管，其中进管在冷却池上的连接方式是可拆卸连接，因而进管设置高度可调节，即管口距离熔体的冷却距离H可以调节，进管设置有流量计，可调节进液量大小。通过调节管口与熔体距离，配合流量的大小调节，就可以调节冷却的速率，从而得到不同冷速的凝固组织。在工作台上放置有带保温系统的加热装置，该加热装置可以自由地从工作台上取下，以方便样品的放置，以及根据需要实现保温炉内冷却或者空冷试样。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型定向凝固设备的结构示意图；

图2是采用图1的定向凝固设备和不同的水流量制备的Al-Cu合金定向凝固组织图，其中水流量分别是：图2a为16L/h，图2b为40L/h，图2c为80L/h，图2d为160L/h。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种定向凝固设备，包括设有保温层3的双半式加热炉2、冷却水储池4、工作台1和坩埚5（或者为陶瓷管），设有保温层3的双半式加热炉2置于工作台1上，双半式加热炉2的内部热辐射区设有冷却水储池4和坩埚5，其中坩埚5置于冷却水储池4上表面上，料液通过热电偶6与温度监控仪7连接。

冷却水储池4底部设置有进水管8和出水管9，其中进水管8与冷却水储池4底部为活塞式连接，因而进水管8高度可调节，即出水管口距离坩埚5的冷却距离H可以调节，进水管8设置有流量控制阀10，可调节进水量大小。通过调节出水管口与坩埚5距离，配合流量的大小调节，就可以调节冷却的速率，从而得到不同冷速的凝固组织。