專利名稱：一種強(qiáng)磁場下高溫處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及強(qiáng)磁場、高溫環(huán)境下的材料熔煉、冶物化反應(yīng)、凈化、單向凝固、相組成調(diào)控，材料加工過程熱模擬和力學(xué)性能的測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種強(qiáng)磁場下高溫處理裝置。
背景技術(shù)：
近些年來，超導(dǎo)技術(shù)的突破性發(fā)展，使得強(qiáng)磁場發(fā)生器的制造成為可能，特別是可配備高溫加熱爐、5特斯拉以上磁感應(yīng)強(qiáng)度的強(qiáng)磁場裝置的實(shí)現(xiàn)，為強(qiáng)磁場下材料的處理、制備和高溫力學(xué)性能的測試提供了新的物理環(huán)境。
與常規(guī)磁場不同，超導(dǎo)強(qiáng)磁體具有顯著磁化作用、增強(qiáng)的洛侖茲力作用和高磁能作用等特性。在常規(guī)磁場條件下只有鐵磁性物質(zhì)才表現(xiàn)出磁化效應(yīng)，對非鐵磁性物質(zhì)的洛侖茲力效應(yīng)只在宏觀尺度上發(fā)揮作用。然而，在強(qiáng)磁場條件下不僅是洛侖茲力效應(yīng)更加顯著，更重要的是對非鐵磁性物質(zhì)也產(chǎn)生較強(qiáng)的磁化作用。并且強(qiáng)磁場的這些增強(qiáng)作用可達(dá)物質(zhì)的原子和分子尺度，從而改變其基本物理性質(zhì)，并使許多基本物理化學(xué)過程產(chǎn)生質(zhì)的變化。
目前，在常規(guī)的高溫條件下對熔融物料進(jìn)行熔煉、冶物化反應(yīng)、凈化等技術(shù)，控制材料晶體生長、材料相組成的制備技術(shù)和高溫耦合環(huán)境下的變形和力學(xué)性能測試技術(shù)等都已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)。在強(qiáng)磁場、高溫環(huán)境下的這些相關(guān)技術(shù)的研究也在探索之中。然而，目前還沒有一種強(qiáng)磁場環(huán)境下兼具多功能的高溫處理裝置，特別是兼具金屬液的冶物化反應(yīng)、凈化、精煉處理，在強(qiáng)磁場(5特斯拉以上)、真空環(huán)境下，高頻感應(yīng)加熱的材料單向凝固技術(shù)、材料熱處理、材料高溫力學(xué)性能測試和材料加工過程熱模擬技術(shù)，以及金屬液的冶物化反應(yīng)、凈化、精煉技術(shù)、的多功能及其處理裝置方面還沒有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有強(qiáng)磁場條件下高溫處理裝置的不足之處，本實(shí)用新型提供一種強(qiáng)磁場下兼具多功能的高溫處理裝置。
該裝置主要由強(qiáng)磁場發(fā)生器1、坩堝或結(jié)晶器5、高頻感應(yīng)加熱線圈或電阻加熱元件6、冷卻室9、加熱室17構(gòu)成，還包括低熔點(diǎn)冷卻劑冷卻系統(tǒng)和抽真空系統(tǒng)，以及水冷套2、保溫層16、熱電偶或光學(xué)溫度計(jì)7、隔熱板10、低熔點(diǎn)冷卻劑熔池18、吹氣管11、夾頭12和牽引頭22、支架13、雙傳動機(jī)構(gòu)14、傳動機(jī)構(gòu)20和電控柜21。加熱室17和冷卻室9通過法蘭盤8連接，水冷套2用于防止強(qiáng)磁場發(fā)生器1受熱，坩堝或結(jié)晶器5用于盛裝物料3和保護(hù)渣4，熱電偶或光學(xué)溫度計(jì)7用于測量環(huán)境和物料3的溫度，隔熱板10用于隔離加熱室17和冷卻室9。雙傳動機(jī)構(gòu)14既可以驅(qū)動整個裝置上下移動，又可與牽引頭22一起用于牽拉坩堝或結(jié)晶器5帶動物料3進(jìn)入冷卻室9。傳動機(jī)構(gòu)20、雙傳動機(jī)構(gòu)14、夾頭12、牽引頭22以及支架13一起可用于施加載荷。該裝置的傳動、加熱、加載和數(shù)據(jù)采集等都由電控柜21來控制。
