一种基于冰模板法的自动化快速冷冻装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种基于冰模板法的自动化快速冷冻装置，包括液氮冷冻容器、加热圈、模具、升降运动组件以及控制系统箱，液氮冷冻容器的顶面设有冷冻入口，加热圈绕设于所述冷冻入口的上方，模具设置于升降运动组件上，升降运动组件可控制模具上下运动依次进入或离开加热圈以及液氮冷冻容器；控制系统箱与升降运动组件连接。本实用新型专利技术采用液氮冷冻容器，可提供高效的冷冻效率，大大缩减冷冻时间，节约生产成本；且液氮冷冻容器可提供零下一百多摄氏度的低温温度，可扩大与加热圈之间可调控的温度梯度，从而使得定向生长的冰晶更细化，结合楔形垫块的使用，确保了冰晶生长取向一致，进而可实现对样品的孔的形态、结构以及孔隙率进行有效的调控。进行有效的调控。进行有效的调控。

【技术实现步骤摘要】
一种基于冰模板法的自动化快速冷冻装置


[0001]本技术涉及多孔材料制备
，具体而言，涉及一种基于冰模板法的自动化快速冷冻装置。

技术介绍

[0002]自然界中的天然生物材料都是由生物体采用简单且性能并不突出的碳酸钙、二氧化硅等无机矿物与胶原蛋白、纤维素等有机质以自下而上的自组装方式复合而成，且往往是在相对温和的自然条件下复合。但复合得到的生物材料往往能表现出优异的综合力学性能与功能特性。例如，鲍鱼壳珍珠层主要是由脆的文石晶型的碳酸钙和微量的弱有机质组成，但在微观上将其以片层形式定向排列，并且在矿物之间的界面以有机质填充，得到的组织结构则具有裂纹偏转与桥连等高效的增韧机制，且这种组织结构在保留其矿物组分的高强度与高硬度性能的前提下，其断裂韧性也得到了近三个数量级的显著提升。因此，微观层状结构材料的研究得到了国内外众多研究人员的青睐。
[0003]其中，冰模板因其工艺简单、绿色环保，适用于不同种类材料，常被国内外研究人员用于微观层状结构材料的设计，但其缺点是耗时长、样品冷冻高度有限、冷冻温度不可控或不精确、冰晶尺寸和结构取向不易控制等。例如在美国科研工作者Etienne Munch发表文章
“ꢀ
Architectural Control of Freeze-Cast Ceramics Through Additives and Templating”中可以得知，氧化铝骨架材料由冷冻近端至远端，其孔隙率逐渐增大，且其片层结构取向随意分布，冷冻样品的高度也无法提高。此外，在名称为“一种基于冰模板法制备多孔陶瓷的定向凝固装置及方法”的中国专利（公开号为CN105541369A）中，也公开了一种采用一端制冷、一端制热的方式进行冷冻的设备和方法，其采用低温循环机、恒温槽调控和导热螺旋铜管来调控均匀温度场，并以电机和伺服机构控制模具的上、下移动以达到调控冷却速率的目的，通过调控温度梯度和抽拉速率来实现对浆料定向凝固的控制，但该专利公开的技术方案仍然存在以下问题：该专利采用的低温循环机冷冻效率低，样品凝固速率慢，造成耗时更长、耗能更大，增加了生产成本，且低温循环机的冷却温度最低仅仅为-40℃，可调温度梯度小，无法使定向生长的冰晶尺寸更加细化，使得冷冻出的样品片层粗大 ；且冰晶只有自下而上定向生长的温度梯度，无法调控冰晶在二维平面的生长取向，使得冰晶在二维平面的生长取向随机分布，其得到的片层结构杂乱无章，从而无法有效地调控样品内孔的形态、结构以及孔隙率等。
[0004]因此，现有技术存在缺陷，急需改进。

