工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備，包括封閉式熔鋁電爐、電磁攪拌裝置、超聲攪拌裝置和真空泵，超聲波攪拌裝置包括超聲波發(fā)生器和超聲波導(dǎo)桿，超聲波導(dǎo)桿一端與超聲波發(fā)生器連接聲波導(dǎo)通，超聲波導(dǎo)桿的另一端穿過封閉式熔鋁電爐的爐蓋上所設(shè)的超聲波導(dǎo)桿安裝孔設(shè)置在封閉式熔鋁電爐內(nèi)；電磁攪拌裝置放置在封閉式熔鋁電爐的正下方或側(cè)面；真空泵的進(jìn)氣端與封閉式熔鋁電爐上所設(shè)的抽氣管連接并流體導(dǎo)通。采用本實(shí)用新型，不僅避免對復(fù)合材料體系的污染，還可以使復(fù)合材料中分散相的顆粒度較為均勻以及在復(fù)合材料中的分散也較為均勻，同時避免了軸心處^復(fù)合材料中分散相出現(xiàn)集聚現(xiàn)象。CNlCJi
【專利說明】工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種用于制備鋁基復(fù)合材料的設(shè)備，特別涉及一種工業(yè)化制備原 位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002] 原位合成法使最近發(fā)展起來的復(fù)合材料制備方法，其基本原理是利用不同元素或 化學(xué)物之間在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而在金屬基體內(nèi)生成一種或幾種陶瓷相顆粒，以 達(dá)到改善單一金屬合金性能的目的。而陶瓷相顆粒的粒徑大小、均勻度以及分散均勻度對 以該顆粒為增強(qiáng)相的復(fù)合材料的性能都有一定的影響。而現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用機(jī)械攪拌 或電磁攪拌的方法來對熔融狀態(tài)下的復(fù)合材料進(jìn)行攪拌。然而由于引進(jìn)機(jī)械攪拌裝置進(jìn)入 復(fù)合材料熔液中，這就會給復(fù)合材料熔液帶來污染，會影響到復(fù)合材料的某些性能，而且在 復(fù)合材料冷卻制坯過程中，機(jī)械攪拌無法使用，復(fù)合材料中先固化的陶瓷相會出現(xiàn)聚集現(xiàn) 象，導(dǎo)致制坯成型的復(fù)合材料的性能不均勻，進(jìn)而影響其使用。而電磁攪拌，盡管克服了機(jī) 械攪拌會帶來外來污染的缺點(diǎn)，但是由于電磁攪拌也屬于機(jī)械力攪拌，復(fù)合材料熔液在電 磁力的作用下旋轉(zhuǎn)，而且離容器軸心處越遠(yuǎn)的復(fù)合材料組份受到的離心作用越強(qiáng)，而對于 處于容器軸心處的復(fù)合材料熔液而言，其受到的離心作用很小，這一部分復(fù)合材料熔液中 組份分布就較為不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致用該材料制備的部件性能差異明顯。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 有鑒于此，本實(shí)用新型在于提供一種既可避免攪拌裝置帶來的外來污染又可使復(fù) 合材料中分散相的粒度均勻、分布均勻的工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪 拌設(shè)備，保證在復(fù)合材料在熔融過程中有充足的攪拌作用，促進(jìn)固相組分的熔融，從而減少 能耗。
[0004] 為解決上述問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基 復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備，包括封閉式熔鋁電爐、電磁攪拌裝置、超聲攪拌裝置和真空泵， 所述超聲波攪拌裝置包括超聲波發(fā)生器和超聲波導(dǎo)桿，所述超聲波導(dǎo)桿一端與所述超聲波 發(fā)生器連接聲波導(dǎo)通，所述超聲波導(dǎo)桿的另一端穿過所述封閉式熔鋁電爐的爐蓋上所設(shè)的 超聲波導(dǎo)桿安裝孔設(shè)置在所述封閉式熔鋁電爐內(nèi)；所述電磁攪拌裝置放置在所述封閉式熔 鋁電爐的正下方或側(cè)面；所述真空泵的進(jìn)氣端與所述封閉式熔鋁電爐上所設(shè)的抽氣管連接 并流體導(dǎo)通。
[0005] 上述工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備，所述封閉式熔鋁電 爐包括爐體和所述爐蓋，所述爐體包括加熱單元、加熱室、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)和爐殼，所述加 熱單元固定安裝在所述加熱室的室壁上，所述加熱室外側(cè)設(shè)有所述循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，所述 循環(huán)水冷卻系統(tǒng)設(shè)在所述加熱室與所述爐殼之間；所述爐殼上設(shè)有所述循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的 進(jìn)水口和出水口，所述出水口位于所述進(jìn)水口上方的所述爐殼上；所述爐蓋包括殼體、水冷 層、密封套管、隔熱層和防護(hù)層，所述爐蓋上設(shè)有貫穿所述殼體、所述水冷層、所述隔熱層和 所述防護(hù)層的進(jìn)氣管、所述抽氣管和所述超聲波導(dǎo)桿安裝孔；所述殼體上設(shè)有所述水冷層 的進(jìn)水端和出水端，所述防護(hù)層外側(cè)設(shè)有所述隔熱層，所述隔熱層外側(cè)設(shè)有所述水冷層，所 述水冷層設(shè)在所述隔熱層與所述殼體之間；所述密封套管設(shè)在所述爐蓋與所述爐體之間。