強(qiáng)磁場發(fā)生器1產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度在1～25特斯拉，強(qiáng)磁場空間直徑在100mm～1000mm。高頻加熱電源頻率在10K～80KHz、功率在6KW～200KW，加熱最高溫度1750℃。電阻加熱電源功率在10KW～30KW，加熱最高溫度1600℃。真空系統(tǒng)的極限真空度為6×10-4Pa。傳動系統(tǒng)的抽拉速度在0.0005～300m/s。吹氣系統(tǒng)的流量可達(dá)2m3/分鐘。
本實(shí)用新型裝置的加熱室17和冷卻室9采用分體結(jié)構(gòu)，兩者通過密封法蘭盤8的螺栓相連接。加熱室的加熱方式可以是高頻感應(yīng)加熱或電阻加熱方式，分別形成高頻感應(yīng)加熱室和電阻加熱室。使用時(shí)，可根據(jù)需求選擇將含有高頻感應(yīng)加熱線圈或電阻加熱元件6的一種加熱室與冷卻室相連接即形成高溫處理裝置。在強(qiáng)磁場作用下，當(dāng)采用高頻感應(yīng)加熱室時(shí)，可大大縮短金屬的熔化時(shí)間，同時(shí)可以熔化較大尺寸或重量的金屬，解決在強(qiáng)磁場下采用電阻加熱方式熔化金屬時(shí)間過長的不足。在強(qiáng)磁場作用下，當(dāng)采用電阻加熱室時(shí)，可以滿足試樣長時(shí)間保溫、均熱的熱處理要求。加熱時(shí)的氣氛環(huán)境可通過真空循環(huán)風(fēng)機(jī)15和吹氣管11，形成真空環(huán)境或惰性氣體環(huán)境。
本實(shí)用新型裝置的冷卻室安裝有低熔點(diǎn)冷卻劑熔池18和吹氣管11。冷卻室的冷卻方式除自然冷卻外，還可實(shí)現(xiàn)氣體冷卻和低熔點(diǎn)冷卻劑熔池18的快速冷卻，可實(shí)現(xiàn)對物料3的快淬。低熔點(diǎn)冷卻劑熔池18周圍預(yù)留有空間，當(dāng)采用氣體冷卻時(shí)，通過真空循環(huán)風(fēng)機(jī)15和吹氣管11吹入氬氣、氦氣、氮?dú)獾葰怏w。同時(shí)吹氣管11也可以通過多向閥切換與其他輔助設(shè)備連接吹入其他氣體。
本實(shí)用新型裝置的整體，可通過雙傳動機(jī)構(gòu)14驅(qū)動，使得加熱室和冷卻室連接后的整體可以上下自由移動和鎖定，使得其整體能夠停留在磁場的任意高度處。
本實(shí)用新型裝置的夾頭12和牽引頭22可以依據(jù)加載方式(拉伸或壓縮)、試樣的結(jié)構(gòu)采用方、圓、扁、槽、楔等多種形式。
利用本實(shí)用新型裝置可進(jìn)行磁場作用下材料熔化過程的冶物化反應(yīng)、凈化、精煉等處理。實(shí)施過程中，當(dāng)物料3被高頻感應(yīng)加熱線圈或電阻加熱元件6熔化以后，可向物料3中添加保護(hù)渣4，使兩者之間發(fā)生作用，對物料3進(jìn)行冶物化反應(yīng)、凈化、精煉等處理，施加強(qiáng)磁場可控制和影響物料3和保護(hù)渣4間的相互作用以及物料3內(nèi)部的物質(zhì)遷移和化學(xué)反應(yīng)，從而獲得潔凈度更高的物料3，如此也可提高物料3的過冷度。
