一种定向凝固设备制造技术

一种定向凝固设备，属于凝固成形技术领域，包括加热装置、冷却装置、工作台和料液容器，所述加热装置置于工作台上，加热装置内部热辐射区设有冷却装置和料液容器，其中料液容器连接于冷却装置的外表面上，料液与温度监控装置连接。通过调节管口与熔体距离，配合流量的大小调节，就可以调节冷却的速率，从而得到不同冷速的凝固组织。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种定向凝固设备，属于凝固成形

技术介绍
定向凝固成形技术是在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和未凝固熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，以获得具有特定取向柱状晶的技术。由于该技术较好地控制了凝固组织的晶粒取向，消除了横向晶界，大大提高了材料的纵向力学性能。该技术的进一步发展是单晶生产，还逐渐推广到半导体材料、磁性材料、复合材料的研究中，成为现代凝固成形的重要手段之一。传统的定向凝固技术有发热剂法(EP法)，功率降低法(PD法)，高速凝固法(HRS 法)，液态金属冷却法(LMC法)，区域熔化液态金属冷却法(ZMLMC法)，深过冷定向凝固 (DUDS法)，电磁约束成形定向凝固技术(DSEMS)，激光超高温度梯度快速定向凝固(LRM)。 这些定向凝固技术需要在专门设备上完成，所用设备制造相对复杂，使用成本高，不适用于小型规模生产或实验。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是克服现有技术的设备复杂，操作不便缺陷，提供了一种简易式、凝固成形效果好的定向凝固设备。为了解决上述技术问题，本技术提供了如下的技术方案一种定向凝固设备，包括加热装置、冷却装置、工作台和料液容器，所述加热装置置于工作台上，加热装置内部热辐射区设有冷却装置和料液容器，其中料液容器连接于冷却装置的外表面上，料液与温度监控装置连接。进一步地，所述加热装置为筒状立式加热装置，筒壁内侧为加热区，外侧为保温层，优选地，加热装置为双半式电阻炉加热装置或感应加热装置。所述冷却装置为冷却池，下底面设冷却液进出口，冷却液进口设流量控制阀。所述冷却液进口管与冷却池下底部活塞式连接，其出液口与冷却池上顶面的距离可调。所述料液容器通过耐高温胶接剂粘接在冷却池上或放置在冷却池上，优选地，料液容器为坩埚，放置在冷却池上。采用双半式电阻炉加热系统加热或其他的热源加热(如感应加热)，采用热电偶精确监控加热温度，等温度达到一定温度，保温到需求时间后，根据要求通过调控流量计调控冷却水流量，从单个方向对加热的工件熔体进行单向冷却，从而达到定向凝固的作用。通过调整水流量的大小，达到不同的冷却速度。本技术与现有技术相比，具有的有益效果是本技术结合发热剂法的冷却方式，高速凝固法和深过冷定向凝固的原理和特点，改进了传统凝固方式的一些不利因素。本技术的设备原理是在工作平台上设置有冷却液(水、冰盐水、乙二醇等)储池(即冷却池)，冷却池设置有进管和出管，其中进管在冷却池上的连接方式是可拆卸连接，因而进管设置高度可调节，即管口距离熔体的冷却距离H可以调节，进管设置有流量计，可调节进液量大小。通过调节管口与熔体距离，配合流量的大小调节，就可以调节冷却的速率，从而得到不同冷速的凝固组织。在工作台上放置有带保温系统的加热装置，该加热装置可以自由地从工作台上取下，以方便样品的放置，以及根据需要实现保温炉内冷却或者空冷试样。附图说明附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中图1是本技术定向凝固设备的结构示意图；图2是采用图1的定向凝固设备和不同的水流量制备的Al-Cu合金定向凝固组织图，其中水流量分别是图加为16L/h，图2b为40L/h，图2c为80L/h，图2d为160L/h。具体实施方式以下结合附图对本技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本技术，并不用于限定本技术。