一種石墨擴散臺的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種石墨擴散臺，其特征是設置圓柱體基座是以左側板與底座為一體成“L”形下半基座，以右側板與頂部蓋板為一體成倒扣的“L”形上半基座；由下半基座和上半基座構成的圓柱體基座在腰部形成一矩形腔；設置擴散單元是在矩形腔中，一矩形固定塊固定設置在底座上，一滑動剪切塊放置在矩形固定塊與頂部蓋板之間，并且能夠以矩形腔為導向沿徑向滑動；在固定塊上分別設置第一下柱腔和第二下柱腔；在滑動剪切塊上分別設置第一上柱腔和第二上柱腔。本發明有效提高了對孔精度，消除合金熔體在擴散的過程中自由表面對擴散系數的影響，進而提高擴散系數的測量精度。
【專利說明】一種石墨擴散臺
【技術領域】
[0001]本明涉及一種基于滑動剪切原理的石墨擴散臺，尤其是用于二元或多元合金或其它非金屬材料在熔融狀態下互擴散系數的測量。
【背景技術】
[0002]金屬熔體的擴散行為在熔體的凝固過程中扮演重要角色，是影響晶體形核和長大過程的關鍵動力學參數。改變熔體的擴散系數能夠直接改變凝固組織的成分分布和微觀形貌，因此，金屬熔體的擴散系數也是進行金屬材料設計的必備參數之一。考慮到金屬熔體是一類特殊的無序結構體系，其結構相對簡單，可以用硬球密堆積模型來描述，因此研宄這樣一種體系的質量輸運性質，有助于深入認識無序態系統的傳質過程的一般規律。對于某些獨特的合金體系，其熔體的擴散行為相應地表現出特殊性，例如，在塊體金屬玻璃合金熔體中，其擴散系數比一般簡單金屬熔體小2-3個數量級，表現出典型的慢的擴散行為，因此研宄熔體的擴散系數也是認識合金熔體性質的重要方面。從1855菲克擴散定律的發現和1905年愛因斯坦發表的關于布朗運動的論文以來，人們對液體擴散現象的研宄已經有一百多年的歷史了，但人們對液態金屬擴散行為的研宄只有幾十年的時間，測量技術和理論都不成熟。比如，用不同的方法測量同一體系的擴散系數往往差異很大，有的差別甚至超過一倍。
【發明內容】
[0003]本發明是為了避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種石墨擴散臺，以提高對孔精度，消除合金熔體在擴散的過程中自由表面對擴散系數的影響，進而提高擴散系數的測量精度。
[0004]本發明為解決技術問題采用如下技術方案:
[0005]本發明一種石墨擴散臺，其結構特點是
[0006]設置圓柱體基座，是以左側板與底座為一體成“1/’形下半基座，以右側板與頂部蓋板為一體成倒扣的“1/’形上半基座；由所述下半基座和上半基座構成的圓柱體基座在腰部形成一矩形腔，所述矩形腔在所述圓柱體上沿徑向貫通；
[0007]設置擴散單元，是在所述矩形腔中，一矩形固定塊固定設置在底座上，一滑動剪切塊放置在所述矩形固定塊與頂部蓋板之間，并且能夠以所述矩形腔為導向沿徑向滑動；在所述固定塊上分別設置第一下柱腔和第二下柱腔；在所述滑動剪切塊上分別設置第一上柱腔和第二上柱腔；
[0008]所述第一下柱腔、第二下柱腔、第一上柱腔和第二上柱腔分布各自不同位置上，通過移動所述滑動剪切塊獲得如下兩個不同的狀態位:
[0009]狀態位一:第一下柱腔和第一上柱腔處在同軸位置、上下對接成一連通腔作為擴散樣品腔；第二下柱腔和第二上柱腔處在同軸位置、上下對接成一連通腔作為樣品腔；
[0010]狀態位二:第一下柱腔和第二上柱腔處在同軸位置、上下對接成一連通腔作為對接擴散樣品腔；第二下柱腔由滑動剪切塊的底部端面封閉；第一上柱腔由固定塊的頂部端面封閉。
[0011]本發明石墨擴散臺，其結構特點也在于:在所述擴散樣品腔中，自腔底部至腔頂部依次為底層石墨氈、2.厚的下層石墨片、擴散樣品和頂層石墨氈，處在第一下柱腔中的擴散樣品延伸在第一上柱腔中；在所述樣品腔中，自腔底部至腔頂部依次為下層石墨氈、石墨柱、樣品、厚的墊片樣品、的上層石墨片、上層石墨氈和厚的頂層石墨片，處在第二上柱腔中的樣品延伸在第二下柱腔中。
[0012]本發明石墨擴散臺，，其結構特點也在于:在所述底座上，與所述固定塊中的第一下柱腔處在相應位置上設置有中心圓柱凹槽，所述底層石墨氈和厚的下層石墨片置于所述中心圓柱凹槽中。
