一种超重力环境下材料高温定向凝固实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种超重力环境下材料高温定向凝固实验装置，具备：具有第一实验单元、和第二实验单元的离心机单元；安装于第一实验单元的安瓿单元；温控单元；和控制单元；安瓿单元具备：具有中空内腔的安瓿套管、嵌套安装于安瓿套管内侧底部的副加热组件、安装于副加热组件上部开口处的可熔融基材仓，放置于可熔融基材仓的中空内腔内的可熔融基材，嵌套入安瓿套管和可熔融基材仓内部的坩埚管、以及设于安瓿套管与坩埚管之间的主加热组件；可熔融基材熔融后流入下方的副加热组件的中空内腔中。根据本实用新型专利技术，可以在不使用齿轮丝杆等机械传动机构以及电机等外设而简单方便地实现样品材料在超重力条件下的定向凝固。

An Experimental Device for High Temperature Directional Solidification of Materials in High Gravity Environment

【技术实现步骤摘要】
一种超重力环境下材料高温定向凝固实验装置
本技术涉及超重力环境下材料高温定向凝固研究
，具体涉及一种超重力环境下材料高温定向凝固实验装置。
技术介绍
定向凝固是在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属样未凝固熔体中建立起沿特定方向的温度梯度，从而使熔体在气壁上形核后沿着与热流相反的方向，按要求的结晶取向进行凝固的技术。定向凝固技术的最大优势在于，其制备的合金材料消除了基体相与增强相相界面之间的影响，有效地改善了合金的综合性能。同时，该技术也是学者们研究凝固理论与金属凝固规律的重要手段。该技术最初是在高温合金的研制中建立并完善起来的。采用、发展该技术最初是用来消除结晶过程中生成的横向晶界，从而提高材料的单向力学性能。定向凝固技术对金属的凝固理论研究与新型高温合金等的发展提供了一个极其有效的手段。与通常材料的单纯性凝固和铸造不同，定向凝固实验的实现，都需要通过电机、机构等外设实现下降或温场移动来达到定向凝固的实验目的，而在超重力环境下使用电机和机构的工程难度极大，并且离心机组件中的空间也有限。目前在离心机所产生的超重力环境下已经实现了材料单纯性凝固，却很难实现可控的材料定向凝固的科学实验，但如上述，定向凝固实验本身对材料学研究有着重大意义。
技术实现思路
技术要解决的问题：针对上述问题，本技术的目的在于提供一种不使用外部设备而在超重力环境下能可控地进行材料高温定向凝固实验的装置。解决问题的技术手段：本技术提供一种超重力环境下材料高温定向凝固实验装置，具备：具有第一实验单元、和与第一实验单元镜像配重的第二实验单元的离心机单元；安装于所述第一实验单元的安瓿单元；控制装置温度的温控单元；和对所述温控单元和所述离心机单元进行控制的控制单元；所述安瓿单元具备：具有中空内腔的安瓿套管、嵌套安装于所述安瓿套管内侧底部且具有中空内腔的副加热组件、安装于所述副加热组件上部开口处且具有中空内腔的可熔融基材仓，放置于所述可熔融基材仓的中空内腔内的可熔融基材，嵌套入所述安瓿套管和所述可熔融基材仓内部且与可熔融基材的上端面抵接的坩埚管、以及设于所述安瓿套管与所述坩埚管之间的主加热组件；所述可熔融基材熔融后流入下方的所述副加热组件的中空内腔中。根据本技术，提供了一种超重力环境下使材料高温定向凝固的实验装置，通过对材料实验样品所用的安瓿单元进行系统性改进，以安瓿套管为外部支撑构件，将主加热组件、副加热组件、坩埚管、可熔融基材仓等组件整合为一体，形成该实验装置的主体部分，从而可以在不使用齿轮丝杆等机械传动机构以及电机等外设而简单方便地实现样品材料在超重力条件下的定向凝固。因此，解决了在超重力下无法通过常规手段进行材料定向凝固的实验、有着非常重要的科学意义。也可以是，本技术中，所述主加热组件包括：主加热件、缠绕于所述主加热件上的主加热电阻丝和主加热控温热电偶；所述副加热组件包括：副加热件、缠绕于所述副加热件上的副加热电阻丝和副加热控温热电偶。由此，可以形成两套独立控制的加热系统，对在超重力环境下实现定向凝固实验提供了关键的系统支持。也可以是，本技术中，所述安瓿套管上，分别在与所述主加热组件和所述副加热组件相对应的位置上形成有用于引出加热电阻丝电极的孔和用于安装热电偶的孔。也可以是，本技术中，所述安瓿套管由高纯氧化铝或增韧氧化锆材料形成。由此，以上材料制作的安瓿套管可以在超重力和高温同时作用的苛刻实验环境下，依然对加热系统和实验样品提供有效地保护。也可以是，本技术中，所述可熔融基材仓底部开设有与所述副加热组件的中空内腔连通的漏管孔，且所述可熔融基材仓为双圆角封底结构。由此，双圆角封底结构可以形成一种类似拱顶的结构分散在超重力环境下所产生的自身压力，并且底部漏管孔可以按照仿真计算开设从0.1mm~5mm不等的孔径，有利于按照材料科学实验要求通过孔径的大小来调节样品移除高温区的速度。也可以是，本技术中，所述可熔融基材为高强度耐压玻璃，抗压强度为650~1900Mpa。由此，既能符合超重力下的力学要求，又具有加热后易从底部开始软化或熔化的特性，并且实验后可以重新熔化再次利用，重复利用率高。也可以是，本技术中，所述主加热件和所述副加热件为高纯氧化铝，所述主加热电阻丝和所述副加热电阻丝为钨铼、钨、钼、或铂铑合金。由此，能在超重力环境下体现出优异的力学性能，并且高温难熔金属作为发热体其寿命也能达到数千小时，可靠性高。也可以是，本技术中，所述主加热控温热电偶和所述副加热控温热电偶为铂铑40或钨铼热电偶。也可以是，本技术中，所述坩埚管为高纯氧化铝，且下端进行加厚加工。由此，加厚的底部具有隔热功能，从而在实验过程中能消除对可熔融基材进行高温加热时所带来的影响，并且在实验过程中对液化的材料所产生的液压起到一定支撑作用。本技术提供一种超重力环境下材料高温定向凝固实验方法，在预定的超重力场下，先通过所述主加热组件对所述坩埚管中的所述材料进行加热，在达到设定温度后，再通过所述副加热组件对所述可熔融基材仓中的所述可熔融基材进行加热使其可控熔化，熔融后的所述可熔融基材在重力影响下流入下侧的腔体内，所述坩埚管随之逐渐下移，从而局部离开高温区的所述材料实现定向凝固。根据本技术，在离心机工作状态下，达到预设的重力值后，通过温控单元控制主加热组件加热试验样品材料，在材料达到设定温度后，通过温控单元开启副加热组件，可熔融基材仓中的可熔融基材由底部开始逐渐熔化，熔化的可熔融基材在重力的影响下流出，材料也随之下移从而局部离开主加热组件的高温区，实现在超重力下材料可控定向凝固。技术效果：本技术能提供一种不使用外部设备而在超重力环境下能可控地进行材料高温定向凝固实验装置。附图说明图1是根据本技术的实验装置的实验状态下的结构示意图；图2是根据本技术的实验装置的安瓿单元的结构剖视图；符号说明：1安瓿套管；2主加热件；3主加热电阻丝；4主加热控温热电偶；5坩埚管；6实验对象材料；7可熔融基材仓；8可熔融基材；9副加热件；10副加热电阻丝；11副加热控温热电偶；12保温隔热组件；13吊篮；14工字臂；15吊篮轴；16加热丝电极总线；17导电滑环；18第二实验单元；19热电偶电极总线；20温控单元；21导电滑环输出总线；22控制单元；23第一实验单元。具体实施方式以下结合下述实施方式进一步说明本技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本技术，而非限制本技术。在各图中相同或相应的附图标记表示同一部件，并省略重复说明。同时，以下实施形态只用于对本技术进行进一步说明，不能理解为对本技术保护范围的限制，本领域的技术人员根据本技术的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本技术的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。在此公开一种定向凝固实验装置，图1是根据本技术的实验装置的实验状态下的结构示意图，图2是根据本技术的实验装置的安瓿单元的结构剖视图。如图1所示，实验装置具备离心机单元A、安瓿单元B、温控单元20和控制单元22。其中，离心机单元A具备安装有安瓿单元B的第一实验单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超重力环境下材料高温定向凝固实验装置，其特征在于，具备：具有第一实验单元、和与第一实验单元镜像配重的第二实验单元的离心机单元；安装于所述第一实验单元的安瓿单元；控制装置温度的温控单元；和对所述温控单元和所述离心机单元进行控制的控制单元；所述安瓿单元具备：具有中空内腔的安瓿套管、嵌套安装于所述安瓿套管内侧底部且具有中空内腔的副加热组件、安装于所述副加热组件上部开口处且具有中空内腔的可熔融基材仓，放置于所述可熔融基材仓的中空内腔内的可熔融基材，嵌套入所述安瓿套管和所述可熔融基材仓内部且与可熔融基材的上端面抵接的坩埚管、以及设于所述安瓿套管与所述坩埚管之间的主加热组件；所述可熔融基材熔融后流入下方的所述副加热组件的中空内腔中。