如图1所示，一种定向凝固设备，包括设有保温层3的双半式加热炉2、冷却水储池 4、工作台1和坩埚5 (或者为陶瓷管)，设有保温层3的双半式加热炉2置于工作台1上，双半式加热炉2的内部热辐射区设有冷却水储池4和坩埚5，其中坩埚5置于冷却水储池4上表面上，料液通过热电偶6与温度监控仪7连接。冷却水储池4底部设置有进水管8和出水管9，其中进水管8与冷却水储池4底部为活塞式连接，因而进水管8高度可调节，即出水管口距离坩埚5的冷却距离H可以调节， 进水管8设置有流量控制阀10，可调节进水量大小。通过调节出水管口与坩埚5距离，配合流量的大小调节，就可以调节冷却的速率，从而得到不同冷速的凝固组织。将盛放合金的坩埚5放置在双半式加热炉2中熔化，待温度达到要求温度后，保温一段时间，双半式加热炉2继续加热保持炉内温度，调节水流量大小，打开进水阀，工件迅速实现定向凝固。或者根据需要在冷却过程关闭加热系统实现炉内空冷或迅速打开双半式加热炉，实现空冷，制得不同条件要求的工件。图2是采用不同的水流量制备的Al-Cu 合金定向凝固组织，其中，图2的图2a-图2d所示，在16L/h水流量较小时，所形成的定向晶组织细小，晶粒排列整齐，但在各定向晶杆枝上仍然存在树枝状细小分枝，随着水流量增大，细小分支逐渐减少，出现的定向晶粒组织逐渐变大变宽，当水流量达到160L/h时，各枝晶由于合并长大，已变得非常粗大，有向单个晶粒发展的趋势，可见，该设备可以根据水流量大小制备出不同晶间距和晶粒大小的组织。最后应说明的是以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。权利要求1.一种定向凝固设备，包括加热装置、冷却装置、工作台和料液容器，其特征在于所述加热装置置于工作台上，加热装置内部热辐射区设有冷却装置和料液容器，其中料液容器连接于冷却装置的外表面上，料液与温度监控装置连接。2.根据权利要求1所述的定向凝固设备，其特征在于所述加热装置为筒状立式加热装置，筒壁内侧为加热区，外侧为保温层。3.根据权利要求2所述的定向凝固设备，其特征在于所述加热装置为双半式电阻炉加热装置或感应加热装置。4.根据权利要求1所述的定向凝固设备，其特征在于所述冷却装置为冷却池，下底面设冷却液进出口，冷却液进口设流量控制阀。5.根据权利要求4所述的定向凝固设备，其特征在于所述冷却液进口管与冷却池下底部活塞式连接，其出液口与冷却池上顶面的距离可调。6.根据权利要求1所述的定向凝固设备，其特征在于所述料液容器通过耐高温胶接剂粘接在冷却池上或放置在冷却池上。7.根据权利要求1所述的定向凝固设备，其特征在于所述料液容器为坩埚，放置在冷却池上。专利摘要一种定向凝固设备，属于凝固成形
，包括加热装置、冷却装置、工作台和料液容器，所述加热装置置于工作台上，加热装置内部热辐射区设有冷却装置和料液容器，其中料液容器连接于冷却装置的外表面上，料液与温度监控装置连接。通过调节管口与熔体距离，配合流量的大小调节，就可以调节冷却的速率，从而得到不同冷速的凝固组织。文档编号B22D27/04GK202137358SQ201120153279公开日2012年2月8日 申请日期2011年5月16日 优先权日2011年5月16日专利技术者朱旭华, 李锡恩, 李霞, 杨亚慧, 杨效田 申请人:兰州交通大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种定向凝固设备，包括加热装置、冷却装置、工作台和料液容器，其特征在于：所述加热装置置于工作台上，加热装置内部热辐射区设有冷却装置和料液容器，其中料液容器连接于冷却装置的外表面上，料液与温度监控装置连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李霞，杨效田，李锡恩，杨亚慧，朱旭华，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：实用新型
国别省市：62