[0013]本發明石墨擴散臺，，其結構特點也在于:所述滑動剪切塊在一端向下延伸有限位檔塊，以所述限位檔塊的內側平面為限位面，以所述限位面抵于固定塊上的對應限位平面形成滑動限位。
[0014]與已有的技術相比，本發明效果體現在:
[0015]1、本發明石墨擴散臺結構合理，易于裝配，能保證裝配精度，剪切前后對接準確，有效提高測量精度。
[0016]2、本發明在擴散樣品腔和樣品腔中，針對擴散樣品和樣品分別在底部和頂面設置石墨氈、石墨片等填充物，形成加壓效果，有效減小了擴散過程中自由表面上的表面張力對擴散系統的影響，對于提高測量精度具有尤其顯著的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明整體裝配圖外觀；
[0018]圖2為本發明石墨擴散臺的爆炸圖；
[0019]圖33為本發明石墨擴散臺樣品在對接前示意圖；
[0020]圖36為本發明石墨擴散臺樣品在對接后示意圖；
[0021]圖如為利用本發明進行測量過程中的對接完好的樣品電鏡圖；
[0022]圖46為采用已有技術進行測量的過程中的對接完成的樣品電鏡圖；
[0023]圖5 是在互擴散系數時間依賴關系圖。
[0024]圖中標號:1鎢棒，2緊固螺釘，3連接塊，4陶瓷管，5上半基座，53頂部蓋板，6限位檔塊，60滑動剪切塊，7限位平面，70固定塊，8下半基座，&!底座，11底層石墨氈，12下層石墨片，13擴散樣品，14不銹鋼棒，15頂層石墨租，16下層石墨租，17石墨柱、18樣品，19塾片樣品，20上層石墨片，21上層石墨租，22頂層石墨片，23?擴散樣品腔，236樣品腔，230對接擴散樣品腔。
【具體實施方式】
[0025]參見圖2、圖％和圖3比本實施例中石墨擴散臺的結構形式是:
[0026]設置圓柱體基座，是以左側板與底座&!為一體成“I”形下半基座8，以右側板與頂部蓋板53為一體成倒扣的“1/’形上半基座5 ；由下半基座8和上半基座5構成的圓柱體基座在腰部形成一矩形腔，矩形腔在圓柱體上沿徑向貫通。
[0027]設置擴散單元，是在矩形腔中，一矩形固定塊7。利用不銹鋼棒14固定設置在底座88上；一滑動剪切塊6。放置在矩形固定塊7。與頂部蓋板53之間，并且能夠以矩形腔為導向沿徑向滑動；在固定塊7^上分別設置第一下柱腔和第二下柱腔；在滑動剪切塊5上分別設置第一上柱腔和第二上柱腔。
[0028]第一下柱腔、第二下柱腔、第一上柱腔和第二上柱腔分布各自不同位置上，通過移動滑動剪切塊6^獲得如下兩個不同的狀態位。
[0029]如圖33所示的狀態位一:第一下柱腔和第一上柱腔處在同軸位置、上下對接成一連通腔作為擴散樣品腔233 ；第二下柱腔和第二上柱腔處在同軸位置、上下對接成一連通腔作為樣品腔231狀態位一是作為預熱狀態，在預熱狀態下擴散樣品腔233和樣品腔236是彼此分離的狀態。
[0030]如圖36所示的狀態位二:第一下柱腔和第二上柱腔處在同軸位置、上下對接成一連通腔作為對接擴散樣品腔23^ ；第二下柱腔由滑動剪切塊6^的底部端面封閉；第一上柱腔由固定塊7^的頂部端面封閉，狀態位二是作為擴散和冷卻狀態位。
[0031]本實施例中，如圖2所示，在擴散樣品腔中，自腔底部至腔頂部依次為底層石墨氈11、2皿厚的下層石墨片12、擴散樣品13和頂層石墨氈15，處在第一下柱腔中的擴散樣品13延伸在第一上柱腔中；在樣品腔中，自腔底部至腔頂部依次為下層石墨氈16、高度為
1.5111111的石墨柱17、樣品厚的墊片樣品的上層石墨片20、上層石墨租21和
厚的頂層石墨片22，處在第二上柱腔中的樣品18延伸在第二下柱腔中，其中，墊片樣品19是直徑和高度均為3皿的金屬片，與樣品18為相同材質。這一結構形成加壓效果，有效減小了擴散過程中自由表面上的表面張力對擴散系統的影響，對于提高測量精度具有尤其顯著的效果。圖5是在互擴散系數的實驗，從圖5中擴散系數的時間依賴關系可以看出，所有經過加壓的實驗隨著保溫時間的增加擴散距離也有序的增加。并且所有的擴散距離在誤差范圍內都能進行線性擬合。圖5中所示圓點是實驗中沒有加壓所測量的，其明顯偏離了加壓的數據。這表明通過加壓可以減小擴散過程中一些自由表面引起的對流對擴散系數的影響。
