[实用新型]一种电磁悬浮水冷铜坩埚

说明书

本实用新型公开了一种电磁悬浮水冷铜坩埚，涉及金属或者合金的熔炼设备领域。包括坩埚本体、感应线圈、铜模、压紧塞和橡胶垫，感应线圈环绕坩埚本体上部，铜模设置在坩埚本体的铜模腔内并通过压紧塞和橡胶垫固定和防漏气；通过本实用新型熔炼金属或合金可以避免熔体污染，使熔体高洁净；电磁悬浮水冷铜坩埚制备试样或棒材可以避免试样或棒材横截面的单一性；电磁悬浮水冷铜坩埚制备的试样或棒材晶粒细小，提高了材料的力学性能。

技术领域

本实用新型涉及金属或者合金的熔炼设备，特别是一种电磁悬浮水冷铜坩埚。

背景技术

金属或者合金的熔炼常常在大气环境中，在陶瓷坩埚内熔炼，这样的熔炼方式，陶瓷坩埚很可能污染熔体，对后期熔体的净化处理带来一定的困难；熔体在大气环境中，还可能造成熔体成分的氧化和烧损，为准确的成分控制带来一定的难度，有鉴于此，为减少或避免熔体污染，开发了如下技术。

光悬浮技术也能够避免熔体污染，光悬浮技术是利用卤素灯作为热源，利用灯丝附近的凹面镜将灯丝发出的光聚焦于与一点，棒材在该点处熔化，再以一定的速度移动棒材，就能够形成定向凝固的试样，这样的试样很难保证表面平整和试样的平直度。

电子束定向凝固的原理是电子枪发射的高能电子轰击棒材表面，电子的动能转化为热能，使其在电子枪对准的小范围区域熔化，熔化的金属熔体在重力和表面张力的作用下保持平衡，在电子枪从棒材的底部移动到顶部的过程中，熔体单向导热到底部的激冷铜，从而使熔体的定向地从底部到顶部凝固，最后形成试样。在电子束定向凝固的过程中，熔体在重力和表面张力作用下保持平衡，故试样形状简单，尺寸小，表面不平整；尤其是电子束的产生需要高真空，则高饱和蒸气压的元素容易挥发，容易造成成分不准确。

水冷铜坩埚内的Czochralski定向凝固，该技术的原理是感应线圈产生电磁场，电磁场透过分瓣的水冷铜坩埚缝隙作用于铜坩埚内的金属或合金，金属或合金在电磁场作用下，产生感应涡流，感应涡流在金属或合金中产生焦耳热使材料熔化形成熔体，熔体在装有籽晶的牵引杆下，现实材料的定向凝固生长，这种方法可以实现熔体无污染的定向凝固，但是在凝固的过程中，熔体不断减少，生长速度难以控制。做出的试样形状简单，表面不平整。

电磁冷坩埚定向凝固，该技术的熔化原理同水冷铜坩埚内的Czochralski定向凝固的熔化原理相同，不过Czochralski定向凝固的原料先装在坩埚内，而电磁冷坩埚定向凝固的原料为悬挂的料棒，在坩埚内的熔体达到一定量时，让原料棒和抽拉杆以一定的速率比(保证坩埚内的熔体体积不变)向下运动。在抽拉杆的牵引下，试样浸入Ga-In液态金合金中，在液态合金的强制冷却作用下，实现单向散热，从而达到定向凝固的目的。该方法制备试样时，试样的一端有高温熔体，另一端有冷却的液态合金，温度梯度较大，在较高速度生长时，熔体容易熄灭，造成实验失败，而且液态合金很可能污染试样。以上方法得到的熔体较为洁净，晶粒细化的方法包括如下。

一、变形处理法，该方法是利用材料的塑性变形工艺和材料的再结晶或者相变来控制晶粒的尺寸。该方法要在试样成形后才能实施。

二、物理场细化技术，该方法利用物理场直接作用于熔体，在凝固的过程中控制凝固组织、细化晶粒。该技术对熔体的处理包括三个方面：1)脉冲电流处理；2)磁场处理；3)超声波处理。

三、机械细化法，该方法是利用机械搅拌或者振动作用于熔体，促进晶核的形成，枝晶断裂，增多晶核，从而达到细化的目的。

四、晶粒细化剂法，该方法是向熔体加入晶粒细化剂，晶粒细化剂加入后熔体的异质形核数增多，从而达到细化晶粒的目的。

五、变质细化法，变质处理是在熔体中加入变质剂，在凝固的过程中依靠变质剂的形貌或者性能的变化而影响晶体生长的过程。