一種制備小直徑金屬單晶線材的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種制備小直徑金屬單晶線材的裝置，包括進料端水冷銅模、出料端水冷銅模、石英管、加熱裝置和冷指，其內部設置的固液轉化裝置由石墨塊、坩堝和冷指構成，石墨塊一端嵌設固定于進料端水冷銅模內側，另一端與坩堝開口端聯接，石墨塊與進料端水冷銅模的內部水平設置有貫通的進料通孔，其與坩堝內腔連通，坩堝上方開有溢出口；在坩堝的封口端偏心位置上延伸設置與其內腔連通的成型導管，該導管與冷指的一端相連通，冷指的另一端嵌設固定于出料端水冷銅模內側，出料端水冷銅模內部水平設置有出料通孔，出料通孔與冷指相連通，且出料通孔低于送料通孔設置。本實用新型解決生產時由于送料速度和出料速度不匹配而導致中斷生產的技術難題。
【專利說明】一種制備小直徑金屬單晶線材的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于熱性連鑄【技術領域】，主要是涉及純金屬單晶線材的制備技術，具體涉及一種制備小直徑金屬單晶線材的裝置。
【背景技術】
[0002]隨著電子工業和通信技術的迅猛發展，對導體金屬的性能提出了越來越高的要求，單晶金屬線材具有無晶界、高純度，具有良好的塑性、導電性及高保真信號傳輸性能，可用于制造高保真通訊器材、設備以及高質量的傳輸電纜，在電子、通訊、網絡、音頻、視頻等領域中有著廣泛的應用前景。
[0003]利用熱型連鑄技術，可以生產出具有外觀優美和內部質量好的鑄件，是制備金屬單晶線材的主要方法。傳統的熱型連鑄技術，是將一定量的金屬材料熔化于坩堝內，采用加熱鑄型，通過冷卻器強制冷卻作用，使熱流沿著拉鑄方向單向傳導，從而形成定向凝固的條件，從而制得金屬單晶線材。傳統的熱型連鑄在實際生產中有以下缺點:1.拉制出的金屬單晶線長度受坩堝容量限制；2.坩堝內的金屬液需要長時間加熱、保溫，浪費能源；3.必須嚴格控制液面高度，為此所提供的設備結構非常復雜。
[0004]針對上述問題，專利02145540.6將區域熔煉與熱型連鑄結合，通過連續送料，連續加熱，連續牽引，實現制備長度不受限制、小直徑金屬線材的思想。該方法通過三個連續，解決了線材長度受限的問題，通過區域熔煉，解決了能源浪費問題，通過送料系統提供的擠壓力使金屬液進入導流口，取代了復雜的液面高度控制結構。在該專利中，所述的設備包括水冷銅模、石英管、加熱裝置和冷指，內部設置有純石墨制備的固液轉化裝置。但是這種方法在制備小直徑金屬線材時，存在一個突出的技術問題:即送料速度與出料速度要求嚴格匹配。一旦送料速度大于出料速度，坩堝內的金屬液就會被快速從導流口噴出，中斷生產，或者金屬液順著原料回流后凝固，送料卡死，中斷生產。一旦送料速度小于出料速度，坩堝內的金屬液缺乏驅動力，難以流入導流口，中斷生產。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在于提供一種制備小直徑金屬單晶線材的裝置，以解決現有技術存在的生產時由于送料速度和出料速度不匹配而導致中斷生產的技術難題。
[0006]為克服現有技術存在的問題，本實用新型提供的技術方案是:一種制備小直徑金屬單晶線材的裝置，包括進料端水冷銅模、出料端水冷銅模、石英管、加熱裝置和冷指，內部設置有固液轉化裝置，其特殊之處在于:所述固液轉化裝置由石墨塊、坩堝和冷指構成，石墨塊的一端嵌設固定于進料端水冷銅模內側，另一端與坩堝的開口端聯接，石墨塊與進料端水冷銅模的內部水平設置有相互貫通的進料通孔，進料通孔與坩堝內腔連通，所述坩堝上方開有溢出口 ；