[0006]上述工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備，所述加熱室包括工 作層、保溫層和永久層。
[0007]上述工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備，所述工作層、所述 保溫層和所述永久層均為耐火材料層。
[0008]上述工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備，所述密封套管一端 裝配在所述隔熱層外側(cè)開設(shè)的L型環(huán)狀槽內(nèi)。
[0009]上述工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備，所述密封套管設(shè)在 所述永久層和所述隔熱層之間。
[0010] 上述工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備，所述超聲波導(dǎo)桿通 過所述超聲波導(dǎo)桿安裝孔密封安裝在所述爐蓋上。
[0011] 上述工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備，所述超聲波導(dǎo)桿為 耐溫高于1350°C的耐高溫材料桿。
[0012] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0013] 1.采用電磁攪拌和超聲攪拌提供攪拌作用，不僅避免對復(fù)合材料體系的污染，還 可以使復(fù)合材料中分散相的顆粒度較為均勻以及在復(fù)合材料中的分散也較為均勻，從而保 證采用本實(shí)用新型制備出來的復(fù)合材料性能一致性較高，而且具有較好力學(xué)性能。
[0014] 2.采用電磁攪拌，保證制備復(fù)合材料的原材料在熔融過程中能夠在電磁力的作用 下流動，而采用超聲攪拌，則避免了軸心處復(fù)合材料中分散相出現(xiàn)集聚現(xiàn)象，從而保證復(fù)合 材料的制備不會因?yàn)榉稚⑾嗟募鄱。瑫r提高了所制備的復(fù)合材料的力學(xué)性能一致 性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本實(shí)用新型工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備的結(jié) 構(gòu)示意圖。
[0016]圖中：1-封閉式熔鋁電爐，2-超聲攪拌裝置，3-電磁攪拌裝置，4-真空泵，5-超聲 波發(fā)生器，6-超聲波導(dǎo)桿，7-爐蓋，8-超聲波導(dǎo)桿安裝孔，9-抽氣管，10-爐體，11-加熱單 元，12-加熱室，13-爐殼，14-循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，15-進(jìn)水口，16-出水口，17-殼體，18-水冷 層，19-密封套管，20-隔熱層，21-防護(hù)層，22-進(jìn)氣管，23-進(jìn)水端，24-出水端，25-工作層， 26-保溫層，27-永久層，28-殘?jiān)謇硗ǖ馈?br>
【具體實(shí)施方式】
[0017]為清楚說明本實(shí)用新型中的方案，下面給出優(yōu)選的實(shí)施例并結(jié)合附圖詳細(xì)說明。
[0018]如圖1所示，本實(shí)用新型工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè) 備，包括封閉式熔鋁電爐1、電磁攪拌裝置3、超聲攪拌裝置2和真空泵4。其中，所述超聲波 攪拌裝置2包括超聲波發(fā)生器5和超聲波導(dǎo)桿6,所述超聲波導(dǎo)桿6 -端與所述超聲波發(fā)生 器5連接聲波導(dǎo)通，所述超聲波導(dǎo)桿6的另一端穿過所述封閉式熔鋁電爐1的爐蓋7上所 設(shè)的超聲波導(dǎo)桿安裝孔8設(shè)置在所述封閉式熔鋁電爐1內(nèi)，為了保證本實(shí)用新型運(yùn)行時，所 述封閉式熔鋁電爐1中反應(yīng)部分的氣密性，所述超聲波導(dǎo)桿6與所述爐蓋7密封裝配，且為 了避免所述超聲波導(dǎo)桿6在制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料過程中出現(xiàn)超聲波導(dǎo)桿材料 出現(xiàn)熔融，所述超聲波導(dǎo)桿6為耐高溫材料桿，所述耐高溫材料在1350°C的溫度下不會發(fā) 生熔融變形；所述電磁攪拌裝置3放置在所述封閉式熔鋁電爐1的正下方或側(cè)面；所述真 空泵4的進(jìn)氣端與所述封閉式熔鋁電爐1上所設(shè)的抽氣管9連接并流體導(dǎo)通。