利用本實(shí)用新型裝置可進(jìn)行磁場約束下的物料3的真空單向凝固。實(shí)施過程中，當(dāng)物料3被高頻感應(yīng)加熱線圈或電阻加熱元件6熔化以后，可選擇性地向物料3中添加保護(hù)渣4(或不添加)，以提高物料3的潔凈度和過冷度。然后，通過雙傳動機(jī)構(gòu)14以一定速度將物料3牽拉到冷卻室9的低熔點(diǎn)冷卻劑熔池18中，在真空環(huán)境下進(jìn)行液淬或冷卻，或通過雙傳動機(jī)構(gòu)14將物料3牽拉到冷卻室9的預(yù)留空間，并通過真空循環(huán)風(fēng)機(jī)15和吹氣管11吹入氣體對物料進(jìn)行氣淬。由于物料3是以一定速度浸入到低熔點(diǎn)冷卻劑熔池18中，使其傳熱沿單向進(jìn)行，物料3內(nèi)部的液固界面沿傳熱的反方向推進(jìn)，形成真空單向凝固。施加強(qiáng)磁場可控制和影響液固界面前沿的物理和化學(xué)行為，由此可制備組織定向的材料。
利用本實(shí)用新型裝置可進(jìn)行磁場約束下物料3的熱處理。實(shí)施過程中，當(dāng)物料3被高頻感應(yīng)加熱線圈或電阻加熱元件6加熱到一定溫度并經(jīng)保溫以后，通過雙傳動機(jī)構(gòu)14以一定速度將物料3牽拉到冷卻室9的低熔點(diǎn)冷卻劑熔池18中進(jìn)行液淬，或通過雙傳動機(jī)構(gòu)14將物料3牽拉到冷卻室9的預(yù)留空間，并通過真空循環(huán)風(fēng)機(jī)15和吹氣管11吹入氣體對物料進(jìn)行氣淬。通過強(qiáng)磁場的作用，以及控制物料的冷卻強(qiáng)度來調(diào)控材料的相組成和結(jié)構(gòu)。
利用本實(shí)用新型裝置可進(jìn)行磁場、高溫耦合環(huán)境下材料力學(xué)性能的測試以及材料加工過程的熱模擬。實(shí)施過程中，當(dāng)物料3被高頻感應(yīng)加熱線圈或電阻加熱元件6加熱到一定并經(jīng)保溫以后。通過雙傳動機(jī)構(gòu)14、傳動機(jī)構(gòu)20、夾頭12和牽引頭22對物料施加壓力載荷或拉伸載荷，使其在高溫、力場和強(qiáng)磁場的作用下產(chǎn)生變形，對材料加工過程進(jìn)行模擬，測量其力學(xué)性能和內(nèi)部相組織的演變。有關(guān)熱工參數(shù)、力學(xué)參數(shù)等通過電控柜21記錄和控制。
因此，本實(shí)用新型裝置具備強(qiáng)磁場下高溫處理的多功能性，能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)磁場、高溫環(huán)境下的材料熔煉、冶物化反應(yīng)、凈化、單向凝固或相組成調(diào)控，以及變形和力學(xué)性能的測試。利用該裝置既可進(jìn)行各種單一工藝條件的使用，也可依據(jù)具體的工況條件和要求，選擇性地進(jìn)行以上幾種功能的組合使用。


附圖為本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1強(qiáng)磁場發(fā)生器，2水冷套，3物料，4保護(hù)渣，5坩堝或結(jié)晶器，6高頻感應(yīng)加熱線圈或電阻加熱元件，7熱電偶或光學(xué)溫度計(jì)，8連接法蘭盤，9冷卻室，10隔熱板，11吹氣管，12夾頭，13支架，14雙傳動機(jī)構(gòu)，15真空循環(huán)風(fēng)機(jī)，16保溫層，17加熱室，18低熔點(diǎn)冷卻劑熔池，19冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)，20傳動機(jī)構(gòu)，21電控柜，22牽引頭。
具體實(shí)施方式
