專利名稱：真空微晶非晶合成設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種普通金屬材料的熔煉與非平衡制備設備，特別涉及金屬材料的熔煉合成、非平衡快速凝固、帶狀樣品和粉體的制備、非晶態材料的合成與制備的真空多功能微晶非晶的合成設備。
現有技術金屬材料的熔煉、熔體快淬、非晶制備、粉末制備等材料樣品的合成與制備是相互獨立的技術。而主要用于科學研究的制備與合成大多需要在真空條件進行。因此制造成功了真空或氣氛保護條件下的電弧熔煉、熔體快淬、霧化制粉、非晶制備等設備。但這些設備由于功能單一，不能用作它用。因此在材料的制備與合成中常是有幾道工序則需要配置幾臺設備。投資大、占地多。特別是實驗室內，由于研究方向的改變往往需要不同功能的設備，使前期購置的設備經過短時間的使用后而閑置或遺棄，造成資源的浪費或設備利用率的下降。為改變此現狀，目前制造成功了復合熔煉爐，但它也只實現了電弧熔煉和熔體快淬兩項功能。而由于該設備與傳統單功能設備一樣，在設計思路上坩堝夾持裝置在真空室內的位置是基本固定的，因此只能在打開真空室的條件下，困難地在靜態下小范圍調整位置，在真空室外根本無法調整坩堝的位置，加熱過程中坩堝更是無法變化其位置，由于坩堝的夾持和固定完全靠手動，坩堝和感應器之間，坩堝和冷卻輥之間的相對位置經常出現偏差，常常造成坩堝內的材料不能熔化、加熱過程中高頻放電以及快淬時劃輥等。不僅工作成功率低，材料、能源、時間浪費嚴重，而且設備工作極不穩定。冷卻輥占用真空室內大部分空間，欲利用現有設備實現其它功能，則必須卸下冷卻輥。而現有技術冷卻輥為不可拆卸設計，重新安裝后需要重新定位、對中和動平衡，難以恢復原始狀態。
發明內容
本發明的目的在于提供一種多功能、多用途、低成本、占地少，并提高設備的利用率的真空多功能微晶非晶合成設備。
本發明的技術方案是這樣實現的包括真空室、以及配制在真空室上的電弧熔煉陰極位置調整裝置，電弧熔煉陰極位置調整裝置下端連接有非消耗陰極，非消耗陰極作為陰極，非消耗陰極下方設置有熔煉模臺，放置于熔煉模臺內的材料作為陽極，在真空室的中間部位設置有冷卻輥，在冷卻輥的一側配制有霧化氣體供給裝置，霧化氣體供給裝置位于真空室內的氣體出口端安裝有霧化氣體噴嘴，霧化氣體供給裝置位于真空室外的氣體出口端與氣源相聯，在冷卻輥的上方配制有坩堝，在坩堝上纏繞感應加熱線圈，并與高頻電源接口連接，坩堝安裝在坩堝夾持組件上，坩堝夾持組件緊固在坩堝升降組件上，坩堝升降組件的升降桿加工有中心孔，與坩堝夾持組件相連通，在冷卻輥的下方有粉末產品收集桶，粉末產品收集桶與真空室對接。
兩坩堝是獨立換位使用的。
粉末產品收集桶與粉末產品取料口活門相聯。
霧化制粉高壓氣體供給組件可與霧化氣體供給裝置相互替換，它的一端通往真空室外與氣源接通，為其霧化制粉霧化器提供高壓氣體。
可將冷卻輥及冷卻輥支架整體卸下，將霧化制粉霧化器，安裝在真空室上，霧化制粉霧化器可與與非晶鑄模互換使用。
本發明首先將冷卻輥安裝在冷卻輥支架上，二者組成一個獨立的活動部件，裝卸都無需進行重新平衡以及任何其它調整，不僅為增加設備功能提供了可能，同時避免了現有技術中安裝冷卻輥時必須在設備上進行同心度調整和動平衡實驗所帶來的不便。
本發明設計的坩堝升降系統，工作中的任何時刻都可以根據需要在真空室外靜態或動態調整坩堝與感應圈，坩堝與冷卻輥或霧化氣體噴嘴間的相對位置，解決了坩堝垂直位置只能在真空室內調整。
