專利名稱：電磁驅動液淬定向凝固結晶器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種制造優良性能材料和工件的定向凝固裝置。
定向凝固技術是本世紀五十年代發展起來的，現已廣泛用于制造各種優良性能材料和零部件，如飛機發動機上渦輪葉片等。在該項技術中，為了更好的控制材料和工件的性能，深入分析定向凝固的微觀機制，常需要采用液淬的手段，保留在定向凝固條件下結晶前沿形態。這就需要在定向凝固裝置中具備兩種運動機制一是勻速的定向運動；二是液淬急冷所需的快速運動。而目前的定向凝固技術中采用的液淬方法主要是用手直接抽拉或通過手動機械裝置間接抽拉，其結果使得連續勻速運動和快速抽拉運動不能夠相互獨立，從而存在以下弊端一是操作時間不能夠精確控制，這是受控制方式和入的反應速度所限，一般需要3-5秒；二是液淬位置不易精確控制，因為不同的人或同一個人不同的時間抽拉的幅度不可能完全一致；三是操作不具有重復性；四是很難在真空條件下實現液淬。
本實用新型發明創造的目的是針對現有技術中存在上述問題，而發明創造一種電磁驅動液淬定向凝固結晶器，它能夠使勻速定向運動和液淬快速運動有機地結合起來，通過電機和減速部件實現勻速定向運動，通過電磁驅動電磁鐵而實現液淬快速運動，而且這兩種運動可以相互獨立的控制。
為了實現本發明創造的目的，本實用新型主要技術方案如下
本實用新型由加熱與冷卻機構，電磁驅動液淬快速運動機構和定向勻速運動機構三部分組成。電磁驅動液淬快速運動機構位于加熱與冷卻機構，定向勻速運動機構兩者之間，它由銜鐵，銜鐵隔離層，線圈，鐵芯，彈簧和線圈框組成。銜鐵上端與結晶器相連，下端與彈簧相接，彈簧位于鐵芯中間空處，其下端與鐵芯固接，在鐵芯外面有線圈框和線圈，鐵芯下端與絲桿相連。
本實用新型與現有技術比較其優點有1、液淬時間可以精確控制，基本上是線圈上電源開關閉合時間，反應時間小于0.1秒，比手動操作要快的多；2、液淬位置可以精確控制；3、操作極其容易且具有重復性；4、可以方便的將電磁驅動液淬定向凝固結晶器除減速器和電機外，其余部分可全部置于真空室內，而真空條件又是提高材料和工件性能的有利措施；5、本實用新型可使連續勻速定向運動和液淬快速運動有機地結合起來，而且這兩種運動可以相互獨立地控制。
附圖
圖1、電磁驅動液淬定向凝固結晶器結構示意圖。
圖2、電磁驅動液淬快速運動機構示意圖。
下面結合圖1，圖2詳細說明本實用新型的結構及工作原理。
本實用新型電磁驅動液淬定向凝固結晶器，它由加熱與冷卻機構，電磁驅動液淬快速運動機構，定向勻速運動機構三部分組成(見圖1)1、加熱與冷卻機構是由坩堝1，爐子2，液態金屬3，冷卻器4和結晶器5組成。坩堝1位于爐子2內，并裝有液態金屬3，其下端與結晶器5連接，用循環水進行冷卻。
2、電磁驅動液淬快速運動機構位于加熱與冷卻機構，定向勻速運動機構兩者之間，它由銜鐵6，銜鐵隔離層7，線圈8，鐵芯9，彈簧10和線圈框17組成(見圖2)。銜鐵6上端與結晶器5相連，下端與彈簧10相連，彈簧10位于鐵芯9中間空處，其下端固定在鐵芯9上，在鐵芯9外面有線圈框17和線圈8。其中銜鐵6和鐵芯9均為軟磁性材料，線圈框17和銜鐵隔離層7均采用非磁材料制成。而液淬距離L的選取由以下公式確定L=Lo-GK]]>其中Lo是銜鐵6的長度，G 是銜鐵6，銜鐵隔離層7，結晶器5，坩堝1，液態金屬3的總重量，K 是彈簧10的彈性系數。應使線圈8允許通過的電流I和線圈匝數密度n滿足以下公式(In)2>>8π×10-7Soμ2(KL+G)]]>其中So為線圈截面積，μ為材料的磁導率。
