柱体狭缝式液态搅拌装置及铝碳复合材料的制备方法、应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及铝碳复合材料的制备技术领域，尤其涉及一种柱体狭缝式液态搅拌装置及铝碳复合材料的制备方法、应用。所述搅拌装置的结构为：加热保温装置和制备室均为具有腔室且上端开口的结构；止动板为长条形板状结构，止动板的上部分固定在环形支架的内侧，环形支架固定在升降台的下表面上，搅拌柱体的上端固定在升降台上，下端延伸至止动板处，且搅拌柱体的侧壁与止动板的侧边相切；驱动装置固定在升降台的上表面上用于驱动搅拌柱体转动；升降装置用于控制升降台升降。该搅拌装置中的柱体狭缝式搅拌可实现整个铝液范围内无死角的均匀搅拌，有助于增强体颗粒打开并随铝液的流动均匀分散到铝液中，实现碳材料在铝液中的均匀分布。

【技术实现步骤摘要】
柱体狭缝式液态搅拌装置及铝碳复合材料的制备方法、应用
本专利技术涉及铝碳复合材料的制备
，尤其涉及一种用于制备铝碳复合材料的柱体狭缝式液态搅拌装置及铝碳复合材料的制备方法、应用。
技术介绍
本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。铝合金虽然具有优异的力学性能，同时具有良好的导电性与导热性，但随着应用场景的复杂化，对材料的性能也要求越来越高，单纯的铝合金材料已经很难满足很多特定场景下的应用。复合化是提高金属材料性能并推进金属材料应用到更广泛领域的有效手段，以石墨烯为代表的碳材料(还有碳纳米管、碳纤维、石墨颗粒等)可以作为纯铝及铝合金的一种理想增强相来进一步提高铝合金的综合性能，铝碳复合材料可以应用到更广泛的领域中。目前，铝碳复合材料的制备存在一些技术难题，一是碳材料(如石墨烯、碳纳米管、碳纤维、石墨颗粒等)容易在铝基体(如纯铝、锻造铝合金、铸造铝合金等)中发生团聚：如石墨烯与碳纳米管作为纳米材料其本身分散性较差，在铝基体中，极易产生团聚问题。二是界面化合物Al4C3的形成：铝碳复合材料的界面反应难以控制，容易形成Al4C3脆性化合物，破坏复合材料的力学等性能。三是碳材料与铝基体的润湿性差，不易形成较强的界面结合。铝碳复合材料的制备方法主要分为以粉末冶金为代表的固态法和以液态搅拌为代表的液态法。固态法的优点是通过球磨可以实现碳材料在铝基体中更好的分散性且界面结合好，成分易调控，可以实现碳材料含量的精确控制。而固态法的缺点在于工艺复杂、制备成本高、制备效率低、复合材料的尺寸受限大，因此以目前的技术水平难以工业化生产。对于液态搅拌法来说，其工艺流程简单、制备成本低、生产效率高、材料的尺寸不受限制，可以制备大型零件并实现工业化生产。但液态搅拌法存在的问题是：由于碳材料密度小于铝基体且纳米碳材料极易团聚，因此想要直接加入铝液内部并且实现纳米碳材料的均匀分散非常困难，并且还存在界面结合不好的问题。
技术实现思路
针对上述的问题，本专利技术提供了一种柱体狭缝式液态搅拌装置及铝碳复合材料的制备方法、应用，这种装置中的柱体狭缝式搅拌可实现整个铝液范围内无死角的均匀搅拌，有助于增强体颗粒打开并随铝液的流动均匀分散到铝液中，实现碳材料在铝液中的均匀分布。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。柱体狭缝式液态搅拌装置，包括：加热保温装置、制备室、止动板、环形支架、搅拌柱体、升降台、驱动装置和升降装置。所述加热保温装置和制备室均为具有腔室且上端开口的结构，所述加热保温装置用于制备室的加热和保温。所述止动板为长条形板状结构，止动板的上部分固定在所述环形支架的内侧，环形支架固定在升降台的下表面上，所述搅拌柱体的上端固定在升降台上，下端延伸至止动板处，且搅拌柱体的侧壁与止动板的侧边相切。所述驱动装置固定在升降台的上表面上用于驱动搅拌柱体转动，所述升降装置用于控制升降台升降，从而控制搅拌柱体和止动板进入或退出制备室，止动板进入制备室中时与制备室内壁自由贴合。进一步地，所述止动板数量为2～8片均匀分布在环形支架上，搅拌柱体与止动板之间的缝隙宽度可调，使用过程中缝隙宽度是稳定的。进一步地，所述止动板与环形支架之间通过弹性部件连接，保证在搅拌过程中止动板始终紧贴在转动的搅拌柱体的表面。可选地，所述弹性部件为金属弹簧。