下落型静电悬浮炉制造技术

一种利用产生于电极之间的电场使带电试样处于悬浮状态并对试样进行热处理的下落型静电悬浮炉，其中，可抽成真空的下落管垂直地连接在炉体的下侧以允许试样经由该下落管下落，且包括具有加热激光束的光束照射光学系统。这导致了这样的试验结果，其中，利用具有较简单构造的炉充分排除了电场和重力的影响，还能够以高实验环境显著降低成本。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种利用产生于电极之间的电场使带电试样处于悬浮状态并对该试样进行热处理的下落型静电悬浮炉。
技术介绍
通常，静电悬浮炉包括位于可抽成真空的封闭空间内的一对电极和光学系统，该光学系统利用在封闭空间外部会聚并引入该封闭空间内部的激光束来照射悬浮于电极之间的试样，此炉使封闭空间内为真空、利用产生于电极之间的电场使带电试样悬浮、并利用激光束照射该试样以无接触地进行热处理。为实现对试样的更好热处理，这种静电悬浮炉优选在包括微重力条件在内的失重环境下使用。作为产生失重环境的方式，例如，把静电悬浮炉安装在宇宙飞船或者航空器上，以及采用使该炉自由下落的下落塔。然而，当采用为静电悬浮炉生成失重环境的方式之一的航空器时，该炉的重力水平为10-2G左右，此重力不一定满足失重环境。当采用宇宙飞船或下落塔时，该炉的重力水平为10-3G左右，与采用航空器相比，此重力满足失重环境，然而这种情况具有一些问题，即，装置变得庞大和需要大量成本，以及一边改变参数、一边进行多次试验具有难度。
技术实现思路
本专利技术是考虑到上述传统方式完成的。本专利技术目的是提供这样一种下落式静电悬浮炉，其具有比较简单的构造、在地面上生成充分的失重环境、以及显著减少成本。本专利技术的下落式静电悬浮炉的一个方面是一种利用产生于电极之间的电场使带电试样处于悬浮状态并对所述试样进行热处理的静电悬浮炉，此炉带有下落管，该下落管可抽成真空且垂直地连接在炉体的下侧，以允许炉体的内侧与下落管的内侧连通以及允许试样经由下落管下落。另外，在本专利技术的下落型静电悬浮炉的另一方面中，从炉体上侧引入的激光束用作试样的热源，下电极带有光束照射光学系统，该光束照射光学系统利用由其引来的激光束照射试样，且下电极设置在可经由下落管下落的位置，以及提供有在切断对下电极的通电的同时释放该下电极的电极保持器。另外，在本专利技术的下落型静电悬浮炉的另一方面中，下电极带有设在其下侧且允许试样通过的开口，并且，用于接收下电极的电极接收器和用于在比该电极接收器更低的位置接收试样的试样接收器设在下落管的下端处。另外，在本专利技术的下落型静电悬浮炉的另一方面中，下落管带有把该下落管的内部空间分隔为上部空间和下部空间的门阀，真空泵设在该上部空间和下部空间的每个中。附图说明 图1A，1B和1C是表示本专利技术的下落式静电悬浮炉的一个实施例的示意图。图1A是表示热处理初始状态的该炉的剖面图。图1B是表示试样和下电极正下落状态的该炉的剖面图。图1C是表示试样和下电极已下落状态的该炉的剖面图。具体实施例方式图1A，1B和1C是表示本专利技术的下落式静电悬浮炉的一个实施例的示图。在图1A所示的下落式静电悬浮炉1中，可抽成真空的下落管3垂直地与炉体2的下侧连接，以允许该炉体2的内部与下落管3的内部连通以及还允许试样A经由该下落管3的内部无接触地下落。除与下落管3的连接部以外，炉体2形成封闭空间4，该封闭空间4带有垂直面对的上电极5和下电极6，尽管以下图中未表示，但此炉带有两或更多个进入口且可安装有各种设备，例如，试样A的供应设备、位置检测器和温度测量设备，以及该试样A的图像的照相器和照明器。静电悬浮炉1带有图示以外的激光振荡器。从炉体2上侧垂直引入的多于一束的激光L用作试样A的热源。下电极6一体地带有光束照射光学系统7，该系统7把从炉体上侧引入的多束激光会聚并照射到位于该炉体中央的试样A上，且下电极6被设置成可经由下落管3与试样A一起无接触地下落并利用电极保持器8保持。下电极6在其中央处具有允许试样A通过的开口9。光束照射光学系统7包括凹面会聚反射镜或者反射镜和会聚透镜的组合，其水平反射从炉体2上侧引入的多束激光并集中会聚到试样A上以均匀地加热该试样A。