[實用新型]一種用于制備偏晶合金殼型復合組織粉末的設備

無效

• 申請號: 200620093333.4
• 申請日: 2006-09-20
• 公開（公告）號: CN200984642Y
• 公開（公告）日: 2007-12-05
• 發明（設計）人: 趙九洲
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B22F9/00
• 分類號: B22F9/00;B01J2/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術領域

本實用新型屬于偏晶型合金粉末制備技術，具體地說是一種用于制備偏晶合金殼型復合組織粉末的設備。

背景技術

偏晶型合金的示意相圖如圖1所示。該類合金在液態存在著組元不混溶溫度區間(L₁+L₂)。當均一的合金熔體冷卻到L₁+L₂區內時，它將發生液-液相變(L→L₁+L₂)。該類合金十分廣泛，其中許多具有特殊的力學和物理性能，在工業上具有很好的應用前景，因此其研究吸引了越來越多人的注意。為了深入認識該類合金的凝固特性，國內外材料科學工作者，先后在地面和空間微重力條件下做了大量的實驗研究工作，并開展了廣泛的理論模擬。研究發現，在用氣體霧化方法制備偏晶合金粉末時，經常會得到具有表層23和核心24的殼型組織粉末，如圖2a-b所示。這種粉末在工業上具有重要的用途。例如，具有低熔點表層、高強高導電內層復合組織的合金粉末是理想的電子工業高性能焊料，即能保證具有優良的焊接性能，又能保證焊點具有高強高導電特性，可以大幅度地提高集成電路的性能。

這種殼型組織的形成機理一直被列為科學之謎。近來，申請人研究發現該類組織的形成是由液-液相變過程中彌散相(先析出液相)在霧化液滴表面發生異質形核造成的。所謂的異質形核就是指彌散相依附于外來雜質或表面進行形核的過程，它與均質形核相對應，均質形核是指在均一無雜質熔體內自發形核的過程。與均質形核相比，異質形核較容易進行。

實用新型內容

本實用新型提出一種利用表面觸發形核技術制備偏晶合金殼型復合組織粉末的設備。其目的是利用表面觸發形核技術，使彌散相在霧化液滴表面較容易形核，因此，在霧化液滴冷卻過程中，在較小的過飽和度下彌散相就開始在霧化液滴表面形核，且形核速率很高。這使得在整個凝固過程中，霧化液滴表面都具有較低的過飽和度，從而，溶質不斷向液滴表面進行擴散遷移，促使具有殼型復合組織粉末的形成。

本實用新型的技術方案是：

一種用于制備偏晶合金殼型復合組織粉末的設備，包括自上而下設置的液滴產生裝置、液滴充電裝置、艙體，液滴產生裝置包括坩堝爐、對自坩堝爐底部導流孔流出的熔體液流振蕩的激振裝置、液滴充電裝置，液滴充電裝置安裝于坩堝爐底部熔體出口處，艙體內設有測定液滴溫度的紅外測溫儀、形核觸發裝置及形核觸發裝置位置調整機構，形核觸發裝置及形核觸發裝置位置調整機構包括可以產生電子束或離子束的觸發器、與觸發器對應并產生液滴觸發束的靶材、調整觸發器和靶材位置的滑塊絲杠、電機。

所述的用于制備偏晶合金殼型復合組織粉末的設備，在激振裝置上方設有水冷循環系統，坩堝爐上方通過管道連有對坩堝爐內熔體施加壓力的充氣系統。

所述的用于制備偏晶合金殼型復合組織粉末的設備，激振裝置采用激振桿置于坩堝爐內的熔體中。

所述的用于制備偏晶合金殼型復合組織粉末的設備，坩堝爐底部開設有導流孔，坩堝爐內設用于測量坩堝爐內熔體溫度的熱電偶。

所述的用于制備偏晶合金殼型復合組織粉末的設備，艙體內設用于測量液滴速度的攝像測速裝置和用于測量液滴溫度的紅外測溫儀。

所述的用于制備偏晶合金殼型復合組織粉末的設備，艙體連有真空泵和充氣系統。

所述的用于制備偏晶合金殼型復合組織粉末的設備，在坩堝爐頂部設置觀察窗和觀察用攝像頭。

所述的用于制備偏晶合金殼型復合組織粉末的設備的應用，具體步驟如下：

(1)用坩堝爐熔化偏晶合金，并使合金熔體溫度升至組元互溶溫度以上，保溫形成均一熔體；

(2)向坩堝爐內充氣，迫使液態金屬自導流孔流出，通過使用激振裝置使液流在激振波的作用下霧化成尺寸均一的液滴，采用液滴充電裝置對液滴施加電場，形成的液滴帶有同種電荷，相互排斥，不會發生液滴間碰撞合并現象；

(3)在液滴下落過程中，用紅外測溫儀測定液滴溫度，根據所測得的溫度，確定觸發器和靶材的位置，要保證當液滴溫度降至組元液態互溶溫度線以下時即開始觸發形核；

(4)在液-液相變過程中，通過觸發器產生的電子束或離子束擊打于靶材上，使靶材產生觸發束，對液滴進行觸發形核，觸發形核的結果是彌散相在液滴表面形核，液滴內部的溶質向液滴表面擴散，導致彌散相富集層或殼型復合組織的形成。

所述的用于制備偏晶合金殼型復合組織粉末的設備的應用，靶材選用對應于彌散相的純組元。

本實用新型的有益效果是：