以下具體說明本實(shí)用新型的實(shí)施結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的裝置主要由強(qiáng)磁場發(fā)生器1、水冷套2、坩堝或結(jié)晶器5、高頻感應(yīng)加熱線圈或電阻加熱元件6、冷卻室9、加熱室17構(gòu)成，另外還包括低熔點(diǎn)冷卻劑冷卻系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)，以及熱電偶或光學(xué)溫度計(jì)7、連接法蘭盤8、隔熱板10、夾頭12、牽引頭22、支架13、雙傳動機(jī)構(gòu)14、保溫層16、傳動機(jī)構(gòu)20和電控柜21。在強(qiáng)磁場發(fā)生器1的內(nèi)側(cè)由上至下依次設(shè)置加熱室17、冷卻室9，加熱室17和冷卻室9通過連接法蘭盤8連接。在加熱室17內(nèi)部設(shè)置坩堝或結(jié)晶器5，其內(nèi)部能夠盛裝物料3和保護(hù)渣4。加熱室17有采用高頻線圈加熱物料的高頻感應(yīng)加熱室和采用電阻加熱物料的電阻加熱室兩種形式，與冷卻室9相連接構(gòu)成高溫處理裝置的主體。高頻感應(yīng)加熱線圈或電阻加熱元件6安裝在坩堝或結(jié)晶器5的外壁，實(shí)現(xiàn)對其內(nèi)部物料的感應(yīng)加熱或電阻加熱。水冷套2以及水冷套2內(nèi)壁的保溫層16構(gòu)成加熱室17的側(cè)壁，在加熱室17的底部安裝有隔熱板10。用于測量加熱室17室溫或物料溫度的熱電偶或光學(xué)溫度計(jì)7插入加熱室17中。在強(qiáng)磁場發(fā)生器1外側(cè)設(shè)置支架13，夾頭12通過傳動機(jī)構(gòu)20與支架13頂部連接，夾頭12伸入加熱室17內(nèi)、坩堝或結(jié)晶器5內(nèi)物料3的上方。在裝置下部設(shè)置雙傳動機(jī)構(gòu)14，其內(nèi)缸傳動桿穿過冷卻室9和加熱室17，頂部與坩堝或結(jié)晶器5底部連接，可牽引坩堝或結(jié)晶器5進(jìn)入冷卻室9。該裝置還設(shè)有抽真空系統(tǒng)和低熔點(diǎn)冷卻劑冷卻系統(tǒng)。抽真空系統(tǒng)由真空循環(huán)風(fēng)機(jī)15、吹氣管11構(gòu)成，真空循環(huán)風(fēng)機(jī)15的出口管線即吹氣管11插入冷卻室9中。低熔點(diǎn)冷卻劑冷卻系統(tǒng)由低熔點(diǎn)冷卻劑熔池18、冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)19構(gòu)成，冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)19的進(jìn)、出口管線與冷卻劑熔池18連接，冷卻劑熔池18安裝在冷卻室9內(nèi)底部。雙傳動機(jī)構(gòu)14的外缸傳動桿與加熱室17、冷卻室9構(gòu)成的整體相連接，能驅(qū)動整體上下移動，使得物料3進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的物理位置能夠位于強(qiáng)磁場發(fā)生器1的特定位置，以滿足實(shí)驗(yàn)對強(qiáng)磁場參數(shù)的要求。
該裝置的運(yùn)作方法根據(jù)不同的用途舉例如下1、利用該裝置可進(jìn)行磁場作用下材料熔化過程的冶物化反應(yīng)、凈化或精煉處理。實(shí)施過程中，物料3被高頻感應(yīng)加熱線圈或電阻加熱元件6熔化以后，向物料3中添加保護(hù)渣4，施加強(qiáng)磁場，磁場強(qiáng)度在1～25特斯拉，使兩者之間發(fā)生作用，對物料3進(jìn)行冶物化反應(yīng)、凈化或精煉處理。施加強(qiáng)磁場可控制和影響物料3和保護(hù)渣4間的相互作用以及物料3內(nèi)部的物質(zhì)遷移和化學(xué)反應(yīng)，從而獲得潔凈度更高的物料3，如此也可提高物料3的過冷度。
