[发明专利]超重力定向凝固熔铸炉装置

权利要求书

1.一种超重力定向凝固熔铸炉装置，其特征在于：

所述的定向凝固熔铸系统包括超重力试验舱(C)和安装在超重力试验舱(C)中的高温加热子系统和坩埚及气冷系统，高温加热子系统固定于超重力试验舱(C)底部，坩埚及气冷系统置于高温加热子系统中；

超重力试验舱(C)包括舱体接口件(C1)、上密封穹顶(C2)、舱体吊耳(C3)和舱体(C7)；舱体(C7)内部设有腔体，腔体上端开口，舱体(C7)的两侧侧壁向外连接有舱体吊耳(C3)，两侧的舱体吊耳(C3)铰接连接到超重力离心机的吊篮转臂上，上密封穹顶(C2)通过螺栓安装连接到舱体(C7)的腔体开口端面并密封连接；上密封穹顶(C2)的中央安装有舱体接口件(C1)，舱体接口件(C1)包括通讯上密封舱盖(C12-4)和通讯舱体(C12-5)，通讯上密封舱盖(C12-4)安装在通讯舱体(C12-5)的上端开口，通讯上密封舱盖(C12-4)和通讯舱体(C12-5)均设有外凸缘，外凸缘台阶面上开设第一螺孔(C12-7)，螺栓穿过第一螺孔(C12-7)连接到上密封穹顶(C2)；舱体接口件(C1)上还设有上玻璃压装法兰(C12-1)、上法兰紧固螺钉(C12-2)、石英玻璃(C12-3)和真空插座(C12-6)，石英玻璃(C12-3)被上玻璃压装法兰(C12-1)固定安装在通讯上密封舱盖(C12-4)顶部中心的开口处，上玻璃压装法兰(C12-1)通过上法兰紧固螺钉(C12-2)固定于上密封舱盖(C12-4)顶部，通讯上密封舱盖(C12-4)，通讯舱体(C12-5)底部开孔，开孔处安装真空插座(C12-6)；舱体(C7)的腔体内底面固定安装有布线支架(C6)和供气支架(C8)，舱体(C7)一侧壁上开设有接线孔(C7-1)和第一安装孔(C7-2)，舱体(C7)另一侧壁对称开设有接线孔和第二安装孔(C7-3)，接线孔(C7-1)处安装接线电极(C5)，接线电极(C5)经过接线孔(C7-1)与舱体(C7)内部的布线支架(C6)相连，弱信号控制电线经过第一安装孔(C7-2)与布线支架(C6)相连；第二安装孔(C7-3)中安装冷却气体阀装置(C9)，冷却气体经管路连接到冷却气体阀装置(C9)，冷却气体阀装置(C9)经供气支架(C8)上的管路和舱体(C7)内的试验仪器进出气口连通；

所述的高温加热子系统包括安装底座(23)和布置在安装底座(23)上的从上到下依次布置连接的上炉体、中炉体、下炉体以及莫来石保温层(16)、上加热腔外体(17)、下加热腔外体(18)、上加热炉管(19)、下加热炉管(20)、坩埚支撑座(21)和发热体(22)；坩埚支撑座(21)置于下炉体的下腔体隔热层(14)底部，并底部固定于安装底座(23)，加热腔体置于坩埚支撑座(21)上，加热腔体包括上加热腔外体(17)、下加热腔外体(18)、上加热炉管(19)和下加热炉管(20)，上加热腔外体(17)和下加热腔外体(18)均为套筒结构，上加热腔外体(17)和下加热腔外体(18)分别位于上下同轴固定对接，上加热炉管(19)、下加热炉管(20)分别套装于上加热腔外体(17)、下加热腔外体(18)中，上加热腔外体(17)、下加热腔外体(18)在上炉体的上腔体隔热层(4)、中炉体的中腔体隔热层(9)、下炉体的下腔体隔热层(14)之间填充有莫来石保温层(16)；上加热炉管(19)和下加热炉管(20)的外壁均加工有螺旋状凹槽(22-1)，螺旋状凹槽(22-1)装有螺旋状的发热体(22)，发热体(22)产生的热量均匀辐射到上加热炉管(19)和下加热炉管(20)组成的加热炉管，在加热炉管中央形成高温区；