进一步地，所述止动板的材质包括陶瓷、不锈钢及其他具有一定刚度的耐高温材料等中的任意一种。进一步地，所述环形支架的材质包括陶瓷、不锈钢及其他具有一定刚度的耐高温材料等中的任意一种。进一步地，所述搅拌柱体的材质包括陶瓷、不锈钢及其他具有一定刚度的耐高温材料等中的任意一种。进一步地，所述搅拌柱体为圆柱形结构，所述环形支架为圆环形结构，所述搅拌柱体、环形支架、制备室三者同心设置。可选地，所述搅拌柱体的外径为制备室内径的0.2～0.6倍。进一步地，还包括用于封闭制备室的上端口的盖体。进一步地，所述驱动装置为电机，如三相异步电机等，所述搅拌柱体的上端与电机的输出轴固定连接，通过电机带动搅拌柱体旋转而实现搅拌。进一步地，还包括转速控制系统，其与驱动装置连接，用于调控驱动装置的转动速度。进一步地，所述升降装置包括底座、滑轨、滑块、滑轮、柔性连接线、配重和连接杆。其中，所述滑轨固定在底座上，所述滑块安装在滑轨上，所述滑轮固定在滑轨的顶端，所述柔性连接线安装在滑轮上，且柔性连接线的一端与配重连接，另一端与滑块连接，所述滑块与升降台之间通过连接杆实现固定连接。在本专利技术的第二方面，公开一种铝碳复合材料的制备方法，采用上述的柱体狭缝式液态搅拌装置执行，包括如下步骤：(1)将熔炼好的铝液移入制备室中，并通过加热保温装置使铝液保持在其液相线以上，然后通过升降装置调节搅拌柱体和止动板进入铝液中，并调节搅拌柱体5的转速至铝液中心出现漩涡。(2)将碳材质增强体加入铝液形成的漩涡中，然后封闭制备室的上端口，继续搅拌，完成后打开制备室的上端口，升起搅拌柱体和止动板，对得到的铝碳复合液表面进行扒渣，提出制备器将所述复合液浇注，即得。进一步地，步骤(1)中，将熔炼的方法为：将铝基体在感应炉中熔炼5-30min，并对铝液除渣除气，可选地，所述铝基体包括纯铝或铝合金。进一步地，步骤(1)中，保温时间为5～20min，保温温度为铝液相线以上20～100℃。进一步地，步骤(2)中，所述碳材质增强体包括石墨烯、碳纳米管、碳纤维、石墨颗粒等中的任意一种。可选地，所述碳材质增强体的加入方法包括：将待添加的碳材质增强体用铝箔包裹好，然后手持加粉装置送入铝液中。或者利用螺杆输送器添加碳材质增强体粉末。或者直接添加碳材质增强体与铝粉混合压块。进一步地，步骤(2)中，所述搅拌速率为500～2800rpm/min，时间2～10min。在本专利技术的第三方面，公开所述柱体狭缝式液态搅拌装置、铝碳复合材料的制备方法在电气行业、航空航天、工业等领域中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)采用传统的叶片搅拌方式时，金属液在制备室中流动过程中存在死角，尤其是在远离搅拌叶片的地方很难起到均匀搅拌的效果，导致增强体在金属液中难以均匀分散。而本专利技术采用的搅拌柱体与止动板之间形成的狭缝式搅拌，可以实现整个铝液范围内无死角的均匀搅拌。(2)搅拌柱体在旋转的过程中会将机械能传递给铝液，造成制备室中铝液的强制对流，从而达到增强体在铝液中均匀混合的目的。而搅拌柱体的转动会带动铝液流动并从止动板搅拌柱体间的狭缝通过，增强体会随着铝液从狭缝中通过，而止动板与圆柱之间由于圆柱的高速旋转会产生巨大的切应变，原本团聚在一起的增强体当通过狭缝时在切应变的作用下会逐渐分散，从而在这种切应变的作用下将团聚的在一起的增强体颗粒打开并随铝液的流动均匀的分散到铝液中，实现增强体在铝液中的均匀分布。附图说明构成本专利技术的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.柱体狭缝式液态搅拌装置，其特征在于，包括：加热保温装置、制备室、止动板、环形支架、搅拌柱体、升降台、驱动装置和升降装置；/n所述加热保温装置和制备室均为具有腔室且上端开口的结构，加热保温装置用于制备室的加热和保温；/n所述止动板为长条形板状结构，止动板的上部分固定在所述环形支架的内侧，环形支架固定在升降台的下表面上，所述搅拌柱体的上端固定在升降台上，下端延伸至止动板处，且搅拌柱体的侧壁与止动板的侧边相切；/n所述驱动装置固定在升降台的上表面上用于驱动搅拌柱体转动；/n所述升降装置用于控制升降台升降，从而控制搅拌柱体和止动板进入或退出制备室，止动板进入制备室中时与制备室内壁紧密贴合。/n