例Φ8×10mm的Cu-25％Co合金的凈化處理。首先將合金和作為保護(hù)渣的專用玻璃放入潔凈的石英試管中。通過真空循環(huán)風(fēng)機(jī)15對系統(tǒng)抽真空、并吹入氬氣。再通過雙傳動機(jī)構(gòu)14將裝置提升，使得合金試樣位于強(qiáng)磁場發(fā)生器1的磁化力最大的位置區(qū)域。施加強(qiáng)磁場，磁場強(qiáng)度10特斯拉。采用高頻加熱室17將合金和玻璃熔化。過程中，玻璃與合金中的雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成不溶于合金液體的固體，強(qiáng)磁場的作用促進(jìn)兩者間的反應(yīng)，同時(shí)也促進(jìn)雜質(zhì)顆粒向表面遷移，使合金液體得到凈化。合金和玻璃熔體過熱至1750℃后，切斷電源，自然冷卻凝固。過程中，通過光學(xué)溫度計(jì)7記錄冷卻曲線，合金的再輝過冷度達(dá)100～150℃。
2、利用該裝置進(jìn)行磁場約束下的物料3單向凝固。實(shí)施過程中，當(dāng)物料3被高頻感應(yīng)加熱線圈或電阻加熱元件6熔化以后，向物料3中添加保護(hù)渣4，以提高物料3的過冷度，施加強(qiáng)磁場，磁場強(qiáng)度在1～25特斯拉。然后，通過雙傳動機(jī)構(gòu)14以一定速度將物料3牽拉到冷卻室9的低熔點(diǎn)冷卻劑熔池18中進(jìn)行液淬，或通過真空循環(huán)風(fēng)機(jī)15和吹氣管11吹入氣體對物料進(jìn)行氣淬。由于物料3是以一定速度浸入到低熔點(diǎn)冷卻劑熔池18中，使其傳熱沿單向進(jìn)行，物料3內(nèi)部的液固界面沿傳熱的反方向推進(jìn)，形成單向凝固。施加強(qiáng)磁場可控制和影響液固界面前沿的物理和化學(xué)行為，由此可制備組織定向的材料。
例1Φ10×100mm的Ni-16％Cr合金的單向凝固，首先通過真空循環(huán)風(fēng)機(jī)15對系統(tǒng)抽真空。再通過雙傳動機(jī)構(gòu)14將裝置提升，使得以鎵銦合金為低熔點(diǎn)冷卻劑的熔池18的液面位于強(qiáng)磁場發(fā)生器1的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大的位置區(qū)域。施加強(qiáng)磁場，磁場強(qiáng)度6特斯拉。采用高頻加熱室17將合金加熱，2～3分鐘后合金試樣熔化、保溫。通過雙傳動機(jī)構(gòu)14和牽引頭22使得試樣快速抽拉到冷卻室9，再以0.001～0.2mm/s的速度進(jìn)行液淬，獲得枝晶定向排列的凝固組織。
例2Φ20×100mm的Al-10％In合金的單向凝固，首先通過真空循環(huán)風(fēng)機(jī)15對系統(tǒng)抽真空。再通過雙傳動機(jī)構(gòu)14將裝置提升，使得以鎵銦合金為低熔點(diǎn)冷卻劑的熔池18的液面位于強(qiáng)磁場發(fā)生器1的磁化力最大的位置區(qū)域。施加強(qiáng)磁場，磁場強(qiáng)度12特斯拉。采用電阻加熱室17將合金加熱，20～30分鐘后合金試樣熔化。通過雙傳動機(jī)構(gòu)14和牽引頭22使得試樣快速抽拉到冷卻室9，再以0.0005～0.01mm/s的速度進(jìn)行液淬，獲得枝晶定向排列的凝固組織。
3、利用該裝置進(jìn)行磁場約束下的物料3熱處理。實(shí)施過程中，當(dāng)物料3被高頻感應(yīng)加熱線圈或電阻加熱元件6到一定溫度并經(jīng)保溫以后，施加強(qiáng)磁場，磁場強(qiáng)度在1～25特斯拉。通過傳動機(jī)構(gòu)14以一定速度將物料3牽拉到冷卻室9的低熔點(diǎn)冷卻劑熔池18中進(jìn)行液淬，或通過真空循環(huán)風(fēng)機(jī)15和吹氣管11吹入氣體對物料進(jìn)行氣淬。通過強(qiáng)磁場的作用，以及控制物料的冷卻強(qiáng)度來調(diào)控材料的相組成和結(jié)構(gòu)。