所述的坩埚及气冷系统置于坩埚支撑座(21)上的上加热炉管(19)和下加热炉管(20)内部，坩埚及气冷系统包括进气管(29)、冷却底座(26)、冷速调节环(27)、坩埚(25)、排气盖(28)和排气管(30)；坩埚支撑座(21)顶面上安装冷却底座(26)，冷却底座(26)上安装坩埚(25)，坩埚(25)顶端安装排气盖(28)，坩埚(25)中部套装冷速调节环(27)；在坩埚(25)上设置有中心容腔(25-1)、冷却孔(25-2)、温度梯度调节块(25-3)、热量辐射槽(25-4)、定位凸缘块(25-5)、散热槽(25-6)和气体排放孔(25-7)；坩埚(25)主体为柱形结构，坩埚(25)顶面中央开设有圆柱盲孔作为中心容腔(25-1)，中心容腔(25-1)灌充待超重力定向凝固的金属熔液/金属试样；中心容腔(25-1)周围的坩埚(25)顶面沿圆周开设多个垂直通孔作为冷却孔(25-2)，多个冷却孔(25-2)沿周向间隔均布，冷却孔(25-2)下端通入冷却气体；每个冷却孔(25-2)中均安装有用于实现和调节定向凝固温度梯度的温度梯度调节块(4)，温度梯度调节块(4)和冷却孔(25-2)孔壁之间存在间隙，温度梯度调节块(4)在冷却孔(25-2)能沿轴向上下移动；坩埚(25)下部周面固定有环形的凸块作为定位凸缘块(25-5)，定位凸缘块(25-5)下部的外周柱面开设多个散热槽(25-6)，散热槽(25-6)从坩埚(25)主体内壁径向向外延伸定位凸缘块(25-5)外壁；定位凸缘块(25-5)上方的坩埚(25)外周柱面开设多个热量辐射槽(25-4)，多个热量辐射槽(25-4)沿周向间隔均布，相邻两个冷却孔(25-2)之间的坩埚(25)外周柱面均有一个热量辐射槽(25-4)；在定位凸缘块(25-5)顶面处的坩埚(25)侧壁两侧对称开设通孔作为气体排放孔(25-7)，气体排放孔(25-7)将冷却孔(25-3)和坩埚(25)外部连通；冷却底座(26)上端开口，开口内设有下环形槽(26-2)，坩埚(25)下端安装到冷却底座(26)上端开口中，且通过下环形槽(26-2)将坩埚(25)的各个冷却孔(25-2)下端连通，冷却底座(26)底端开有和下环形槽(26-2)连通的进气通孔(26-1)；冷速调节环(27)固定安装于坩埚(25)的定位凸缘块(25-5)上，冷速调节环(27)顶面开设有一个或者两个垂直的集气槽孔(27-1)，集气槽孔(27-1)底端穿过冷速调节环(27)内圈壁面和坩埚(25)的气体排放孔(25-7)连通；排气盖(28)下端开口，开口内设有上环形槽(28-2)，坩埚(25)下端安装到排气盖(28)下端开口中，且通过上环形槽(28-2)将坩埚(25)的各个冷却孔(25-2)上端连通，排气盖(28)底端开有和上环形槽(28-2)连通的出气通孔(28-1)，排气盖(28)的出气通孔(28-1)和排气管(30)的一端连通；排气管(30)另一端与外界相连通，将冷却气体排出；排气盖(28)下端开口内的中间设置形成凸台(28-3)，凸台(28-3)嵌装于坩埚(25)的中心容腔(25-1)顶端内；

所述的坩埚支撑座(21)内部开设有一个通气管道(21-1)，通气管道(21-1)用于定向凝固的冷却气体通入，通气管道(21-1)上端贯穿出坩埚支撑座(21)顶面作为出口并连通到冷却底座(26)的进气通孔(26-1)，通气管道(21-1)下端贯穿出坩埚支撑座(21)底部外壁后作为入口，和进气管(29)一端连接，进气管(29)另一端与冷却气源相连；定向凝固试验的冷却气体通过通气管道(21-1)下端入口进入，经通气管道(21-1)上端出口通入坩埚(25)底部，通过对坩埚(25)底部冷却，形成一个沿超重力方向的温度梯度而进行定向凝固，并且通过调控冷却气体的通入流量和发热体(22)产生的温度，调控沿超重力方向的温度梯度分布。