專利名稱：一種定向凝固設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種定向凝固設備，屬于凝固成形技術領域。
背景技術：
定向凝固成形技術是在凝固過程中采用強制手段，在凝固金屬和未凝固熔體中建立起特定方向的溫度梯度，從而使熔體沿著與熱流相反的方向凝固，以獲得具有特定取向柱狀晶的技術。由于該技術較好地控制了凝固組織的晶粒取向，消除了橫向晶界，大大提高了材料的縱向力學性能。該技術的進一步發展是單晶生產，還逐漸推廣到半導體材料、磁性材料、復合材料的研究中，成為現代凝固成形的重要手段之一。傳統的定向凝固技術有發熱劑法(EP法)，功率降低法(PD法)，高速凝固法(HRS 法)，液態金屬冷卻法(LMC法)，區域熔化液態金屬冷卻法(ZMLMC法)，深過冷定向凝固 (DUDS法)，電磁約束成形定向凝固技術(DSEMS)，激光超高溫度梯度快速定向凝固(LRM)。 這些定向凝固技術需要在專門設備上完成，所用設備制造相對復雜，使用成本高，不適用于小型規模生產或實驗。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是克服現有技術的設備復雜，操作不便缺陷，提供了一種簡易式、凝固成形效果好的定向凝固設備。為了解決上述技術問題，本實用新型提供了如下的技術方案一種定向凝固設備，包括加熱裝置、冷卻裝置、工作臺和料液容器，所述加熱裝置置于工作臺上，加熱裝置內部熱輻射區設有冷卻裝置和料液容器，其中料液容器連接于冷卻裝置的外表面上，料液與溫度監控裝置連接。進一步地，所述加熱裝置為筒狀立式加熱裝置，筒壁內側為加熱區，外側為保溫層，優選地，加熱裝置為雙半式電阻爐加熱裝置或感應加熱裝置。所述冷卻裝置為冷卻池，下底面設冷卻液進出口，冷卻液進口設流量控制閥。所述冷卻液進口管與冷卻池下底部活塞式連接，其出液口與冷卻池上頂面的距離可調。所述料液容器通過耐高溫膠接劑粘接在冷卻池上或放置在冷卻池上，優選地，料液容器為坩堝，放置在冷卻池上。采用雙半式電阻爐加熱系統加熱或其他的熱源加熱(如感應加熱)，采用熱電偶精確監控加熱溫度，等溫度達到一定溫度，保溫到需求時間后，根據要求通過調控流量計調控冷卻水流量，從單個方向對加熱的工件熔體進行單向冷卻，從而達到定向凝固的作用。通過調整水流量的大小，達到不同的冷卻速度。本實用新型與現有技術相比，具有的有益效果是本實用新型結合發熱劑法的冷卻方式，高速凝固法和深過冷定向凝固的原理和特點，改進了傳統凝固方式的一些不利因素。本實用新型的設備原理是在工作平臺上設置有冷卻液(水、冰鹽水、乙二醇等)儲池(即冷卻池)，冷卻池設置有進管和出管，其中進管在冷卻池上的連接方式是可拆卸連接，因而進管設置高度可調節，即管口距離熔體的冷卻距離H可以調節，進管設置有流量計，可調節進液量大小。通過調節管口與熔體距離，配合流量的大小調節，就可以調節冷卻的速率，從而得到不同冷速的凝固組織。在工作臺上放置有帶保溫系統的加熱裝置，該加熱裝置可以自由地從工作臺上取下，以方便樣品的放置，以及根據需要實現保溫爐內冷卻或者空冷試樣。

