[发明专利]一种利用液态金属进行强制冷却的真空快淬冷却系统

说明书

本发明属于快速凝固技术领域，特别涉及一种利用液态金属进行强制冷却的真空快淬冷却系统。该冷却系统主体包括以下组件：冷却辊(1)、压力计(2)、流量计(3)、磁力泵(4)、温度控制系统(5)、液态金属槽(6)、漏压报警(7)和散热器(8)。本发明具有很好的实用价值，作为冷却组件应用于真空快淬装备，能够提供更快冷速进行非晶态带材、鳞片的制备和生产，提高相关产品的非晶化程度以及性能，并可实现其他难加工材料体系的短流程、净终成型，扩大真空快淬技术的应用领域。

技术领域

本发明属于快速凝固技术领域，特别涉及一种利用液态金属进行强制冷却的真空快淬冷却系统。

背景技术

单辊快淬法是目前使用最普遍的制备连续非晶条带的工艺，在实验室和工业生产中得到广泛应用。该方法是将熔融的合金用一定压力喷射到高速旋转的铜辊表面，熔融合金以10⁵-10⁶℃/s的速率冷却，从而形成连续的非晶条带，在该工艺中，铜辊的转速和冷却强度决定了熔融合金的冷却速度，从而影响非晶合金的结构和性能。

真空快淬是将单辊快淬系统置于真空环境下，真空下的单辊快淬，带材冷却成形只依靠熔体与铜辊的热传导，由于冷却方式单一，加上热量实际上是被铜辊内部冷却水带走，熔体热量在经由铜辊传递到内部冷却水时，由于水的导热系数为0.5W/m_·k，沸点100℃，与铜辊内壁接触的冷却水瞬时气化产生气膜，传热面整个被气膜覆盖，气膜的附加热阻会严重影响热量的传导，这种现象称之为膜状沸腾，为了解决这一问题，目前通过冷却辊内部水路设计，可以实现冷却水的快进快出，减少膜状沸腾，一定程度改善了系统冷却能力，但如何进一步显著提高冷速，提高相关产品(非晶带，非晶鳞片)的非晶化程度，进而提高产品性能，使真空快淬在技术层面迭代，并以此技术为依托，实现其他难加工材料体系的短流程、净终成型，扩大真空快淬技术的应用领域，急待开展研究。

低熔点液态金属为不定型、可流动的金属(或合金)材料，具有远高于水、空气及许多非金属介质的热导率，其导热系数是水的60～70倍，液态金属的沸点高达2000℃，抗击极端温度的能力非常突出。因此液态金属相对传统水冷可实现更加高效的热量输运及极限散热能力。液态金属独特的热物理性质，不仅可在高性能服务器、台式机、工控机、笔记本电脑以及通讯基站的芯片热管理中获得广泛应用，而且还将在诸多关键领域扮演不可或缺的角色，如：先进能源领域(工业余热利用、太阳能热发电、聚焦光电池冷却、燃料电池等)、航空热控领域(卫星、热防护)、光电器件领域(如投影仪、功率电子设备等)、LED照明领域以及近年来发展迅速的微/纳电子机械系统、生物芯片以及电动汽车等，产业应用价值巨大。基于液态金属独特的材料学及热物理性质，其必将在工业界衍生出系列崭新方法、应用和产品，其可望在工业、民用领域发挥出巨大的作用。例如，中国发明专利申请No。201910462161.5公开了‘一种低凝固点高导热高导电液体及其制备方法’，其成分按原子百分比计为，73-82at％镓、12-14at％铟和4-15at％锡。该液体制备方法简便，在常温环境中能稳定保持液态，具有凝固点低、熔点低、沸点高、电阻率小、导电性好、热导率高、不挥发、流动性好、不易燃易爆和无毒环保等优良特性，作为冷却液在高温合金定向凝固和计算机散热系统上有着广阔的应用前景，也适合替代水银作为倾侧开关的导电介质，但是其用于真空快淬冷却设备中的技术方案，至今未见报道。

发明内容

针对目前真空快淬冷却系统存在的问题，本发明的目的是提供一种利用液态金属进行强制冷却的真空快淬冷却系统，大幅提高系统整体的冷却能力，实现非晶态带材、鳞片成形过程中非晶化程度的大幅提高，结合真空快淬技术为一些难加工材料体系，提供一种短流程、净终成型工艺，扩大真空快淬技术的应用领域。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种利用液态金属进行强制冷却的真空快淬冷却系统，包括冷却辊1、磁力泵4、温度控制系统5、液态金属槽6和散热器8；

所述冷却辊1由外部铜套和内部芯桶构成，外部铜套与内部芯桶之间具有用于液态金属流动的环形间隙；