一种无源高电压电离装置及过冷离子堆积体的制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种无源高电压电离装置及过冷离子堆积体的制备方法，属于铸造技术领域，解决了现有的过共晶铸铁存在严重的脆性，导致根本无法应用的问题。该无源高电压电离装置包括磁场、导电框、坩埚以及导电接触压头；所述坩埚置于真空环境中，其内放置原料棒，所述原料棒的一端与所述坩埚的底壁抵接，另一端与所述导电接触压头抵接；所述磁场能够运动，以使所述原料棒能够切割所述磁场的磁力线；所述原料棒中原子的核外电子因该强静电场而能够转移到所述导电框中，进而得到高密度堆积体。本发明专利技术消除了过共晶铸铁的脆性，得到了兼具高韧性、高比强度、高内耗性能和低材料成本的材料。高内耗性能和低材料成本的材料。高内耗性能和低材料成本的材料。

【技术实现步骤摘要】
一种无源高电压电离装置及过冷离子堆积体的制备方法


[0001]本专利技术涉及铸造
，尤其涉及一种无源高电压电离装置及过冷离子堆积体的制备方法。

技术介绍

[0002]在铸造材料领域，过共晶铸铁因其严重的脆性而无法应用，如果脆性问题解决了，因其最高的含碳量，强度高、比重轻就都不是问题了，而且因作为铸铁，被公认的内耗性能又是最好的，因此具有很好的应用前景。在航天领域，要求航天结构材料的比强度越高越好。为了提高材料的比强度，目前采用的是铝基、镁铝基合金，但这类材料都存在内耗性能差的缺点。与铝基、镁铝基合金相比，铸铁的材料成本是低到可以忽略不计的程度。