坩堝夾持裝置實現了可將坩堝隨意安裝在以坩堝升降系統的升降桿為中心的360度范圍內的任何角度，以坩堝夾持裝置臂長為最大半徑的任何位置，與坩堝升降系統相配合，基本實現了坩堝位置任意可調。
圖1為本發明的結構示意圖；圖2為本發明的另一結構示意圖。
具體實施例方式
附圖為本發明的具體實施例；下面結合附圖對本發明的內容作進一步詳細說明真空微晶非晶合成設備，包括，快淬產品收集桶1，真空室23、配制在真空室23上的電弧熔煉陰極位置調整裝置11，電弧熔煉陰極位置調整裝置11與非消耗陰極12相連，非消耗陰極12作為陰極，非消耗陰極12下方設置有熔煉模臺15，放置于熔煉模臺15內的材料作為陽極，在真空室中間部位設置有冷卻輥16，冷卻輥16安裝在冷卻輥支架17上，冷卻輥支架17安裝在真空室內的下底板上，在冷卻輥16的一側有霧化氣體供給裝置2，霧化氣體供給裝置2安裝在真空室外殼上，霧化氣體供給裝置2位于真空室內的一端安裝有霧化氣體噴嘴3，霧化氣體供給裝置2位于真空室外的一端與氣源相聯，在冷卻輥16的上方有坩堝5或坩堝9，感應加熱線圈4，8纏繞在坩堝5或坩堝9上，并與高頻電源接口連接，坩堝5或坩堝9安裝在坩堝夾持組件7上，坩堝夾持組件7緊固在坩堝升降組件10上，坩堝升降組件10的升降桿加工有中心孔，與坩堝夾持組件10相連通，為坩堝5或坩堝9供氣，在冷卻輥16的下方有粉末產品收集桶18，粉末產品收集桶18與真空室對接。
參照圖1所示，本發明通過以下部件組合實現材料的電弧熔煉功能在真空室23內，非消耗陰極12安裝在電弧熔煉陰極位置調整裝置11上，非消耗陰極12作為陰極，并與真空室23絕緣，非消耗陰極12下方設置有熔煉模臺15，熔煉模臺15設置在電弧熔煉模臺支架14上、放置于熔煉模臺15內的材料作為陽極。將按配制好的原材料放入熔煉模臺15內，真空室23抽真空至所需真空度(如2×10-3Pa)后，充入氬氣Ar至環境壓力(0.1MPa)，接通熔煉電源，通過陰極位置調整裝置11位于真空室外的手柄使陰極12與模臺15接觸引弧，之后調整陰極位置調整裝置11位于真空室外的手柄調整非消耗電極12的位置，使其將電弧導向原材料并將材料加熱熔化并熔煉均勻。
本發明通過以下部件組合實現材料的熔體快淬功能將冷卻輥16和冷卻輥冷卻輥支撐組件17組成的獨立部件放入在真空室23內并將其固定在真空室內的底座上。冷卻輥16通過磁聯耦合，由位于真空室23外的無級調速電機驅動，電機的轉速和轉向由計算機控制。將快淬產品收集桶組件1與真空室23對接相聯，位于冷卻輥16上部的感應加熱線圈8與高頻電源接口6相聯，將高頻電源引入真空室，坩堝夾持組件7安裝在坩堝升降組件10的升降軸上，將被加熱材料放入底部帶有小孔底熔煉坩堝9內，裝有材料的坩堝9放入感應加熱線圈8內并夾持在坩堝夾持組件7上，通過坩堝夾持組件7調整坩堝9的水平位置，使其在坩堝升降組件10設在真空室外的手柄驅動下無阻礙地上下運動。此后，通過調整設在坩堝升降組件10上的限位螺栓，設定坩堝9底部與冷卻輥16輥面間的極限距離并加以鎖定，以免坩堝下降越位，劃傷冷卻輥。工作時，首先將真空室23抽真空至所需真空度(如2×10-3Pa)后(必要時可充一定壓力的Ar)，將驅動電機啟動并調速至所需轉速，接通高頻電源，通過坩堝升降組件10設在真空室外的手柄調整坩堝9內的材料與感應圈8的相對位置，使其處于最好的工作狀態。坩堝9內的材料被接入真空室的高頻電源通過感應圈8加熱熔化并過熱到要求的溫度之后，由坩堝升降組件10設在真空室外的手柄控制坩堝9的底部和冷卻輥16外緣間的距離，達到要求后，啟動電磁氣體開關，低壓氣體通過坩堝升降組件10和坩堝夾持組件7引入坩堝并把熔體從坩堝9的底孔吹出至已按設定轉述旋轉的冷卻輥16的輥面上，熔體得到高速冷卻。高速冷卻得到的薄帶產品在離心力的作用下飛入收集桶1中，打開快淬產品收集桶組件1的端部法蘭盤，將產品取出。
