[发明专利]藕状多孔金属的制备装置和制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种藕状多孔金属的制备装置以及制备方法，尤其涉及一种无浇注过程制备藕状多孔金属的装置以及方法。

背景技术

Gasar工艺是利用金属-气体共晶定向凝固制备气孔规则排列的多孔材料的一种工艺。因制备出的多孔材料与藕根类似被日本学者称作藕状（Lotus-type）多孔材料。藕状多孔材料因其孔分布比传统多孔材料更加规则。故其除具有传统多孔材料轻质、吸音降噪和过滤等性能，还具有其特殊的力学和热学性能特点。尤其是藕状多孔铜作为一种特殊的微通道结构，具有比传统微槽道结构更优异的散热性能，使其在高功率电子器件如高性能CPU以及LED的散热领域具有巨大的应用前景。

藕状多孔金属可通过多种定向凝固工艺来实现，主要有连铸法和模铸法。例如生产藕状多孔铜，连铸法可以生产较长尺寸的棒状或板状的藕状多孔铜，但径向或厚度方向尺寸较小，且热量主要通过试样侧向散失，因此斜向试样中心生长，最终造成气孔平直性较差且通孔率低，较难满足微通道热沉应用的要求。相比之下，模铸法因更容易获得定向凝固的条件，在制备气孔平直性好的优质藕状多孔铜更具优势。另外，模铸法工艺过程简单且可一次性制备大尺寸的圆柱形铸锭，制备成本低。然而，传统模铸法工艺中金属的熔化和定向凝固分别在坩埚和铸型中进行，因此需要有浇铸的过程，相应的装置也称为双室Gasar装置。而浇铸过程对铸锭的表面质量和气孔分布均匀性有如下不利影响。第一，浇铸过程带来的熔体搅动会影响凝固界面前沿温度场和浓度场的分布，进而影响气孔的稳态生长，最终可能导致相邻气孔的合并甚至气孔生长中断、甚至使气孔非定向生长；第二，浇铸时由于结晶器的激冷作用，导致与结晶器接触的铸锭底面粗糙不平，铸件和铸型之间存在气隙，从而导致凝固过程传热不均，影响气孔稳态生长，使气孔孔径和分布不均匀。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种藕状多孔金属的制备装置和制备方法，以实现制备方法无浇铸过程，生产出的藕状多孔金属气孔定向生长，气孔孔径和分布均匀的效果。

一种藕状多孔金属的制备装置，其包括：一炉体，包括中心炉体和下炉盖；一绝热型腔，该绝热型腔设置于所述中心炉体的内部；一加热体，该加热体设置于所述绝热型腔，该加热体以及所述绝热型腔将所述炉体分成加热室和冷却室；一坩埚，该坩埚用于装载待熔炼金属；一抽拉单元，该抽拉单元用于控制所述坩埚位于所述加热室或冷却室。

一种利用如上所述藕状多孔金属的制备装置制备藕状多孔金属的方法，该方法包括以下步骤：将待熔炼金属放入所述坩埚中，并通过控制所述抽拉单元使所述坩埚位于所述加热室；利用真空系统将炉内抽真空；通过加热体对所述待熔炼金属进行加热，待该待熔炼金属熔化并加热至预定温度后停止抽真空；利用充气系统向炉内充气体至预定压力，然后保温至该气体完全溶解于金属熔体中；控制抽拉单元使所述坩埚以一定速率下降至所述冷却室；开启藕状多孔金属制备装置，取出所述藕状多孔金属。

与现有技术相比较，利用本发明提供的藕状多孔金属的制备装置制备藕状多孔金属的方法，由于金属熔化和定向凝固过程均在同一石墨坩埚内完成，所以无需浇铸过程，能有效的避免由浇铸带来的不利影响。即生产出的藕状多孔金属气孔定向生长，气孔孔径和分布均匀。

附图说明

图1是本发明实施例提供的藕状多孔金属的制备装置装料或取料状态的示意图。

图2是本发明实施例提供的藕状多孔金属的制备装置加热前或凝固状态的示意图。

图3是本发明实施例提供的藕状多孔金属制备装置加热时状态的示意图。

主要元件符号说明