3、定向勻速運動機構，它由電機16，減速器15和絲桿12螺母11，傳動部件13組成。絲桿12的上端與鐵芯9相連。
本實用新型電磁驅動液淬定向凝固結晶器，除了電機16和減速器15外，其余部分均置于真空室14內。
本發明創造的定向凝固裝置中所具有的兩種運動機制連續勻速定向運動和液淬急冷所需的快速運動兩者既能有機地結合起來，而且可以相互獨立地控制。當電磁驅動液淬定向凝固結晶器在勻速運動定向凝固時，電磁驅動液淬快速運動機構不工作，僅隨絲桿12，螺母11及坩堝1，結晶器5一起勻速運動，使液態金屬3經冷卻定向凝固。當需要液淬時，啟動線圈電源18，使銜鐵6和鐵芯9快速吸合，同時使正在定向凝固著的液態金屬突然淬火，從而將該瞬間原來已凝固部分的金屬與仍為液態部分的金屬其界面形狀，位置固定下來，以供技術分析和科學研究，達到預期液淬目的。
本實用新型可廣泛用于廠礦，學校及科研院所，它是制造高性能材料和零部件的重要手段，也是液態金屬結晶過程研究的重要科學方法。
權利要求1.電磁驅動液淬定向凝固結晶器，它包括由坩堝1，爐子2，液態金屬3，冷卻器4和結晶器5所組成的加熱與冷卻機構和由電機16，減速器15，傳動部件13所組成的定向勻速運動機構，其特征在于它還包括電磁驅動液淬快速運動機構，該機構位于加熱與冷卻機構和定向勻速運動機構兩者之間，它由銜鐵6，銜鐵隔離層7，線圈8，鐵芯9，彈簧10和線圈框17組成，銜鐵6上端與結晶器5相連，下端與彈簧10相接，彈簧10位于鐵芯9中間空處，其下端固定在鐵芯9上，在鐵芯9外面有線圈框17和線圈8。
2.按照權利要求1所說的電磁驅動液淬定向凝固結晶器，其特征在于所說的銜鐵6和鐵芯9均為軟磁性材料。
3.按照權利要求1所說的電磁驅動液淬定向凝固結晶器，其特征在于所說的線圈框17和銜鐵隔離層7均為非磁性材料。
4按照權利要求1所說的電磁驅動液淬定向凝固結晶器，其特征在于液淬距離L的選取由下式確定，L=Lo-GK]]>其中Lo為銜鐵6的長度，G 為銜鐵6，銜鐵隔離層7，結晶器5，坩堝1，液態金屬3的總重量，K 為彈簧10的彈性系數。
5.按照權利要求1所說的電磁驅動液淬定向凝固結晶器，其特征在于線圈8匝數密度n和允許通過的電流I由下式確定，(I)n2>>8π×10-7Soμ2(KL+G)]]>So為線圈截面積，μ為材料磁導率。
專利摘要電磁驅動液淬定向凝固結晶器，它由加熱與冷卻機構，電磁驅動液淬快速運動機構和定向勻速運動機構三部分組成。它是制造優良性能材料和工件的重要裝置，也是深入研究液態金屬結晶過程的重要科學方法。通過電機和減速器實現勻速定向運動，通過電磁驅動電磁鐵而實現液淬快速運動，這兩種運動可以有機地結合起來，而且也可以相互獨立的控制。本實用新型可以精確控制液淬位置，操作極其容易，具有重復性，可以方便的將整機置于真空室內。
文檔編號C30B21/00GK2266604SQ9522521
公開日1997年11月5日 申請日期1995年11月7日 優先權日1995年11月7日
發明者董長星, 曹崇德, 魏炳波 申請人:西北工業大學十七系