[0019] 其中，如圖1所示，所述封閉式熔鋁電爐1包括爐體10和所述爐蓋7,所述爐體10 包括加熱單元11、加熱室12、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)14和爐殼13,所述加熱單元11固定安裝在所 述加熱室12的室壁上，所述加熱室12外側(cè)設(shè)有所述循環(huán)水冷卻系統(tǒng)14,所述循環(huán)水冷卻 系統(tǒng)14設(shè)在所述加熱室12與所述爐殼13之間；所述爐殼13上設(shè)有所述循環(huán)水冷卻系統(tǒng) 14的進(jìn)水口 15和出水口 16,所述出水口 16位于所述進(jìn)水口 15上方的所述爐殼上，其中， 所述加熱室12包括工作層25、保溫層26和永久層27,所述工作層25、所述保溫層26和所 述永久層27均為耐火材料層；所述爐蓋7包括殼體17、水冷層18、密封套管19、隔熱層20 和防護(hù)層21，所述爐蓋7上設(shè)有貫穿所述殼體17、所述水冷層18、所述隔熱層20和所述防 護(hù)層21的進(jìn)氣管22、所述抽氣管9和所述超聲波導(dǎo)桿安裝孔8 ;所述殼體17上設(shè)有所述水 冷層的進(jìn)水端23和出水端24,所述防護(hù)層21外側(cè)設(shè)有所述隔熱層20,所述隔熱層20外側(cè) 設(shè)有所述水冷層18,所述水冷層18設(shè)在所述隔熱層20與所述殼體17之間；所述密封套管 19設(shè)在所述爐蓋7與所述爐體10之間。為了免去每次使用所述封閉式熔鋁電爐1時需要 安放所述密封套管19,同時為了延長所述密封套管19的使用壽命，本實(shí)用新型中，所述隔 熱層外側(cè)開設(shè)有一個L型環(huán)狀槽，所述密封套管19的一端裝配在所述L型環(huán)狀槽內(nèi)，所述 密封套管19的另一端設(shè)在所述隔熱層20與所述永久層27之間，在所述爐蓋7合蓋之時， 所述密封套管19填充所述隔熱層20與所述永久層27之間的空隙，起到密封作用。
[0020] 本實(shí)施例中，所述爐體上還開設(shè)有殘?jiān)謇硗ǖ?9,便于所述封閉式熔鋁電爐1 在使用后的清理。
[0021] 使用本實(shí)用新型時，將制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的原料放入所述封閉式熔 鋁電爐1中，然后合上所述爐蓋7。然后將所述循環(huán)水冷卻系統(tǒng)14和所述水冷層18與冷卻 水管路接通，接著啟動所述真空泵4將所述加熱室12內(nèi)的空氣抽出，然后關(guān)閉所述抽氣管 9上的氣閥，打開所述進(jìn)氣管22上的氣閥向所述加熱室12內(nèi)吹氮?dú)猓缓笤俅蜷_所述抽氣 管9上的氣閥，將所述加熱室12內(nèi)的氣體抽出，在加熱室內(nèi)殘存氣氛達(dá)到預(yù)設(shè)要求時，關(guān)閉 所述進(jìn)氣管22上的氣閥，接通所述加熱單元11的電源，并同時打開所述電磁攪拌裝置3。 然后在反應(yīng)進(jìn)行一段時間后，打開所述超聲波發(fā)生器5,直至反應(yīng)結(jié)束。然后在制備原位顆 粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的物理分散過程中，所述電磁攪拌裝置3的功率減弱，增強(qiáng)所述超聲 波發(fā)生器5的功率，這樣可以避免原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料坯件在制備過程中產(chǎn)生熱應(yīng) 力，從而保證原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的優(yōu)良性能。
[0022] 本實(shí)施例中，本實(shí)用新型中的所述電磁攪拌裝置3可以避免其他機(jī)械攪拌帶來的 污染，也可使原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料原料在有熔液出現(xiàn)的情況下受熱均勻，加速熔化 并發(fā)生反應(yīng)，而所述超聲波攪拌裝置2則可使反應(yīng)完全后的熔液在制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基 復(fù)合材料過程中，所述熔液中先結(jié)晶出的分散相（增強(qiáng)相或陶瓷相）能夠在所述熔液中均 勻分布，從而保證最后制得的原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的性能均勻，也避免了單獨(dú)使用 電磁攪拌出現(xiàn)的分散相集聚現(xiàn)象。