技术实现思路

[0005]本技术实施例的目的在于提供一种基于冰模板法的自动化快速冷冻装置，以解决现有的制备微观层状结构材料的冷冻装置冷冻效率低、可调温度梯度小和冰晶在二维平面的生长取向不一致的问题。
[0006]本技术实施例提供了一种基于冰模板法的自动化快速冷冻装置，其中，包括
液氮冷冻容器、加热圈、模具、升降运动组件以及控制系统箱，所述液氮冷冻容器的顶面设有冷冻入口，所述加热圈绕设于所述冷冻入口的上方，所述模具设置于所述升降运动组件上，所述升降运动组件可控制所述模具上下运动依次进入或离开所述加热圈以及所述液氮冷冻容器；所述控制系统箱与所述升降运动组件连接。
[0007]所述的基于冰模板法的自动化快速冷冻装置，其中，所述液氮冷冻容器的上部设有进液口和出液口，所述液氮冷冻容器的下部设有排液口。
[0008]所述的基于冰模板法的自动化快速冷冻装置，其中，所述液氮冷冻容器的上部还设有第一热电偶，所述第一热电偶的高度位置在所述进液口与所述出液口之间。
[0009]所述的基于冰模板法的自动化快速冷冻装置，其中，还包括升降台，所述液氮冷冻容器设置于所述升降台上。
[0010]所述的基于冰模板法的自动化快速冷冻装置，其中，所述加热圈的温控范围为20℃～100℃。
[0011]所述的基于冰模板法的自动化快速冷冻装置，其中，所述升降运动组件包括安装立柱、电机、导轨、滑块以及连接杆；所述安装立柱设置于所述液氮冷冻容器的一侧，所述电机设置于安装立柱上，所述导轨竖直设置于所述安装立柱上，所述滑块设于所述导轨上，并与所述电机连接，所述连接杆设置于所述滑块上，并与所述模具连接。
[0012]所述的基于冰模板法的自动化快速冷冻装置，其中，所述升降运动组件控制模具上下运动的速度范围为0.1mm/min～10mm/min。
[0013]所述的基于冰模板法的自动化快速冷冻装置，其中，所述模具为两端通孔的四方管，所述四方管的管壁厚度为三厚一薄。
[0014]所述的基于冰模板法的自动化快速冷冻装置，其中，所述四方管的底端封装有可拆卸的楔形垫块，所述楔形垫块的最低端对应安装在所述模具的薄壁面。
[0015]所述的基于冰模板法的自动化快速冷冻装置，其中，所述模具内设有第二热电偶，所述第二热电偶的起始置于所述楔形垫块的最低端位置，且所述第二热电偶不跟随所述模具上下移动。
[0016]有益效果：本技术实施例采用液氮冷冻容器，可对模具进行快速冷冻，提供高效的冷冻效率，大大缩减冷冻时间，节约生产成本；且液氮冷冻容器可提供零下一百多摄氏度的低温温度，其作为制冷端，可扩大与作为加热端的加热圈之间可调控的温度梯度，从而使得定向生长的冰晶更细化；且模具的底部设有楔形垫块，通过楔形垫块低端至高端的高度差，模具内可形成一个由低端至高端的温度梯度，结合液氮冷冻容器形成的一个自下而上的温度梯度，两个温度梯度共同限制了冰晶在二维平面的随机取向生长，从而使得冰晶的定向生长高度一致，进而可实现对样品的孔的形态、结构以及孔隙率进行有效的调控，获得质量更高的样品。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0018]图1 是本技术实施例的一种基于冰模板法的自动化快速冷冻装置的结构示意图。
[0019]图2是本技术实施例的一种基于冰模板法的自动化快速冷冻装置所用模具的结构示意图。
[0020]图3是本技术实施例的一种基于冰模板法的自动化快速冷冻装置所用液氮冷冻容器的截面结构示意图。
[0021]图4为利用本技术实施例的一种基于冰模板法的自动化快速冷冻装置制备的微观上具有仿生片层结构的氧化锆材料的结构示意图。
[0022]附图标记说明：1、控制系统箱；2、升降运动组件；3、第二热电偶；4、模具；41、四方管；42、楔形垫块；5、液氮补液容器；6、液氮储存容器；7、升降台；8、液氮冷冻容器；81、进液口；82、出液口；83、排液口；84、第一热电偶；9、加热圈。
具体实施方式
[0023]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于冰模板法的自动化快速冷冻装置，其特征在于，包括液氮冷冻容器、加热圈、模具、升降运动组件以及控制系统箱，所述液氮冷冻容器的顶面设有冷冻入口，所述加热圈绕设于所述冷冻入口的上方，所述模具设置于所述升降运动组件上，所述升降运动组件可控制所述模具上下运动依次进入或离开所述加热圈以及所述液氮冷冻容器；所述控制系统箱与所述升降运动组件连接。2.根据权利要求 1 所述的基于冰模板法的自动化快速冷冻装置，其特征在于，所述液氮冷冻容器的上部设有进液口和出液口，所述液氮冷冻容器的下部设有排液口。3.根据权利要求 2 所述的基于冰模板法的自动化快速冷冻装置，其特征在于，所述液氮冷冻容器的上部还设有第一热电偶，所述第一热电偶的高度位置在所述进液口与所述出液口之间。4.根据权利要求 1 所述的基于冰模板法的自动化快速冷冻装置，其特征在于，还包括升降台，所述液氮冷冻容器设置于所述升降台上。5.根据权利要求1所述的基于冰模板法的自动化快速冷冻装置，其特征在于，所述加热圈的温控范围为20℃～100℃。6.根据权利要求1所述的基于冰模...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘增乾，张健，张哲峰，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：新型
国别省市：