[0032]具體實施中，相應的結構設置還包括在:
[0033]如圖2所示，在底座83上，與固定塊7(3中的第一下柱腔處在相應位置上設置有中心圓柱凹槽，底層石墨租11和2111111厚的下層石墨片12置于中心圓柱凹槽中。
[0034]如圖1和圖2所示，滑動剪切塊60在一端向下延伸有限位檔塊6，以限位檔塊6的內側平面為限位面，以限位面抵于固定塊70上的對應限位平面7形成滑動限位。
[0035]如圖1所示，本實施例中的加熱單元是在石墨擴散臺的外部裝配加熱組件，包括鎢棒1，在鎢棒1上套裝有陶瓷管4，各鎢棒之間通過連接塊3和緊固螺釘2進行固定。
[0036]本實施例中的圓柱體基座以其“I”形下半基座8和倒“I”形上半基座5分體設置，極大地方便了裝配，并提高了可操作性。本實施例中將石墨擴散臺放置滑塊和固定塊部分的高度加上一定的正偏差，上下石墨擴散臺的固定是通過石墨擴散臺上下底座的孔用剛玉管進行頂緊，這樣在實驗過程中滑塊都能順利推過去。
[0037]圖仙為采用已有設備進行對接實驗的過程中樣品對接形成錯位的現象，由于對接錯位，樣品的有效擴散截面積減小，這將導致所測量的擴散系數比真實的擴散系數要小。圖4?所不為利用本實施例中石墨擴散臺進彳丁測量的對接完好的樣品電鏡圖，從圖4?中可以看出本實施例中對接處錯位現象明顯改善。
【權利要求】
1.一種石墨擴散臺，其特征是: 設置圓柱體基座，是以左側板與底座(8a)為一體成“L”形下半基座(8)，以右側板與頂部蓋板(5a)為一體成倒扣的“L”形上半基座(5);由所述下半基座(8)和上半基座(5)構成的圓柱體基座在腰部形成一矩形腔，所述矩形腔在所述圓柱體上沿徑向貫通； 設置擴散單元，是在所述矩形腔中，一矩形固定塊(7c)固定設置在底座(8a)上，一滑動剪切塊^c)放置在所述矩形固定塊(7c)與頂部蓋板(5a)之間，并且能夠以所述矩形腔為導向沿徑向滑動；在所述固定塊(7c)上分別設置第一下柱腔和第二下柱腔；在所述滑動剪切塊(5)上分別設置第一上柱腔和第二上柱腔； 所述第一下柱腔、第二下柱腔、第一上柱腔和第二上柱腔分布各自不同位置上，通過移動所述滑動剪切塊(6c)獲得如下兩個不同的狀態位: 狀態位一:第一下柱腔和第一上柱腔處在同軸位置、上下對接成一連通腔作為擴散樣品腔(23a);第二下柱腔和第二上柱腔處在同軸位置、上下對接成一連通腔作為樣品腔(23b)； 狀態位二:第一下柱腔和第二上柱腔處在同軸位置、上下對接成一連通腔作為對接擴散樣品腔(23c);第二下柱腔由滑動剪切塊(6c)的底部端面封閉；第一上柱腔由固定塊(7c)的頂部端面封閉。
2.根據權利要求1所述的石墨擴散臺，其特征是:在所述擴散樣品腔中，自腔底部至腔頂部依次為底層石墨租(11)、2mm厚的下層石墨片(12)、擴散樣品(13)和頂層石墨租(15)，處在第一下柱腔中的擴散樣品(13)延伸在第一上柱腔中；在所述樣品腔中，自腔底部至腔頂部依次為下層石墨租(16)、石墨柱(17)、樣品(18)、3mm厚的墊片樣品(19)、lmm的上層石墨片(20)、上層石墨氈(21)和2mm厚的頂層石墨片(22)，處在第二上柱腔中的樣品(18)延伸在第二下柱腔中。
3.根據權利要求1所述的石墨擴散臺，其特征是:在所述底座(8a)上，與所述固定塊(7c)中的第一下柱腔處在相應位置上設置有中心圓柱凹槽，所述底層石墨氈(11)和2mm厚的下層石墨片(12)置于所述中心圓柱凹槽中。
4.根據權利要求1所述的石墨擴散臺，其特征是:所述滑動剪切塊^c)在一端向下延伸有限位檔塊￠)，以所述限位檔塊￠)的內側平面為限位面，以所述限位面抵于固定塊(7c)上的對應限位平面(7)形成滑動限位。
【文檔編號】G01N13/00GK104483241SQ201410816423
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月23日 優先權日:2014年12月23日
【發明者】張博, 宛波, 鐘浪祥 申請人:合肥工業大學