[0007]在坩堝的封口端的偏心位置上延伸設置有與其內腔連通的成型導管，該成型導管與冷指的一端相連通，冷指的另一端嵌設固定于出料端水冷銅模內側，出料端水冷銅模內部水平設置有出料通孔，所述出料通孔與冷指相連通，且出料通孔低于送料通孔設置。
[0008]上述進料通孔位于坩堝軸線上方，出料通孔位于坩堝軸線下方。
[0009]上述坩堝的開口端套設于石墨塊的端部。安裝方便，緊密，不易泄露。
[0010]上述定型導管與冷指為錐形配合。
[0011]與現有技術相比，本實用新型的優點是:
[0012]1、本實用新型的設備是通過液態金屬液的高度差作為動力來源，坩堝內腔可容納2(T30ml的液態金屬，為送料速度和出料速度的匹配提供緩沖，保證生產連續性。如送入原料的直徑為6mm,生產直徑為2mm的單晶線材,牽引速度為100mm/min,在送料停止的情況下，坩堝內存儲的液態金屬仍可以維持生產6(T90min ；
[0013]2、石墨坩堝上方開有溢出口，在送料速度過大的情況下，過量的金屬液可從此處溢出，而不會因壓力強行送料通道噴出而中斷生產；
[0014]3、坩堝上的溢出口還具有觀察窗口的作用，生產時，便于操作人員觀察液面高度，根據液面高度調節送料、出料速度使之匹配。如原料供應過多時，少量的液態金屬也可以通過溢出口流出坩堝，在石英管中凝固；
[0015]4、定型導管和冷指之間采用錐形配合放入設計，便于軸線對齊，兩者聯接處不留間隙，液態金屬在有支撐的條件下進行凝固，避免了以往熱型連鑄時固液界面處于懸空狀態，容易塌陷中斷生產的問題；
[0016]5、將以往容易消耗的純石墨制備的固液轉化裝置分解成石墨塊和坩堝兩部分，石墨塊可以長期使用，降低生產成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0018]圖2是圖1的A-A剖面圖；
[0019]圖3是坩堝的局剖結構示意圖；
[0020]圖4是圖3的B-B剖視圖。
[0021]附圖標記說明如下:
[0022]1-原料；2_進料端水冷銅模；3_橡膠圈；4_過渡石墨；5_石墨坩堝；6_熔融金屬液；7_感應線圈；8_石英管；9_冷凝器；10_單晶線材；11_成型導管；12_出料端水冷銅模；13-溢出口。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細地說明。
[0024]參見圖1、圖2、圖3和圖4，一種制備小直徑金屬單晶線材的裝置，包括進料端水冷銅模2、出料端水冷銅模12、石英管8、加熱裝置7和冷指9，內部設置有固液轉化裝置。所述固液轉化裝置由石墨塊4、坩堝5和冷指9構成，石墨塊4的一端嵌設固定于進料端水冷銅模2內側，另一端與坩堝5的開口端聯接，坩堝5的開口端套設于石墨塊4的端部，石墨塊4與進料端水冷銅模2的內部水平設置有相互貫通的進料通孔，進料通孔與坩堝5內腔連通，所述坩堝5上方開有溢出口 13 ；
[0025]在坩堝5的封口端的偏心位置上延伸設置有與其內腔連通的成型導管11，該成型導管11與冷指9的一端相連通且兩者為錐形配合，冷指9的另一端嵌設固定于出料端水冷銅模12內側，出料端水冷銅模12內部水平設置有出料通孔，所述出料通孔與冷指9相連通，且出料通孔低于送料通孔設置。本實施例中，所述進料通孔位于坩堝5軸線上方，出料通孔位于坩堝5軸線下方。
