[發明專利]一種無卷氣鋅-氮化硅熔體的高效攪拌方法及裝置

在審

• 申請號: 201810011855.2
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108203769A
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 張鵬;張偉一;杜云慧;王玉潔
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C18/00;C22C32/00;B01F13/08
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 謝建玲;郝亮

1.一種無卷氣鋅-氮化硅熔體的高效攪拌方法，其特征在于，采用內壁布有直葉片的變體積石墨坩堝與高速電磁攪拌相結合方式對鋅-氮化硅熔體進行攪拌；利用變體積石墨坩堝，通過減小石墨坩堝的體積，排空石墨坩堝中熔體上部的全部氣體，并且在熔體與外界氣體完全隔絕的條件下，即沒有氣體源的條件下，進行熔體的攪拌，進而從根源上避免熔體卷氣；利用高速電磁攪拌，在無卷氣束縛的情況下，使鋅-氮化硅熔體產生周向高速攪拌運動，利用石墨坩堝內壁上的直葉片，不斷地將內部的鋅-氮化硅熔體移到周圍、將上部的鋅-氮化硅熔體移到下部，進而阻止氮化硅顆粒的上浮和中央偏聚運動，從而高效率地得到無卷氣的氮化硅顆粒均勻分布的鋅-氮化硅熔體，包括以下步驟：

步驟1，制備鋅-氮化硅熔體，溫度控制在550℃；

步驟2，將上述鋅-氮化硅熔體倒入石墨坩堝中，石墨坩堝的預熱溫度為550℃，由其壁內的加熱管實現預熱；

步驟3，啟動上下移動裝置，將體積調整頭下端的外螺紋降到石墨坩堝上沿兒的內螺紋處，關閉上下移動裝置；啟動體積調整頭的驅動裝置，將體積調整頭的外螺紋旋入石墨坩堝的內螺紋內，當鋅-氮化硅熔體開始沿著封塞的圓臺與漏斗形放氣口之間的間隙、從封塞的長方平板的下部溢出時，關閉體積調整頭的驅動裝置；順時針擰緊緊固螺釘，將漏斗形放氣口封住，使熔體與外界氣體完全隔絕；

步驟4，接通熱電偶，利用熱電偶向外部電源與冷卻液供給系統輸入信息，調節加熱管和冷卻管，使鋅-氮化硅熔體的溫度穩定在550℃，啟動高速電磁攪拌裝置，對鋅-氮化硅熔體進行等溫攪拌，穩定攪拌2分鐘；

步驟5，關閉高速電磁攪拌裝置，逆時針擰松緊固螺釘，使封塞在彈簧的作用下彈起，打開堵塞即可放出鋅-氮化硅熔體，以供使用。

2.根據權利要求1所述的一種無卷氣鋅-氮化硅熔體的高效攪拌方法，其特征在于，高速電磁攪拌裝置的轉速為900～1200轉/分。

3.一種無卷氣鋅-氮化硅熔體的高效攪拌裝置，該裝置包括：高速電磁攪拌裝置、石墨坩堝2及其體積調整裝置與上下移動裝置、熱電偶11、堵塞7及底架9；其特征在于：

在石墨坩堝2的內壁上部加工有內螺紋，與體積調整頭10下端的外螺紋相互配合；石墨坩堝2的體積調整裝置由體積調整頭10、封塞13、緊固螺釘14、彈簧15和驅動裝置構成，用于實現石墨坩堝2的體積調整；體積調整頭10，材質為石墨，其上部為圓桿，下部為圓盤，在圓盤側面加工有外螺紋，與石墨坩堝2內壁上部的內螺紋相互配合；在圓盤上設有漏斗形放氣口12；封塞13的長方平板左下部帶有與體積調整頭10的圓盤等厚的圓臺，長方平板右部設有圓孔，封塞13通過右部圓孔被緊固螺釘14限制在漏斗形放氣口12內，封塞13的圓臺與漏斗形放氣口12之間有1mm的間隙；彈簧15套在緊固螺釘14的螺桿上，其作用是頂起封塞13，在體積調整頭10向下旋入使石墨坩堝2體積減小時，便于石墨坩堝2內的空氣排出；順時針旋轉緊固螺釘14頂部的長方柄兒，柄兒下面的圓盤便可將封塞13的長方平板壓貼在體積調整頭10下部圓盤的上表面，使漏斗形放氣口12封住；驅動裝置由電機18、傳動機構19和定位機構構成，用于驅動體積調整頭10向下旋入和向上旋出石墨坩堝2，是實現石墨坩堝2體積調整的關鍵裝置；傳動機構19由渦輪與蝸桿、齒輪與齒輪傳動構成；定位機構位于體積調整頭10的圓桿上部，由上下二個軸瓦16進行橫向定位，由上下二個止推軸承17進行縱向定位；驅動裝置的電機18、傳動機構19和定位機構分別采用機械連接方式固定于導向板20上，導向板20可在固定于支架28上的導向槽24內進行上下移動；上下移動裝置由電機26、傳動機構27、連接滑板21、緩沖彈簧22、連接螺桿23構成；傳動機構27由齒條25與齒輪、渦輪與蝸桿傳動構成，齒條25的下端與連接滑板21采用機械連接方式連接；連接滑板21可在固定于支架28上的導向槽24內進行上下移動，并通過緩沖彈簧22和連接螺桿23與導向板20連接，使體積調整頭10及其驅動裝置上下移動；在承載連接螺桿23、導向板20、體積調整頭10及其驅動裝置、熱電偶11、封塞13、緊固螺釘14、彈簧15等相關零部件之后，緩沖彈簧22的壓縮量還要大于石墨坩堝2內螺紋的最大旋入深度；上下移動裝置的電機26、傳動機構27采用機械連接方式固定于支架28上。

4.根據權利要求3所述的一種無卷氣鋅-氮化硅熔體的高效攪拌裝置，其特征在于，鋅-氮化硅熔體6的上表面向上高出石墨坩堝2內螺紋的最下端的距離d為5～10mm。