[发明专利]一种实时观察定向凝固过程的设备

说明书

本发明公开一种实时观察定向凝固设备，包括CCD显微摄像头、恒温水槽、加热区、冷区、线性位移台、橡胶管、玻璃容器、加热器、绝热板、减震板、计算机、冷光源、玻璃板、连接杆、支撑杆、温度传感器Ⅰ、凹槽、进水口、出水口、蠕动泵、温度传感器Ⅱ、真空泵；本发明设备可以直接观察合金的共晶凝固以及多孔材料形成过程，可以深入研究共晶生长机制以及多孔材料的形成机理，从而进一步推动材料和凝聚态物理的发展，制备出具有更加优良性能的共晶与多孔复合材料和其他材料。

技术领域

本发明涉及一种实时观察定向凝固过程的设备，属于定向凝固成形技术领域。

背景技术

共晶生长研究是人们认识材料凝固过程的重要研究课题。近几十年来，共晶组织倾斜生长的凝固模式被发现和研究，俨然成为了材料凝固研究领域中的重要研究方向。在制备共晶组织材料的的关键问题是如何在给定制备条件下有效控制共晶的凝固过程。共晶凝固过程中存在两个基本的问题至关重要，决定着最终产品材料的品质与性能，需要进行大量深入的研究：一是共晶凝固过程的动力学；二是共晶固液界面、固固界面的形成与演化。两者相互影响，构成了一个不可分割的非线性动力系统。共晶生长的预期理论研究成果将使人们对微观组织的形成与界面的演化有更深刻的理解。基于这些理解，我们可以更好的控制凝固过程，使界面产生需要的微观结构，从而获得更加优良的机械性能的产品。

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。

一般利用大型设备制备出金属共晶材料由于各种条件的因素影响并不能直接观察到共晶凝固过程的生长，并且也很难做到改变单一变量来研究这一变量对凝固过程的影响，从而难以确定参数对于材料的影响，无法对其进行进一步优化凝固过程，得到更加优良性能的产品。

发明内容

本发明为了研究定向凝固过程中各种因数对实验结果的影响，提供一种实时观察定向凝固过程的设备，可以实现单一变量的控制，研究该变量对合金定向凝固过程以及材料孔洞生成过程的影响，并能记录实验过程，从而更好的分析共晶与多孔微观组织的形成，更好的控制凝固过程，得到性能更加优良的产品。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案来实现。

一种实时观察定向凝固过程的设备，包括CCD显微摄像头1、恒温水槽2、加热区3、冷区4、线性位移台5、玻璃容器8、加热器9、绝热板10、压力传感器12、减震板13、计算机15、冷光源16、玻璃板17、连接杆18、支撑杆19、温度传感器Ⅰ20、进水口22、出水口23、蠕动泵24、温度传感器Ⅱ25、真空泵26；减震台13上放置绝热板10，绝热板10上设有冷光源16，冷光源16两侧分别设有加热区3和冷区4，加热区3由上下两块中空铜板构成，铜板内部设有加热器9，加热区3铜板外部设有温度传感器Ⅰ20，冷区4由上下两块中空铜板构成，铜板内部通有循环冷凝水，铜板上开有进水口22和出水口23，进水口22通过蠕动泵24与恒温水槽2连接，出水口23连接蓄水槽，冷区4铜板外部设有温度传感器Ⅱ25；玻璃板17穿过加热区3的两块中空铜板和冷区4的两块中空铜板中间，玻璃板17上设有凹槽21，玻璃容器8设置在凹槽21内，沿凹槽21移动，压力传感器12设置在玻璃容器8内部，玻璃容器8与连接杆18连接，连接杆18设置在支撑杆19上，支撑杆19设置在线性位移台5上，玻璃容器8还与真空泵26连接；CCD显微摄像头1正对玻璃容器8侧面，CCD显微摄像头1与计算机15连接，计算机15用于记录CCD显微摄像头1拍摄到的数据。

所述设备还包括电子压力控制器7、气瓶14，玻璃容器8通过橡胶管6与气瓶14连接，橡胶管6上还设有电子压力控制器7，电子压力控制器7型号为TXZC1。