【技术特征摘要】
1.一种超重力环境下材料高温定向凝固实验装置，其特征在于，具备：具有第一实验单元、和与第一实验单元镜像配重的第二实验单元的离心机单元；安装于所述第一实验单元的安瓿单元；控制装置温度的温控单元；和对所述温控单元和所述离心机单元进行控制的控制单元；所述安瓿单元具备：具有中空内腔的安瓿套管、嵌套安装于所述安瓿套管内侧底部且具有中空内腔的副加热组件、安装于所述副加热组件上部开口处且具有中空内腔的可熔融基材仓，放置于所述可熔融基材仓的中空内腔内的可熔融基材，嵌套入所述安瓿套管和所述可熔融基材仓内部且与可熔融基材的上端面抵接的坩埚管、以及设于所述安瓿套管与所述坩埚管之间的主加热组件；所述可熔融基材熔融后流入下方的所述副加热组件的中空内腔中。2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述主加热组件包括：主加热件、缠绕于所述主加热件上的主加热电阻丝和主加热控温热电偶；所述副加热组件包括：副加热件、缠绕于所述副加热件上的副加热电阻丝和副加热控温热电偶。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖立君，艾飞，汤美波，潘秀红，温海琴，张明辉，邓伟杰，陈锟，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：新型
国别省市：上海,31