[0023] 上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本實(shí)用新型創(chuàng)造所作的舉例，而并非對本實(shí)用新 型創(chuàng)造【具體實(shí)施方式】的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還 可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在 本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所引伸出的任何顯而易見的變化或變動仍處于本實(shí)用新型 創(chuàng)造權(quán)利要求的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1. 工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備，其特征在于，包括封閉式 熔鋁電爐（1)、電磁攪拌裝置（3)、超聲攪拌裝置（2)和真空泵（4)，所述超聲波攪拌裝置 (2)包括超聲波發(fā)生器（5)和超聲波導(dǎo)桿￠)，所述超聲波導(dǎo)桿（6) -端與所述超聲波發(fā)生 器（5)連接聲波導(dǎo)通，所述超聲波導(dǎo)桿（6)的另一端穿過所述封閉式熔鋁電爐（1)的爐蓋 (7)上所設(shè)的超聲波導(dǎo)桿安裝孔（8)設(shè)置在所述封閉式熔鋁電爐（1)內(nèi)；所述電磁攪拌裝 置（3)放置在所述封閉式熔鋁電爐（1)的正下方或側(cè)面；所述真空泵（5)的進(jìn)氣端與所述 封閉式熔鋁電爐上所設(shè)的抽氣管（9)連接并流體導(dǎo)通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備，其 特征在于，所述封閉式熔鋁電爐（1)包括爐體（10)和所述爐蓋（7)，所述爐體（10)包括加 熱單元（11)、加熱室（12)、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)（14)和爐殼（13)，所述加熱單元（11)固定安裝 在所述加熱室（12)的室壁上，所述加熱室（12)外側(cè)設(shè)有所述循環(huán)水冷卻系統(tǒng)（14)，所述循 環(huán)水冷卻系統(tǒng)（14)設(shè)在所述加熱室（12)與所述爐殼（13)之間；所述爐殼（13)上設(shè)有所 述循環(huán)水冷卻系統(tǒng)（14)的進(jìn)水口（15)和出水口（16)，所述出水口（16)位于所述進(jìn)水口 (15)上方的所述爐殼（13)上；所述爐蓋（7)包括殼體（17)、水冷層（18)、密封套管（19)、隔 熱層（20)和防護(hù)層（21)，所述爐蓋上設(shè)有貫穿所述殼體（17)、所述水冷層（18)、所述隔熱 層（20)和所述防護(hù)層（21)的進(jìn)氣管（22)、所述抽氣管（9)和所述超聲波導(dǎo)桿安裝孔（8); 所述殼體（17)上設(shè)有所述水冷層（18)的進(jìn)水端（23)和出水端（24);所述防護(hù)層（21)外 側(cè)設(shè)有所述隔熱層（20)，所述隔熱層（20)外側(cè)設(shè)有所述水冷層（18)，所述水冷層（18)設(shè) 在所述隔熱層（20)與所述殼體（17)之間；所述密封套管（19)設(shè)在所述爐蓋（7)與所述爐 體（10)之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備，其 特征在于，所述加熱室包括工作層（25)、保溫層（26)和永久層（27)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備，其 特征在于，所述工作層（25)、所述保溫層（26)和所述永久層（27)均為耐火材料層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備，其 特征在于，所述密封套管（19) 一端裝配在所述隔熱層（20)外側(cè)開設(shè)的L型環(huán)狀槽內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3-5任一所述的工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌 設(shè)備，其特征在于，所述密封套管（19)設(shè)在所述永久層（27)和所述隔熱層（20)之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè)備，其 特征在于，所述超聲波導(dǎo)桿（6)通過所述超聲波導(dǎo)桿安裝孔（8)密封安裝在所述爐蓋（7) 上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的工業(yè)化制備原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空攪拌設(shè) 備，其特征在于，所述超聲波導(dǎo)桿（8)為耐溫高于1350°C的耐高溫材料桿。
【文檔編號】C22B9/02GK204022920SQ201420461191
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】趙鴿, 張瑞英, 王曉歡 申請人:內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)