[发明专利]一种测定金属微滴快速凝固过冷度的方法及其装置

权利要求书

1.一种测定金属微滴快速凝固过冷度的方法，其特征在于：首先采用脉冲微孔法制备金属微粒子液滴；然后在金属微粒子液滴下落过程中的不同位置上分别测定金属微粒子液滴落入油中的开始时刻及平衡时刻的温度；随后通过热平衡计算得到不同位置处金属微粒子液滴的液相含量；最后再利用液相含量通过理论计算得到金属微粒子液滴的形核温度和过冷度。

2.根据权利要求1所述的一种测定金属微滴快速凝固过冷度的方法，其特征在于，包括以下具体顺序步骤：

(1)脉冲微孔法制备金属微粒子液滴

将带有小孔(8)的陶瓷片(9)固定于坩埚(3)底部，对坩埚(3)和真空腔体(7)抽真空，并充入惰性保护气体，利用加热器(4)加热坩埚(3)至其内部金属成熔融状态；向坩埚(3)中通入惰性气体，使真空腔体(7)和坩埚(3)达到稳定的差压；对压电陶瓷(1)施加一定的脉冲信号，使其带动传动棒(2)产生一纵向微小位移，此位移作用于坩埚(3)底部的金属熔体(6)，使金属熔体从坩埚(3)底部小孔(8)喷出形成金属微粒子液滴(10)，压电陶瓷(1)每运动一次，小孔处可形成一个金属微粒子液滴(10)；

(2)测定落入油中的温度

待金属微粒子液滴稳定后，将保温瓶量热器固定在金属微粒子液滴下落的某一高度，移开微滴入口孔(21)上的密封片(20)，待金属微粒子液滴落入保温瓶量热器的油中后立即移入密封片(20)，同时停止喷射金属微粒子液滴，分别记录金属微粒子液滴落入油中的开始落入时刻和平衡时刻保温瓶量热器中油的温度；

(3)计算液相含量

重复步骤(2)得到不同位置处金属微粒子液滴落入油中的开始落入时刻和平衡时刻保温瓶量热器中油的温度，经热平衡计算得到微滴在不同位置处的液相含量；

(4)计算过冷度

利用不同位置处的液相含量，通过理论计算得到金属微粒子液滴的形核温度和过冷度。

3.根据权利要求2所述的一种测定金属微滴快速凝固过冷度的方法，其特征在于：所述步骤(1)中具体的工艺流程及参数包括：

(1)装料：将带有小孔(8)的陶瓷片(9)固定于坩埚(3)底部，打开坩埚(3)上盖，在坩埚(3)中加入需要测量的金属材料，并密封；

(2)抽真空：利用机械泵(30)和扩散泵(29)对坩埚(3)和真空腔体(7)抽真空至真空度不高于0.001Pa，并充入惰性保护气体Ar，反复进行，最后使真空腔体(7)内压力达到一个大气压；

(3)熔化金属：加热坩埚(3)，利用加热器(4)熔化坩埚(3)内的金属材料，并用控温热电偶(5)实时监测坩埚(3)内的温度，金属材料完全熔化后保温10-30分钟；

(4)脉冲喷射：通过坩埚进气管(32)向坩埚(3)中通入惰性气体，使坩埚(3)与真空腔体(7)之间达到稳定差压0-50kPa，利用信号发生器(13)编辑脉冲信号并施加给压电陶瓷(1)，压电陶瓷(1)在脉冲信号的驱动下产生微小位移，并带动传动棒(2)运动，此微小位移由传动棒(2)作用在坩埚(3)底部的金属熔体(6)，从而使得金属微粒子液滴(10)从小孔(8)中射出；

(5)获得均匀液滴：电脑(15)利用计算机图像分析软件，根据CCD摄像机(17)所拍摄的金属微粒子液滴图象计算出金属微粒子液滴的直径，反馈调整振荡器产生的频率、波形参数，从而获得设定尺寸的均匀金属微粒子液滴。

4.根据权利要求1所述的一种测定金属微滴快速凝固过冷度的方法所采用的装置，其特征在于：该装置包括真空系统、液滴喷射系统、图像采集系统和液滴温度测试系统，所述液滴温度测试系统安装于真空系统内部，液滴喷射系统安装于液滴温度测试系统的正上方，图像采集系统连接于真空系统的真空腔体之上。

5.根据权利要求4所述的一种测定金属微滴快速凝固过冷度的方法所采用的装置，其特征在于：所述真空系统包括真空腔体(7)、机械泵(30)和扩散泵(29)，扩散泵安装于真空腔体(7)侧壁之上，机械泵连接于扩散泵之上，真空腔体上还安装有腔体进气管(31)和坩埚进气管(32)。