一种玻璃包覆悬浮深过冷快速定向凝固装置及其凝固方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106903266A(43)申请公布日2017.06.30(21)申请号201710287385.8(22)申请日2017.04.27(71)申请人郑州大学地址450001河南省郑州市高新技术开发区科学大道100号(72)发明人王成铎李松杰孙玉福张少军(74)专利代理机构郑州大通专利商标代理有限公司41111代理人李秋红(51)Int.Cl.B22C9/06(2006.01)B22D27/04(2006.01)B22D1/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种玻璃包覆悬浮深过冷快速定向凝固装置及其凝固方法(57)摘要本发明公开了一种玻璃包覆悬浮深过冷快速定向凝固装置及其凝固方法。凝固装置包括封闭炉体，封闭炉体内设有玻璃管、玻璃管夹持器、滚珠丝杠、感应加热器、隔热模壳和水冷铜模。将封闭炉体内的玻璃管置于夹持器上，夹持器由滚珠丝杠带动；玻璃管内装有合金原料，玻璃管封闭端处于加热器内轴线位置上；安装后将封闭炉体抽真空并充入氩气；启动加热器的电源加热使合金原料悬浮熔化，并净化合金熔体，继续加热使合金熔体过热；调低加热器的电流得到深过冷合金熔体；深过冷合金熔体在重力的作用下进入由水冷铜模和隔热模壳形成的型腔，实现块体样品的快速单向生长。本发明操作过程不使用昂贵的Ga-In-Sn液态合金，生产成本低，操作简单方便。CN106903266ACN106903266A权利要求书1/2页1.一种玻璃包覆悬浮深过冷快速定向凝固装置，其特征在于：所述深过冷快速定向凝固装置包括封闭炉体（1），封闭炉体（1）内设有一端封闭的玻璃管（2）、玻璃管夹持器（3）、滚珠丝杠（4）、感应加热器（5）、隔热模壳（6）和水冷铜模（7）；所述感应加热器（5）的上方设有一端封闭的玻璃管（2），玻璃管（2）通过玻璃管夹持器（3）控制上下移动，玻璃管夹持器（3）由滚珠丝杠（4）带动；在感应加热器（5）的下方设有隔热模壳（6），隔热模壳（6）下部设有水冷铜模（7）；所述隔热模壳（6）和水冷铜模（7）形成型腔。2.根据权利要求1所述的玻璃包覆悬浮深过冷快速定向凝固装置，其特征在于：所述玻璃管（2）为高硼硅玻璃管；玻璃管（2）内装有合金原料。3.根据权利要求2所述的玻璃包覆悬浮深过冷快速定向凝固装置，其特征在于：所述高硼硅玻璃管（2）的外直径为6～20mm，壁厚为0.5～3mm。4.根据权利要求1所述的玻璃包覆悬浮深过冷快速定向凝固装置，其特征在于：所述感应加热器（5）由铜管绕制而成，呈圆锥形。5.根据权利要求4所述的玻璃包覆悬浮深过冷快速定向凝固装置，其特征在于：所述感应加热器（5）的感应线圈匝数为3～6匝，圆锥形的锥角为60～150°。6.根据权利要求1所述的玻璃包覆悬浮深过冷快速定向凝固装置，其特征在于：所述水冷铜模（7）呈盘形。7.一种利用权利要求1所述凝固装置进行玻璃包覆悬浮深过冷快速定向凝固方法，其特征在于，所述凝固方法包括以下步骤：a、将封闭炉体内部一下端封闭的玻璃管置于玻璃管夹持器上，玻璃管夹持器由滚珠丝杠带动；玻璃管内装有常规合金原料，玻璃管封闭端处于感应加热器内轴线位置上；各设备安装后将封闭炉体抽真空至10-3Pa，然后充入氩气至5×104Pa；b、启动感应加热器电源，提高感应加热器的电流至60～120A，玻璃管内的合金原料悬浮熔化，玻璃管与合金原料接触的部分逐渐软化并净化合金熔体；继续提高感应加热器的电流至100～150A，在此电流条件下合金熔体过热，保温2～4min；c、保温后降低感应加热器的电流至60～120A，在此电流条件下降低合金熔体的温度保温2～4min分钟；降温后再次提高感应加热器的电流至100～150A，使玻璃管内的合金熔体进行第二次过热，在此电流条件下保温2～4min分钟；d、步骤c第二次保温后，调低感应加热器的电流至60～110A，得到深过冷合金熔体；e、在步骤b至步骤d循环过热过程中以1mm·min-1的速度上下移动玻璃管夹持器的位置，使合金熔体处于玻璃管内的适当位置；最后关闭感应加热器电源，玻璃管内的深过冷合金熔体在重力的作用下进入下方由水冷铜模和隔热模壳形成的型腔，实现块体样品的快速单向生长，得到圆盘状样品。8.根据权利要求7所述的玻璃包覆悬浮深过冷快速定向凝固方法，其特征在于：所述玻璃管为高硼硅玻璃管，高硼硅玻璃管的外直径为6～20mm，壁厚为0.5～3mm；玻璃管内装有常规合金原料。9.根据权利要求7所述的玻璃包覆悬浮深过冷快速定向凝固方法，其特征在于：所述感应加热器由铜管绕制而成，呈圆锥形；所述感应加热器的感应线圈匝数为3～6匝，圆锥形的锥角为60～150°。2CN106903266A权利要求书2/2页10.根据权利要