[发明专利]一种对电磁悬浮液态金属的形态进行调控的方法

说明书

本发明涉及一种对电磁悬浮液态金属的形态进行调控的方法，(1)根据球形悬浮合金的尺寸制作具有优化结构的电磁悬浮线圈；(2)将线圈安装在高频电源上，线圈内部采用水循环进行冷却。将合金置于该线圈中进行悬浮加热，通过调节线圈中的激励电流、频率，控制样品的加热功率与悬浮稳定性，直到样品熔化为液态；(3)通过调节线圈中的激励电流、频率，改变周围空间的电磁场，控制液态金属的悬浮位置和轮廓，达到对熔体形态进行无接触精细调控的目的。本发明通过特定的电磁悬浮线圈结构和线圈激励电流，对金属及合金熔体的形态进行无接触调控，可对直径5～50mm的熔体进行无接触调控。

技术领域

本发明属于新型材料制备、电磁悬浮技术领域，涉及一种对电磁悬浮液态金属的形态进行调控的方法，特别涉及一种基于电磁感应原理对悬浮状态下液态金属及合金形态进行无接触调控的方法。

背景技术

通过各种无容器处理技术研究液态物体时(如测定表面张力和预测液体轮廓等)，均会涉及到物体形态的调控。声悬浮无容器处理技术是借助声辐射压力使物体在空中悬浮，其特征是悬浮力较弱，稳定性较好，温度影响大。该技术可悬浮密度最大的金属铱，也作为新的药物运输方式用于生物或医药行业。利用声悬浮技术可对液体进行多种形态的调控，在单轴式声悬浮装置中通过调节声压可使直径约4mm的水滴从球形逐渐挤压为饼状液滴，见文献“Xie W J,Wei B.Dynamics of acoustically levitated disk samples[J].Physical Review E Statistical Nonlinear&Soft Matter Physics,2004,70(4):046611.”，也可以激发悬浮液滴的非轴对称大幅振荡，获得不同的扇谐振荡模态，不同模态的液滴呈现圆形、三角形等多种形态，见文献“沈昌乐,解文军,魏炳波.声悬浮液滴扇谐振荡的数字图像分析与表面张力测定[J].中国科学:物理学,力学,天文学,2010,40(10):1240-1246.“。但是由于悬浮力较弱，目前只能开展较小质量(毫克级)的液滴悬浮实验。静电悬浮技术是借助静电力使材料平衡重力，目前使用该技术悬浮液滴尺寸最大为6mm，质量不足1g，在此条件下液滴均呈近似球形，进一步增加质量，液态物体会在电场作用下被电场力拉伸呈竖直的椭球状，见文献“Song S P,Li B Q.A coupled boundary finite elementmethod for the computation of magnetically and electrostatically levitateddroplet shapes[J].International Journal for Numerical Methods in Engineering,1999,44(8):1055-1077.”。该无容器处理技术中熔体形态主要呈球状，表面张力的大小阻碍了液滴质量的增加。纵观以上2种悬浮技术，悬浮技术的基本原理决定了悬浮液体质量增加更为困难，尤其是限制了液体形态的多样性调控。