附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的限制。在附圖中圖1是本實用新型定向凝固設備的結構示意圖；圖2是采用圖1的定向凝固設備和不同的水流量制備的Al-Cu合金定向凝固組織圖，其中水流量分別是圖加為16L/h，圖2b為40L/h，圖2c為80L/h，圖2d為160L/h。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖1所示，一種定向凝固設備，包括設有保溫層3的雙半式加熱爐2、冷卻水儲池 4、工作臺1和坩堝5 (或者為陶瓷管)，設有保溫層3的雙半式加熱爐2置于工作臺1上，雙半式加熱爐2的內部熱輻射區設有冷卻水儲池4和坩堝5，其中坩堝5置于冷卻水儲池4上表面上，料液通過熱電偶6與溫度監控儀7連接。冷卻水儲池4底部設置有進水管8和出水管9，其中進水管8與冷卻水儲池4底部為活塞式連接，因而進水管8高度可調節，即出水管口距離坩堝5的冷卻距離H可以調節， 進水管8設置有流量控制閥10，可調節進水量大小。通過調節出水管口與坩堝5距離，配合流量的大小調節，就可以調節冷卻的速率，從而得到不同冷速的凝固組織。將盛放合金的坩堝5放置在雙半式加熱爐2中熔化，待溫度達到要求溫度后，保溫一段時間，雙半式加熱爐2繼續加熱保持爐內溫度，調節水流量大小，打開進水閥，工件迅速實現定向凝固。或者根據需要在冷卻過程關閉加熱系統實現爐內空冷或迅速打開雙半式加熱爐，實現空冷，制得不同條件要求的工件。圖2是采用不同的水流量制備的Al-Cu 合金定向凝固組織，其中，圖2的圖2a-圖2d所示，在16L/h水流量較小時，所形成的定向晶組織細小，晶粒排列整齊，但在各定向晶桿枝上仍然存在樹枝狀細小分枝，隨著水流量增大，細小分支逐漸減少，出現的定向晶粒組織逐漸變大變寬，當水流量達到160L/h時，各枝晶由于合并長大，已變得非常粗大，有向單個晶粒發展的趨勢，可見，該設備可以根據水流量大小制備出不同晶間距和晶粒大小的組織。最后應說明的是以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種定向凝固設備，包括加熱裝置、冷卻裝置、工作臺和料液容器，其特征在于所述加熱裝置置于工作臺上，加熱裝置內部熱輻射區設有冷卻裝置和料液容器，其中料液容器連接于冷卻裝置的外表面上，料液與溫度監控裝置連接。
2.根據權利要求1所述的定向凝固設備，其特征在于所述加熱裝置為筒狀立式加熱裝置，筒壁內側為加熱區，外側為保溫層。
3.根據權利要求2所述的定向凝固設備，其特征在于所述加熱裝置為雙半式電阻爐加熱裝置或感應加熱裝置。
4.根據權利要求1所述的定向凝固設備，其特征在于所述冷卻裝置為冷卻池，下底面設冷卻液進出口，冷卻液進口設流量控制閥。
5.根據權利要求4所述的定向凝固設備，其特征在于所述冷卻液進口管與冷卻池下底部活塞式連接，其出液口與冷卻池上頂面的距離可調。
6.根據權利要求1所述的定向凝固設備，其特征在于所述料液容器通過耐高溫膠接劑粘接在冷卻池上或放置在冷卻池上。
7.根據權利要求1所述的定向凝固設備，其特征在于所述料液容器為坩堝，放置在冷卻池上。
專利摘要一種定向凝固設備，屬于凝固成形技術領域，包括加熱裝置、冷卻裝置、工作臺和料液容器，所述加熱裝置置于工作臺上，加熱裝置內部熱輻射區設有冷卻裝置和料液容器，其中料液容器連接于冷卻裝置的外表面上，料液與溫度監控裝置連接。通過調節管口與熔體距離，配合流量的大小調節，就可以調節冷卻的速率，從而得到不同冷速的凝固組織。
文檔編號B22D27/04GK202137358SQ201120153279
公開日2012年2月8日 申請日期2011年5月16日 優先權日2011年5月16日
發明者朱旭華, 李錫恩, 李霞, 楊亞慧, 楊效田 申請人:蘭州交通大學