本發明通過以下部件組合實現材料的二次冷卻快淬制粉功能首先將粉末產品收集桶18與真空室23對接，將快淬產品收集桶組件1卸下，以與熔體快淬時相同的方式安裝和驅動冷卻輥16，位于冷卻輥16側面的感應加熱線圈4與高頻電源接口6相聯，將高頻電源引入真空室。坩堝夾持組件7安裝在坩堝升降組件10的升降軸上，將被加熱材料放入底部帶有小孔底熔煉坩堝5內，裝有材料的坩堝5放入感應加熱線圈4內并夾持在坩堝坩堝夾持組件7上，通過坩堝夾持組件7調整坩堝5的水平位置，使其在坩堝升降組件10設在真空室外的手柄驅動下無阻礙地上下運動。將帶二次冷卻快淬制粉高壓霧化氣體供給組件2的法蘭盤安裝在真空室23和快淬產品收集桶1的連接法蘭上，把在真空室內工作的部分送入真空室，并將霧化氣體噴嘴3安裝在霧化氣體供給組件2上，霧化氣體供給組件2通過軟管與霧化氣體噴嘴3相連接，霧化氣體噴嘴3的相對位置可以調節。工作前在真空室內，根據需要調整好霧化氣體噴嘴3、熔煉坩堝5以及冷卻輥16輥面的相對位置，特別注意熔煉坩堝5的軸線應與霧化氣體噴嘴3的軸線在豎直平面內相交。工作時，首先將真空室23抽真空至所需真空度(如2×10-3Pa)后(必要時可充一定壓力的Ar)，將驅動電機啟動并調速至所需轉述，接通高頻電源，通過坩堝升降組件10設在真空室外的手柄調整坩堝5內的材料與感應圈4的相對位置，使其處于最好的工作狀態。坩堝5內的材料被接入真空室的高頻電源通過感應圈4加熱熔化并過熱到要求的溫度之后，由坩堝升降組件10設在真空室外的手柄控制坩堝5的底部和霧化氣體噴嘴3的軸線相距所需的距離，此后，同時啟動兩路電磁氣體開關，低壓氣體通過坩堝升降組件10和坩堝夾持組件7把熔體從坩堝9的底孔吹出形成一個至上而下的柱狀熔體流，而高壓氣體通過霧化氣體供給組件2和霧化氣體噴嘴3形成霧化氣流，將熔體流霧化成水平運動的小液滴。液滴撞到冷卻輥16后，得到高速冷卻，高速冷卻得到的粉末產品在離心力的作用下飛入收集桶18中，之后，打開設置在快淬產品收集桶組件18端部的粉末產品取料口19將產品取出。
參照圖2所示，本發明通過以下部件組合實現高壓氣體霧化制粉功能將卻輥16和冷卻輥冷卻輥支撐組件17卸出真空室，將霧化器21安裝在真空室內的霧化器/非晶鑄模支撐22上。實現本功能時，安裝并使用感應線圈4和底部帶有小孔的坩堝5，這兩個部件采用與二次冷卻快淬制粉時相同的安裝或連接關系。霧化氣體由霧化制粉高壓氣體供給組件20引入真空室并與霧化器21相聯形成高壓氣體霧化制粉霧化氣流。工作之前，調整坩堝5的水平位置使其軸線與霧化器噴嘴軸線大致重合。真空室抽真空后，坩堝5內的材料被接入真空室的高頻電源通過感應圈4加熱熔化并過熱到要求的溫度之后，由坩堝升降組件10驅動將內有熔體的坩堝5底部與霧化器21緊密接觸，同時啟動兩路電磁氣體開關，低壓氣體將熔體從坩堝5底部小孔吹出，而通過霧化制粉高壓氣體供給組件20導入霧化器的高壓氣體則將熔體霧化液滴并冷卻成粉末，落入粉末收集桶18內，產品從粉末產品取料口19取出。