例Φ30×130mm的Fe-0.45％C合金的熱處理。首先通過真空循環(huán)風(fēng)機(jī)15對系統(tǒng)抽真空。通過雙傳動機(jī)構(gòu)14將裝置提升，使得合金試樣位于強(qiáng)磁場發(fā)生器1的磁化力最大的位置區(qū)域。施加強(qiáng)磁場，磁場強(qiáng)度6特斯拉。采用電阻加熱室17將合金加熱到1100℃，保溫1小時(shí)后，通過雙傳動機(jī)構(gòu)14和牽引頭22使得試樣快速抽拉到冷卻室9，一種冷卻方式是使試樣以100mm/s的速度直接進(jìn)入以鎵銦合金為低熔點(diǎn)冷卻劑的熔池18進(jìn)行快速液淬，另一種冷卻方式是通過真空循環(huán)風(fēng)機(jī)15和吹氣管11以1.5m3/分鐘的流量通入氬氣，使得試樣快速冷卻。均可獲得組織細(xì)小的合金組織。
4、利用該裝置可進(jìn)行磁場、高溫耦合環(huán)境下材料力學(xué)性能的測試和材料加工過程的熱模擬。實(shí)施過程中，施加強(qiáng)磁場1～25特斯拉，當(dāng)物料3被高頻感應(yīng)加熱線圈或電阻加熱元件6加熱到一定溫度并經(jīng)保溫以后。通過雙傳動機(jī)構(gòu)14和夾頭12對物料施加壓力或拉伸載荷，使其在高溫和強(qiáng)磁場的作用下產(chǎn)生變形，測量其力學(xué)性能或進(jìn)行材料加工過程的熱模擬。
例1Φ10×130mm的12CrMoV合金的定速率拉伸實(shí)驗(yàn)。首先通過真空循環(huán)風(fēng)機(jī)15對系統(tǒng)抽真空。通過夾頭12和牽引頭及雙傳動機(jī)構(gòu)14和傳動機(jī)構(gòu)20夾緊試樣，再通過雙傳動機(jī)構(gòu)14將裝置提升，使得合金試樣的中心位于強(qiáng)磁場發(fā)生器1的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大的位置區(qū)域。施加強(qiáng)磁場，磁場強(qiáng)度12特斯拉。采用電阻加熱室17將合金加熱到1100℃，保溫1小時(shí)后，通過電控柜21對試樣施加1×10-2/s的定速率拉伸，過程中通過電控柜21記錄試樣所受拉力和位移數(shù)據(jù)，直至試樣被拉斷，測試合金在高溫、強(qiáng)磁場和力場作用下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線、拉伸率和斷面收縮率等。
例2Φ10×130mm的HSLA鋼的加工變形熱模擬。首先通過真空循環(huán)風(fēng)機(jī)15對系統(tǒng)抽真空。通過夾頭12和牽引頭及雙傳動機(jī)構(gòu)14和傳動機(jī)構(gòu)20夾緊試樣，再通過雙傳動機(jī)構(gòu)14將裝置提升，使得合金試樣的中心位于強(qiáng)磁場發(fā)生器1的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大的位置區(qū)域。施加強(qiáng)磁場，磁場強(qiáng)度6特斯拉。采用電阻加熱室17將合金加熱到1150℃，保溫5分鐘，然后以10℃/s的速率冷卻到變形溫度(如，1100℃、900℃、800℃)，保溫10分鐘。施加變形速率為0.05s-1、1s-1或5s-1的壓縮變形，變形量為40％。通過電控柜21記錄合金在高溫、強(qiáng)磁場和力場作用下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，測試合金試樣的再結(jié)晶行為。