[0026]本設備安裝時，先將石墨塊4卡入進料端水冷銅模2中，進料通道位于軸線上方并與進料端水冷銅模2中的進料通道對齊；將坩堝5的開口端套在石墨塊4上，旋轉坩堝5，使其上延伸的成型導管11位于坩堝6的軸線下方；在進料端水冷銅模2上設置石英管8，兩者之間設置有橡膠圈3，出料端水冷銅模12上先固定冷指9，最后進行對接，石英管8安裝于出料端水冷銅模12上，兩者之間設置橡膠圈3，冷指9與成型導管11對接。
[0027]進料通道由石墨塊4和進料端水冷銅模2中的兩段內部通孔組成，且水平位于坩堝的軸線上方；出料通道實質上由定型導管11、冷指9和出料端水冷銅模12中的三段內部通孔組成，且水平位于坩堝的軸線下方。
[0028]工作時:桿狀原料經進料通道進入石墨坩堝；引晶絲經送料通道從反方向進入坩堝；啟動感應加熱系統，加熱坩堝至高于金屬熔點約200度的溫度；啟動送料系統，將桿狀原料通過送料通道連續送入坩堝6并熔化；當石墨坩堝內腔中的液態金屬達到一定要求的程度后，啟動牽引系統，液態金屬經成型導管11成型，再經冷指9定型(液固界面大致位于冷指的左端)，最后通過出料端水冷銅模12上的出料通道將引晶絲緩慢拉出。
[0029]以下提供一個具體實施例:Φ2πιπι單晶銅線材的制備:
[0030]a)準備導流口為Φ2πιπι的石墨坩堝和內徑為Φ2πιπι的冷凝器，將各組件按上述方法安裝。
[0031]b)啟動感應加熱系統加熱石墨坩堝至1300度左右，啟動送料系統，以30mm/min的速度將Φ6πιπι的無氧紫銅桿連續送入坩堝熔化。
[0032]c)送料4min后，啟動牽引系統，將引晶絲緩慢引出。將引絲速度緩慢調節到既定速度100mm/min,送料速度調至llmm/min,使送料、牽引速度相互匹配。
[0033]本實用新型的內容不限于實施例所列舉，本領域普通技術人員通過閱讀本實用新型說明書而對本實用新型技術方案采取的任何等效的變換，均為本實用新型的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種制備小直徑金屬單晶線材的裝置，包括進料端水冷銅模(2)、出料端水冷銅模(12)、石英管(8)、加熱裝置(7)和冷指(9)，石英管(8)內部設置有固液轉化裝置，其特征在于:所述固液轉化裝置由石墨塊(4)、?甘禍(5)和冷指(9)構成,石墨塊(4)的一端嵌設固定于進料端水冷銅模(2)內側，另一端與i甘禍(5)的開口端聯接,石墨塊(4)與進料端水冷銅模(2)的內部水平設置有相互貫通的進料通孔，進料通孔與坩堝(5)內腔連通，所述坩堝(5)上方開有溢出口(13);在坩堝(5)的封口端的偏心位置上延伸設置有與其內腔連通的成型導管(11)，該成型導管(11)與冷指(9)的一端相連通，冷指(9)的另一端嵌設固定于出料端水冷銅模(12)內側，出料端水冷銅模(12)內部水平設置有出料通孔，所述出料通孔與冷指(9)相連通，且出料通孔低于送料通孔設置。
2.根據權利要求1所述的制備小直徑金屬單晶線材的裝置，其特征在于:所述進料通孔位于坩堝(5)軸線上方，出料通孔位于坩堝(5)軸線下方。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的制備小直徑金屬單晶線材的裝置，其特征在于:所述坩堝(5)的開口端套設于石墨塊(4)的端部。
4.根據權利要求3所述的制備小直徑金屬單晶線材的裝置，其特征在于:所述成型導管(11)與冷指(9)為錐形配合。
【文檔編號】B22D11/00GK204075109SQ201420517061
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月10日 優先權日:2014年9月10日
【發明者】李炳, 范新會, 王鑫, 楊珂, 陳建 申請人:西安工業大學