电极保持器8在炉体2内保持下电极6位于下落管3的正上方，且具有在释放该下电极6的同时切断对该下电极6的通电的功能。下落管3能够调节至适当长度以确保通过下落试样A在预定时间内为试样A生成失重环境，且在其下部带有用于接收下落的下电极6的环状电极接收器10、用于在比该电极接收器10更低的位置接收下落的试样A的试样接收器11、以及下落的试样A和下电极6经由其取出到外部的气密门12。例如，减震片可应用于电极接收器10和试样接收器11，以缓和下电极6和试样A的下落冲击。如后所述，在试样A受到无定形化的情况中，试样接收器由刚性材料例如金属形成，以便该试样A撞击试样接收器11，从而使该试样A迅速地冷却和凝固。下落管3在其下端附近带有把该下落管的内部空间气密地分隔为上部空间和下部空间的门阀13。上部空间14A和下部空间14B中的每个在其各自的内部空间里带有真空泵15A和15B。上述电极接收器10和试样接收器11设在下部空间14B里。尽管图中未表示，但空间14A和14B中的每个都带有真空指示器。带有上述组件的下落型静电悬浮炉1基本具有下落管与炉体下侧连接的较简单设备构造，且对其安装位置几乎无任何限制以允许安装在各种设置场所例如企业、研究所和学校。另外，与利用宇宙飞船、航空器或者下落塔的情况相比，此炉能够显著地降低成本，并且能够如下所述获得充分的失重环境。具体的，下落型静电悬浮炉1启动至少一个真空泵15A和15B，以把炉体2和下落管3的内侧抽成真空例如近似10-4托。自然，当使两个真空泵15A和15B都运行时，能够在更短的时间里形成真空。随后，在静电悬浮炉1内，使试样A带电。接着，利用产生于上电极5与下电极6之间的电场使带电试样A处于悬浮状态，并利用多束激光L对该试样A进行热处理。当试样A已通过加热而正好熔融之后，在释放电极保持器8对下电极6的保持时，该下电极6不与下落管3的内壁接触地下落。由于电极保持器8在释放下电极6的同时切断对该电极的通电，所以电场消失，试样A落到下落管3内，同时，下落管内是真空的，因此下电极6和试样A在保持相互位置关系的同时以相同速度下落。通过按照这种方式使试样A自由下落，能够提供重力水平近似10-3G或更低水平的充分失重环境。另外，由于静电悬浮炉1具有多于一束激光L从炉体2上侧引入的结构且带有一体承载在下电极6上的光束照射光学系统7，所以如图1B所示，当该下电极6和试样A正下落时，多于一束激光L集中地持续照射在该试样A上。也就是说，试样A不受电场影响、在真空环境中、由下落导致的失重环境下、无任何接触地被均匀加热。因为传统技术的静电悬浮炉持续形成电场以控制悬浮试样的位置，所以即便在失重环境下，经熔融的试样也会朝向该电场变形。因而，在试样熔融和凝固时，难以避免电场的影响。相反，静电悬浮炉1能够完全排除电场的影响，并能够保持试样A处于熔融状态直至该试样完全不受电场和重力的影响，以使此炉能够满意地执行该试样A的熔融和凝固。随后，在静电悬浮炉1中，如图1C所示，正好在电极接收器10接收下电极6之前停止激光束L的发射，随后利用试样接收器11接收通过该下电极6的开口9的试样A。由此，试样A在其正好到达试样接收器11之前被持续加热，并依靠重力投向试样接收器11以被薄薄地压扁，然后迅速地冷却和凝固该试样A以无定形化。此时，利用被设置得高于试样接收器11的电极接收器10和被设置得较低的试样接收器11使下电极与试样A分离，所以熔融试样A不附着在下电极6上。图1C所示的试样A不代表变形试本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种下落型静电悬浮炉，其利用产生于电极之间的电场使带电试样处于悬浮状态并对被悬浮的所述试样进行热处理，其中，可抽成真空的下落管垂直地连接在炉体的下侧，以允许所述炉体的内侧与所述下落管的内侧连通以及允许所述试样经由所述下落管下落。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：旭广明，玉置英彦，
申请(专利权)人：飞机梦技术株式会社，石川岛播磨重工业空间技术株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]