權(quán)利要求1.一種強(qiáng)磁場下高溫處理裝置，包括強(qiáng)磁場發(fā)生器(1)、水冷套(2)、坩堝或結(jié)晶器(5)、高頻感應(yīng)加熱線圈或電阻加熱元件(6)、冷卻室(9)、加熱室(17)、電控柜(21)，其特征在于在強(qiáng)磁場發(fā)生器(1)的內(nèi)側(cè)由上至下依次設(shè)置加熱室(17)、冷卻室(9)，加熱室(17)和冷卻室(9)通過連接法蘭盤(8)連接，在加熱室(17)內(nèi)部設(shè)置坩堝或結(jié)晶器(5)，高頻感應(yīng)加熱線圈或電阻加熱元件(6)安裝在坩堝或結(jié)晶器(5)的外壁，水冷套(2)以及水冷套內(nèi)壁的保溫層(16)構(gòu)成加熱室(17)的側(cè)壁，在加熱室(17)的底部安裝有隔熱板(10)，熱電偶或光學(xué)溫度計(jì)(7)插入加熱室(17)中，在強(qiáng)磁場發(fā)生器(1)外側(cè)設(shè)置支架(13)，夾頭(12)通過傳動機(jī)構(gòu)(20)與支架(13)頂部連接，夾頭(12)伸入加熱室(17)內(nèi)、坩堝或結(jié)晶器(5)內(nèi)物料(3)的上方，在裝置下部設(shè)置雙傳動機(jī)構(gòu)(14)，其內(nèi)缸傳動桿穿過冷卻室(9)和加熱室(17)，頂部與坩堝或結(jié)晶器(5)底部連接，外缸傳動桿與加熱室(17)、冷卻室(9)構(gòu)成的整體相連接，該裝置還設(shè)有抽真空系統(tǒng)和低熔點(diǎn)冷卻劑冷卻系統(tǒng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的強(qiáng)磁場下高溫處理裝置，其特征在于抽真空系統(tǒng)由真空循環(huán)風(fēng)機(jī)(15)、吹氣管(11)構(gòu)成，真空循環(huán)風(fēng)機(jī)(15)的出口管線即吹氣管(11)插入冷卻室(9)中；低熔點(diǎn)冷卻劑冷卻系統(tǒng)由低熔點(diǎn)冷卻劑熔池(18)、冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)(19)構(gòu)成，冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)(19)的進(jìn)、出口管線與冷卻劑熔池(18)連接，冷卻劑熔池(18)安裝在冷卻室(9)內(nèi)底部。
3.按照權(quán)利要求1所述的強(qiáng)磁場下高溫處理裝置，其特征在于加熱室(17)和冷卻室(9)采用分體結(jié)構(gòu)，兩者通過連接法蘭盤(8)相連接，加熱室(17)有采用高頻線圈加熱物料的高頻感應(yīng)加熱室和采用電阻加熱物料的電阻加熱室兩種形式，與冷卻室(9)相連接構(gòu)成高溫處理裝置的主體。
專利摘要一種強(qiáng)磁場下加熱高溫處理裝置，主要由強(qiáng)磁場發(fā)生器、坩堝或結(jié)晶器、高頻感應(yīng)加熱線圈或電阻加熱元件、冷卻室、加熱室構(gòu)成，還包括低熔點(diǎn)冷卻劑冷卻系統(tǒng)或抽真空系統(tǒng)，以及水冷套、保溫層、熱電偶、隔熱板、夾頭、支架、傳動機(jī)構(gòu)；利用該裝置，可進(jìn)行材料熔化過程的冶物化反應(yīng)、凈化、精煉等處理，獲得潔凈度更高的熔融液，可進(jìn)行磁場約束下材料的單向凝固，制備組織定向、均勻的材料，可進(jìn)行磁場約束下材料的熱處理，可調(diào)控材料的相組成和結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行磁場、高溫耦合環(huán)境下材料的變形熱加工過程模擬和力學(xué)性能的測試。
文檔編號G01N1/28GK2879162SQ200620089109
公開日2007年3月14日 申請日期2006年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月24日
發(fā)明者王恩剛, 赫冀成 申請人:東北大學(xué)