[發明專利]一種氣懸浮加熱裝置

有效

• 申請號: 201811322572.6
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109520797B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 毛召召;黃金強;張金銀;蔣芳;周游;陳剛;熊良明;羅杰
• 申請（專利權）人: 長飛光纖光纜股份有限公司
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N1/44
• 代理公司: 武漢臻誠專利代理事務所(普通合伙) 42233
• 代理人: 胡星馳

本發明公開了一種氣懸浮加熱裝置，其特征在于，包括氣流系統、噴嘴、以及用于加熱的激光器；所述氣流系統，與噴嘴連接，用于輸送懸浮用氣流；所述噴嘴，用于噴出氣體，懸浮物料；所述激光器用于對物料進行加熱；所述噴嘴包括豎直方向上相對設置的上腔體和下腔體，所述上腔體為底面朝上的錐形腔體，其錐角在80°至100°之間；所述下腔體為底面朝下的錐形腔體，其錐角在60°至120°之間；所述上腔體與所述下腔體之間通過縊縮頸部相連。本發明提供的氣懸浮加熱裝置，懸浮穩定性好，能有效避免樣品與容器壁接觸，從而制備較大直徑的物料，且產品質量穩定重復性好，滿足工業化生產的要求。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，更具體地，涉及一種氣懸浮加熱裝置。

背景技術

熔體的凝固過程一直是材料科學與工程領域內最具研究價值的方向之一。一般而言，材料在熔化之后需要在一定的過冷度下才能進行凝固，發生固-液相變。在對材料常規的熱處理過程中，過冷熔體自身熱力學的不穩定性使得它極易受與之接觸的容器壁誘導作用而發生快速的異質形核過程，而掩蓋了熔體本征動力學特性的發揮，因而無法對材料的凝固過程進行有效調控。

無容器技術起源于地面對微重力環境的需求，逐步發展了包括電磁懸浮、聲懸浮、光懸浮、靜電懸浮、氣懸浮、落管(落塔)實驗等技術。利用無容器技術，可以實現在熔體凝固過程中樣品與容器的分離，大大降低容器誘導熔體異質成核的影響，對熔體凝固過程的本征特性進行直接研究和調控，因而在研究和開發新型功能材料方面有著十分重要的意義。對于現有的無容器技術而言，電磁懸浮的加熱和懸浮不能獨立進行；光懸浮和聲懸浮的懸浮力較弱，懸浮穩定性受溫度影響較大；靜電懸浮需要復雜的反饋系統才能實現穩定懸??；落管(落塔)實驗中，樣品懸浮時間短，不可調控，加熱也受到很大限制。氣懸浮利用氣流壓力來平衡樣品重力而實現無容器狀態，懸浮和加熱過程可以獨立控制，幾乎可以對所有材料進行懸浮和加熱凝固，因而是調控熔體凝固過程來開發新型功能材料的理想無容器技術。

專利US 5215688公布了一種呈凹形分布的多氣管氣懸浮裝置，控制徑向氣管流量大小，實現樣品穩定懸浮。專利US 6967011公開了一種利用倒錐形噴嘴及單一CO₂激光器為加熱源來實現樣品懸浮加熱的裝置，實現了最高熔點約為2000℃Fe₂B的懸浮凝固。國內無容器技術以電磁懸浮、磁懸浮、落管法、超聲懸浮為主，而對于氣懸浮的專利較少，目前發展的氣懸浮無容器裝置還存在以下的缺點：

①樣品在懸浮熔融凝固過程中容易與容器壁接觸，懸浮穩定性差，使得無容器狀態受到破壞，無容器優勢無法得到體現。樣品主要依靠在重力方向上的氣流壓力來平衡重力，控制手段有限，如果樣品偏離平衡位置，其他方向上沒有力來使樣品恢復到平衡位置，而與容器壁發生接觸，無法穩定懸浮。

②樣品加熱和冷卻速度手動控制，氣懸浮受溫度波動影響，穩定性差，同時溫度波動影響直接導致所制備樣品的重復一致性差。由于熔體的加熱冷卻速度會嚴重影響材料組織的種類和分布，進而影響所制備材料性能的發揮，不能滿足工業應用對材料重復一致性的要求。

③由于懸浮穩定性差，因此目前氣懸浮能制備的材料體積非常有限，通常在直徑3mm以下，滿足不了工業應用的需求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種氣懸浮加熱裝置，其目的在于通過對氣懸浮加熱裝置的噴嘴結構優化設計，改進噴嘴產生的流動氣體，從而增強氣懸浮穩定性，控制物料不與容器壁接觸，提高適用的物料的量，達到工業化應用的要求，由此解決現有技術懸浮穩定性差、一致性不佳、制備材料體積有限的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種氣懸浮加熱裝置，包括氣流系統、噴嘴、以及用于加熱的激光器；

所述氣流系統，與噴嘴連接，用于輸送懸浮用氣流；所述噴嘴，用于噴出氣體，懸浮物料；所述激光器用于對物料進行加熱；