本發明通過以下部件組合實現真空塊體非晶制備功能將霧化器21卸下，把水冷壓鑄模21′安裝在真空室內的霧化器/非晶鑄模支撐22上。將高壓氣體供給組件20卸下，用一個盲法蘭盤封閉其留下的接口或將快淬產品收集桶組件1連接在該接口上，實現本功能時，使用與高壓氣體霧化制粉功能相同的其它組件和采用相同的連接和調整關系。真空室抽真空后，感應線圈4將坩堝5內的材料熔化并過熱到理想的溫度，由坩堝升降組件10驅動將內有熔體的坩堝5底部與水冷壓鑄模21′的鑄口緊密接觸，通過組件10導入的氣體將熔體從坩堝底部小孔壓入鑄模內，取料時需要將真空室打開，將鑄模拆分。
觀察窗13為可拆卸設計，目的一是觀察設備的工作狀態，二是為開發其它功能提供真空室內外的接口。
本發明具備電弧熔煉、熔體快淬、超聲霧化制粉、二次冷卻快淬制粉和真空壓鑄非晶制備五大功能。方便組件的更換，特別是真空室內部的部件都可方便拆卸，并具有足夠多的真空室接口，為用戶開發新的功能擴大使用范圍提供了足夠的條件。
權利要求
1.真空微晶非晶合成設備，包括真空室(23)、配制在真空室(23)上的電弧熔煉陰極位置調整裝置(11)，電弧熔煉陰極位置調整裝置(11)下端連接有非消耗陰極(12)，非消耗陰極(12)作為陰極，非消耗陰極(12)下方設置有熔煉模臺(15)，放置于熔煉模臺(15)內的材料作為陽極，其特征在于；在真空室(23)的中間部位設置有冷卻輥(16)，在冷卻輥(16)的一側配制有霧化氣體供給裝置(2)，霧化氣體供給裝置(2)位于真空室內的氣體出口端安裝有霧化氣體噴嘴(3)，霧化氣體供給裝置(2)位于真空室外的氣體入口端與氣源相聯，在冷卻輥(16)的上方配制有坩堝(5)或坩堝(9)，在坩堝(5)或坩堝(9)上纏繞有感應加熱線圈(4)或感應加熱線圈(8)，并與高頻電源接口(6)連接，坩堝(5)或坩堝(9)安裝在坩堝夾持組件(7)上，坩堝夾持組件(7)緊固在坩堝升降組件(10)上，坩堝升降組件(10)的升降桿加工有中心孔，與坩堝夾持組件(7)相連通，在冷卻輥(16)的下方有粉末產品收集桶(18)，粉末產品收集桶(18)與真空室(23)對接。
2.根據權利要求1所述的真空微晶非晶合成設備，其特征在于，坩堝(5)或坩堝(9)是獨立換位使用的。
3.根據權利要求1所述的真空微晶非晶合成設備，其特征在于，粉末產品收集桶(18)與粉末產品取料口活門(19)相聯。
4.根據權利要求1所述的真空微晶非晶合成設備，其特征在于，霧化制粉高壓氣體供給組件(20)可與霧化氣體供給裝置(2)相互替換，它的一端通往真空室外與氣源接通。
5.根據權利要求1所述的真空微晶非晶合成設備，其特征在于，冷卻輥(16)和冷卻輥支架(17)可整體卸下，將霧化制粉霧化器(21)安裝在真空室上，霧化制粉霧化器(21)可與非晶鑄模(21’)可互換使用。
全文摘要
本發明公開了一種真空微晶非晶合成設備，包括真空室、以及配制在真空室上的電弧熔煉陰極位置調整裝置，其下端連接有非消耗陰極，非消耗陰極下方設置有熔煉模臺，在真空室的中間部位設置有冷卻輥，在冷卻輥的一側配制有霧化氣體供給裝置，霧化氣體供給裝置位于真空室內的氣體出口端安裝有氣體噴嘴，霧化氣體供給裝置位于真空室外的氣體出口端并與氣源相聯，在冷卻輥的上方配制有坩堝，在坩堝上纏繞感應加熱線圈，坩堝夾持組件緊固在坩堝升降組件上，坩堝升降組件的升降桿加工有中心孔，與坩堝夾持組件相連通，在冷卻輥的下方有粉末產品收集桶。裝卸都無需進行重新平衡調整，同時避免了安裝冷卻輥進行同心度調整和動平衡實驗所帶來的不便。
文檔編號C22C45/00GK1605643SQ200410073069
公開日2005年4月13日 申請日期2004年9月13日 優先權日2004年9月13日
發明者孫占波, 宋曉平, 梁工英 申請人:西安交通大學