[發(fā)明專利]超重力定向凝固熔鑄爐裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910853023.X
• 申請(qǐng)日: 2019-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN110846712A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韋華;謝亞丹;王江偉;林偉岸;張澤;陳云敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): C30B11/00
• 分類號(hào): C30B11/00;C30B30/00;C30B29/52;C22C1/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種超重力定向凝固熔鑄爐裝置，其特征在于：

所述的定向凝固熔鑄系統(tǒng)包括超重力試驗(yàn)艙(C)和安裝在超重力試驗(yàn)艙(C)中的高溫加熱子系統(tǒng)和坩堝及氣冷系統(tǒng)，高溫加熱子系統(tǒng)固定于超重力試驗(yàn)艙(C)底部，坩堝及氣冷系統(tǒng)置于高溫加熱子系統(tǒng)中；

超重力試驗(yàn)艙(C)包括艙體接口件(C1)、上密封穹頂(C2)、艙體吊耳(C3)和艙體(C7)；艙體(C7)內(nèi)部設(shè)有腔體，腔體上端開口，艙體(C7)的兩側(cè)側(cè)壁向外連接有艙體吊耳(C3)，兩側(cè)的艙體吊耳(C3)鉸接連接到超重力離心機(jī)的吊籃轉(zhuǎn)臂上，上密封穹頂(C2)通過螺栓安裝連接到艙體(C7)的腔體開口端面并密封連接；上密封穹頂(C2)的中央安裝有艙體接口件(C1)，艙體接口件(C1)包括通訊上密封艙蓋(C12-4)和通訊艙體(C12-5)，通訊上密封艙蓋(C12-4)安裝在通訊艙體(C12-5)的上端開口，通訊上密封艙蓋(C12-4)和通訊艙體(C12-5)均設(shè)有外凸緣，外凸緣臺(tái)階面上開設(shè)第一螺孔(C12-7)，螺栓穿過第一螺孔(C12-7)連接到上密封穹頂(C2)；艙體接口件(C1)上還設(shè)有上玻璃壓裝法蘭(C12-1)、上法蘭緊固螺釘(C12-2)、石英玻璃(C12-3)和真空插座(C12-6)，石英玻璃(C12-3)被上玻璃壓裝法蘭(C12-1)固定安裝在通訊上密封艙蓋(C12-4)頂部中心的開口處，上玻璃壓裝法蘭(C12-1)通過上法蘭緊固螺釘(C12-2)固定于上密封艙蓋(C12-4)頂部，通訊上密封艙蓋(C12-4)，通訊艙體(C12-5)底部開孔，開孔處安裝真空插座(C12-6)；艙體(C7)的腔體內(nèi)底面固定安裝有布線支架(C6)和供氣支架(C8)，艙體(C7)一側(cè)壁上開設(shè)有接線孔(C7-1)和第一安裝孔(C7-2)，艙體(C7)另一側(cè)壁對(duì)稱開設(shè)有接線孔和第二安裝孔(C7-3)，接線孔(C7-1)處安裝接線電極(C5)，接線電極(C5)經(jīng)過接線孔(C7-1)與艙體(C7)內(nèi)部的布線支架(C6)相連，弱信號(hào)控制電線經(jīng)過第一安裝孔(C7-2)與布線支架(C6)相連；第二安裝孔(C7-3)中安裝冷卻氣體閥裝置(C9)，冷卻氣體經(jīng)管路連接到冷卻氣體閥裝置(C9)，冷卻氣體閥裝置(C9)經(jīng)供氣支架(C8)上的管路和艙體(C7)內(nèi)的試驗(yàn)儀器進(jìn)出氣口連通；

所述的高溫加熱子系統(tǒng)包括安裝底座(23)和布置在安裝底座(23)上的從上到下依次布置連接的上爐體、中爐體、下爐體以及莫來石保溫層(16)、上加熱腔外體(17)、下加熱腔外體(18)、上加熱爐管(19)、下加熱爐管(20)、坩堝支撐座(21)和發(fā)熱體(22)；坩堝支撐座(21)置于下爐體的下腔體隔熱層(14)底部，并底部固定于安裝底座(23)，加熱腔體置于坩堝支撐座(21)上，加熱腔體包括上加熱腔外體(17)、下加熱腔外體(18)、上加熱爐管(19)和下加熱爐管(20)，上加熱腔外體(17)和下加熱腔外體(18)均為套筒結(jié)構(gòu)，上加熱腔外體(17)和下加熱腔外體(18)分別位于上下同軸固定對(duì)接，上加熱爐管(19)、下加熱爐管(20)分別套裝于上加熱腔外體(17)、下加熱腔外體(18)中，上加熱腔外體(17)、下加熱腔外體(18)在上爐體的上腔體隔熱層(4)、中爐體的中腔體隔熱層(9)、下爐體的下腔體隔熱層(14)之間填充有莫來石保溫層(16)；上加熱爐管(19)和下加熱爐管(20)的外壁均加工有螺旋狀凹槽(22-1)，螺旋狀凹槽(22-1)裝有螺旋狀的發(fā)熱體(22)，發(fā)熱體(22)產(chǎn)生的熱量均勻輻射到上加熱爐管(19)和下加熱爐管(20)組成的加熱爐管，在加熱爐管中央形成高溫區(qū)；