【技术特征摘要】
1.柱体狭缝式液态搅拌装置，其特征在于，包括：加热保温装置、制备室、止动板、环形支架、搅拌柱体、升降台、驱动装置和升降装置；
所述加热保温装置和制备室均为具有腔室且上端开口的结构，加热保温装置用于制备室的加热和保温；
所述止动板为长条形板状结构，止动板的上部分固定在所述环形支架的内侧，环形支架固定在升降台的下表面上，所述搅拌柱体的上端固定在升降台上，下端延伸至止动板处，且搅拌柱体的侧壁与止动板的侧边相切；
所述驱动装置固定在升降台的上表面上用于驱动搅拌柱体转动；
所述升降装置用于控制升降台升降，从而控制搅拌柱体和止动板进入或退出制备室，止动板进入制备室中时与制备室内壁紧密贴合。


2.根据权利要求1所述的柱体狭缝式液态搅拌装置，其特征在于，所述止动板为2-8片，其均匀分布在环形支架上；
或者，所述止动板与环形支架之间通过弹性部件连接，优选地，所述弹性部件为金属弹簧；
或者，所述驱动装置为电机，搅拌柱体的上端与电机的输出轴固定连接。


3.根据权利要求1所述的柱体狭缝式液态搅拌装置，其特征在于，所述止动板的材质包括陶瓷、不锈钢及中的任意一种；
或者，所述环形支架的材质包括陶瓷、不锈钢中的任意一种；
或者，所述搅拌柱体的材质包括陶瓷、不锈钢中的任意一种。


4.根据权利要求1所述的柱体狭缝式液态搅拌装置，其特征在于，所述搅拌柱体为圆柱形结构，环形支架为圆环形结构，且搅拌柱体、环形支架、制备室三者同心设置；优选地，所述搅拌柱体的外径为制备室内径的0.2～0.6倍。


5.根据权利要求1-4任一项所述的柱体狭缝式液态搅拌装置，其特征在于，还包括转速控制系统，其与驱动装置连接；
或者，还包括用于封闭制备室的上端口的盖体。


6.根据权利要求5所述的柱体狭缝式液态搅拌装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：田学雷，仇法文，张效夫，蔡武豪，郑洪亮，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37