技术实现思路

[0003]鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种无源高电压电离装置及过冷离子堆积体的制备方法，用以解决现有的过共晶铸铁存在严重的脆性，导致根本无法应用的问题。
[0004]本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0005]一方面，本专利技术提供了一种无源高电压电离装置，包括磁场、导电框、坩埚以及导电接触压头；所述坩埚置于真空环境中，其内放置原料棒，所述原料棒的一端与所述坩埚的底壁抵接，另一端与所述导电接触压头抵接；所述磁场能够运动，以使所述原料棒能够切割所述磁场的磁力线；所述原料棒中原子的核外电子能够转移到所述导电框中。
[0006]可选地，还包括真空室和真空抽气机组；所述真空抽气机组与抽气管道连接，所述真空室上设有开口，所述开口与所述抽气管道连接。
[0007]可选地，还包括第一磁体履带和第二磁体履带，所述第一磁体履带和所述第二磁体履带相互平行，且间隔设置，所述真空室位于所述第一磁体履带和第二磁体履带所形成的N～S磁场内。
[0008]可选地，还包括用于驱动所述第一磁体履带和所述第二磁体履带转动的转轴，所述转轴贯穿所述第一磁体履带和所述第二磁体履带，即所述第一磁体履带和所述第二磁体履带的承载轮同轴。
[0009]可选地，所述导电接触压头包括相互连接的第一柱体和第二柱体，所述第二柱体的下表面与所述原料棒抵接。
[0010]可选地，所述导电框包括相互平行的上导电框和下导电框，以及连接所述上导电框和所述下导电框的侧导电框；所述上导电框上设有用于容纳所述导电接触压头的台阶孔，所述下导电框上设有用于安装所述坩埚的安装槽。
[0011]可选地，在垂直于所述上导电框的方向上，所述真空室的高度大于等于所述侧导电框的高度；在平行于所述上导电框的方向上，所述真空室的长度大于所述上导电框和所述下导电框的宽度。
[0012]可选地，所述上导电框和所述下导电框的一部分位于所述真空室内。
[0013]可选地，包括直线布置的双磁体阵列，所述双磁体阵列之间的区域为N～S磁场，所述坩埚置于承载滑车上，所述承载滑车沿着所述双磁体阵列之间的区域直线前进，使得所述坩埚内的原料棒切割所述N～S磁场的磁力线。
[0014]另一方面，本专利技术还提供了一种过冷离子堆积体的制备方法，采用上述的无源高电压电离装置制备得到，包括如下步骤：
[0015]在导电框上安装坩埚和导电接触压头；
[0016]在坩埚中放置原料棒；
[0017]对真空室抽真空；
[0018]驱动磁场运动；
[0019]使磁场停止运动，解除真空状态，得到过冷离子堆积体。
[0020]可选地，沿磁体履带的宽度方向，所述第一磁体履带和所述第二磁体履带均为一端为N极，另一端为S极，并且所述第一磁体履带和所述第二磁体履带靠近所述坩埚的一端的磁极相反。
[0021]可选地，所述台阶孔包括用于容纳所述第一柱体的第一孔和用于容纳所述第二柱体的第二孔，所述第一柱体的直径大于所述第二孔的孔径，并且所述第二柱体的直径等于所述第二孔的孔径。
[0022]与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
[0023](1)本专利技术通过设置能够运动的第一磁体履带和第二磁体履带，并通过将真空室(其内设有放置原料棒的坩埚)设于第一磁体履带和第二磁体履带所形成的磁场之间，实现了原料棒切割第一磁体履带和第二磁体履带形成的磁场的磁力线的效果，在原料棒内产生电流，使得原料棒能够因电阻热而熔化为原料液，因为原料液的液面低于原料棒的高度，所以原料液与导电接触压头脱离接触而断电，由于断电后的液仍然在切割磁力线，因而其内部虽然没有电流，但仍会产生高电压(即所述的无源高电压)，在该高电压的强静电场作用下该原料液的原子被电离。由于已经没有了电流，也就没有了电阻热，因此该原料液将会冷却凝固结晶。由于在原料液中原子的结晶成键电子已经部分或全部被通过坩埚底部以及导电框排斥在原料液之外，因此，结晶温度将会降至更低，从而形成高度致密的过冷凝固组织，甚至是离子堆积体，也就是无核外电子的原子核堆积物。在本专利技术中，就会是被电离的过共晶铁合金液体在没有了电流、失去了电阻热之后，凝固堆积成为铁、碳及其附加合金元素的致密堆积体，甚至是原子核堆积体，也就是所说的离子堆积体。
[0024](2)本专利技术通过设置导电框能够使原料液中原子电离的电子通过坩埚被排斥到导电框中，坩埚内的原料液冷却形成的凝固物实际上是原子核的堆积体。并且在第一磁体履带和第二磁体履带停止转动后被排斥到导电框中的电子重新回到坩埚内的原子核堆积体内，因此形成该物质致密度最高的形式，得到的过共晶铸铁(因其碳含量高，所以轻、且铸铁是公认的内耗性能最好的结构材料。)不仅具有高韧性(克服了脆性问题)，而且具有高比强度和高内耗性能，是一种综合性能优异的甚至是有可能能够用于航空、航天装备的结构材料。
[0025](3)本专利技术通过将导电框设置为包括相互平行的上导电框和下导电框，以及连接上导电框和下导电框的侧导电框，并通过在上导电框上设置用于容纳导电接触压头的台阶孔，在下导电框上设置用于安装坩埚的安装槽，提高了坩埚位于上导电框和下导电框之间
的牢固度。
[0026](4)本实施例通过将导电接触压头设置为包括相互连接的第一柱体和第二柱体，将台阶孔设置为包括用于容纳第一柱体的第一孔和用于容纳第二柱体的第二孔，并通过将第一柱体的直径控制为大于第二孔的孔径，使得原料棒开始熔化为液态时导电接触压头随原料棒熔化下降的同时也与台阶孔壁保持接触且滑动下降，因而始终保持原料棒有电流通过，直至原料棒完全熔化，该导电接触压头才会脱离接触而断电。
[0027](5)采用本专利技术的无源高电压电离装置制备得到的材料同时具有高内耗、高比强度和高韧性，是一种综合性能优异的有望适用于航空、航天装备的结构材料。本专利技术的无源高电压电离装置和制备方法可以使过共晶铸铁走向应用，也为航天材料获得高比强度同时也具备高内耗性能开辟了新的路径。
[0028]本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。
附图说明
[0029]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无源高电压电离装置，其特征在于，包括磁场、导电框、坩埚以及导电接触压头；所述坩埚置于真空环境中，其内放置原料棒，所述原料棒的一端与所述坩埚的底壁抵接，另一端与所述导电接触压头抵接；所述磁场能够运动，以使所述原料棒能够切割所述磁场的磁力线；所述原料棒中原子的核外电子能够转移到所述导电框中。2.根据权利要求1所述的无源高电压电离装置，其特征在于，还包括真空室和真空抽气机组；所述真空抽气机组与抽气管道连接，所述真空室上设有开口，所述开口与所述抽气管道连接。3.根据权利要求2所述的无源高电压电离装置，其特征在于，还包括第一磁体履带和第二磁体履带，所述第一磁体履带和所述第二磁体履带间隔设置，所述真空室位于所述第一磁体履带和第二磁体履带所形成的N～S磁场内。4.根据权利要求3所述的无源高电压电离装置，其特征在于，还包括用于驱动所述第一磁体履带和所述第二磁体履带转动的转轴，所述转轴贯穿所述第一磁体履带和所述第二磁体履带。5.根据权利要求1所述的无源高电压电离装置，其特征在于，所述导电接触压头包括相互连接的第一柱体和第二柱体，所述第二柱体的下表面与所述原料棒抵接。6.根据权利要求2所述的无源高电压电离装置，其特征在于，所述导电框...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵京晨，
申请(专利权)人：涿州新卓立航空精密科技有限公司，
类型：发明
国别省市：