所述的坩堝及氣冷系統(tǒng)置于坩堝支撐座(21)上的上加熱爐管(19)和下加熱爐管(20)內(nèi)部，坩堝及氣冷系統(tǒng)包括進(jìn)氣管(29)、冷卻底座(26)、冷速調(diào)節(jié)環(huán)(27)、坩堝(25)、排氣蓋(28)和排氣管(30)；坩堝支撐座(21)頂面上安裝冷卻底座(26)，冷卻底座(26)上安裝坩堝(25)，坩堝(25)頂端安裝排氣蓋(28)，坩堝(25)中部套裝冷速調(diào)節(jié)環(huán)(27)；在坩堝(25)上設(shè)置有中心容腔(25-1)、冷卻孔(25-2)、溫度梯度調(diào)節(jié)塊(25-3)、熱量輻射槽(25-4)、定位凸緣塊(25-5)、散熱槽(25-6)和氣體排放孔(25-7)；坩堝(25)主體為柱形結(jié)構(gòu)，坩堝(25)頂面中央開設(shè)有圓柱盲孔作為中心容腔(25-1)，中心容腔(25-1)灌充待超重力定向凝固的金屬熔液/金屬試樣；中心容腔(25-1)周圍的坩堝(25)頂面沿圓周開設(shè)多個(gè)垂直通孔作為冷卻孔(25-2)，多個(gè)冷卻孔(25-2)沿周向間隔均布，冷卻孔(25-2)下端通入冷卻氣體；每個(gè)冷卻孔(25-2)中均安裝有用于實(shí)現(xiàn)和調(diào)節(jié)定向凝固溫度梯度的溫度梯度調(diào)節(jié)塊(4)，溫度梯度調(diào)節(jié)塊(4)和冷卻孔(25-2)孔壁之間存在間隙，溫度梯度調(diào)節(jié)塊(4)在冷卻孔(25-2)能沿軸向上下移動(dòng)；坩堝(25)下部周面固定有環(huán)形的凸塊作為定位凸緣塊(25-5)，定位凸緣塊(25-5)下部的外周柱面開設(shè)多個(gè)散熱槽(25-6)，散熱槽(25-6)從坩堝(25)主體內(nèi)壁徑向向外延伸定位凸緣塊(25-5)外壁；定位凸緣塊(25-5)上方的坩堝(25)外周柱面開設(shè)多個(gè)熱量輻射槽(25-4)，多個(gè)熱量輻射槽(25-4)沿周向間隔均布，相鄰兩個(gè)冷卻孔(25-2)之間的坩堝(25)外周柱面均有一個(gè)熱量輻射槽(25-4)；在定位凸緣塊(25-5)頂面處的坩堝(25)側(cè)壁兩側(cè)對(duì)稱開設(shè)通孔作為氣體排放孔(25-7)，氣體排放孔(25-7)將冷卻孔(25-3)和坩堝(25)外部連通；冷卻底座(26)上端開口，開口內(nèi)設(shè)有下環(huán)形槽(26-2)，坩堝(25)下端安裝到冷卻底座(26)上端開口中，且通過下環(huán)形槽(26-2)將坩堝(25)的各個(gè)冷卻孔(25-2)下端連通，冷卻底座(26)底端開有和下環(huán)形槽(26-2)連通的進(jìn)氣通孔(26-1)；冷速調(diào)節(jié)環(huán)(27)固定安裝于坩堝(25)的定位凸緣塊(25-5)上，冷速調(diào)節(jié)環(huán)(27)頂面開設(shè)有一個(gè)或者兩個(gè)垂直的集氣槽孔(27-1)，集氣槽孔(27-1)底端穿過冷速調(diào)節(jié)環(huán)(27)內(nèi)圈壁面和坩堝(25)的氣體排放孔(25-7)連通；排氣蓋(28)下端開口，開口內(nèi)設(shè)有上環(huán)形槽(28-2)，坩堝(25)下端安裝到排氣蓋(28)下端開口中，且通過上環(huán)形槽(28-2)將坩堝(25)的各個(gè)冷卻孔(25-2)上端連通，排氣蓋(28)底端開有和上環(huán)形槽(28-2)連通的出氣通孔(28-1)，排氣蓋(28)的出氣通孔(28-1)和排氣管(30)的一端連通；排氣管(30)另一端與外界相連通，將冷卻氣體排出；排氣蓋(28)下端開口內(nèi)的中間設(shè)置形成凸臺(tái)(28-3)，凸臺(tái)(28-3)嵌裝于坩堝(25)的中心容腔(25-1)頂端內(nèi)；

所述的坩堝支撐座(21)內(nèi)部開設(shè)有一個(gè)通氣管道(21-1)，通氣管道(21-1)用于定向凝固的冷卻氣體通入，通氣管道(21-1)上端貫穿出坩堝支撐座(21)頂面作為出口并連通到冷卻底座(26)的進(jìn)氣通孔(26-1)，通氣管道(21-1)下端貫穿出坩堝支撐座(21)底部外壁后作為入口，和進(jìn)氣管(29)一端連接，進(jìn)氣管(29)另一端與冷卻氣源相連；定向凝固試驗(yàn)的冷卻氣體通過通氣管道(21-1)下端入口進(jìn)入，經(jīng)通氣管道(21-1)上端出口通入坩堝(25)底部，通過對(duì)坩堝(25)底部冷卻，形成一個(gè)沿超重力方向的溫度梯度而進(jìn)行定向凝固，并且通過調(diào)控冷卻氣體的通入流量和發(fā)熱體(22)產(chǎn)生的溫度，調(diào)控沿超重力方向的溫度梯度分布。