[发明专利]一种温度可达1600℃的磁场材料处理装置

说明书

一种温度可达1600℃的磁场材料处理装置，水冷机与压缩机连接；压缩机与超导磁体液氮冷却管口输入端和输出端连接。励磁电源与超导磁体连接。石英管的下端穿过铜套装入加热体内；热电偶的上端穿过热电偶固定板装入加热体内。加热体位于保温层内。保温层位于水冷层内。水冷层位于超导磁体内。红外探头、试管夹和天平组成了天平磁化率测量系统。红外探头和天平通过导线和转换接口与计算机连接。本发明结构简单，使用操作方便，易于拆卸。超导磁体内腔空间大且能达到的磁场强度高，从而可以使处理的材料的范围增加尺寸增大，容纳的试样的尺寸能达到便于后期各种性能的测试，实现了实验与测试分析一体化。

技术领域

本发明涉及特殊凝固/热处理方法以及测试分析技术领域，具体是一种实验温度能够达到1600℃的磁场材料处理装置。

背景技术

随着超导技术、低温技术和真空技术的飞速发展，实验室利用超导磁体获得磁感应强度大于2T的磁场已经变得比较容易，这极大地促进了磁场的发展。在材料科学领域，利用磁场的洛伦兹力、磁化力及磁化能等效应的研究将成为材料电磁过程研究中最具生命力的重要分支，这种将磁场技术应用于材料科学的跨学科研究称为磁场材料科学，已经成为世界各国科研工作者关注的一个新兴热点。

磁场作为清洁、无接触、具有高密度能量的极端物理场应用于材料科学领域，已经成为一种新型的材料处理的手段，也为许多新型功能材料的开发另辟蹊径。调研发现，磁场在光、磁、电领域的材料制备过程产生重要影响，从而制备出具有特殊性能的磁光材料、梯度功能材料、多功能膜等等。另外，磁场在纳米材料的制备过程也产生重要影响，可以影响纳米材料的成核过程，控制纳米材料的择优生长，从而获得高度各向异性的纳米材料。此外，磁场作用于合金材料的凝固和热处理过程中，可以细化合金组织，消除或减轻偏析，改变相变温度，影响相析出等。因此，将磁场作用于材料处理的过程中，无论是从基础研究角度还是从应用角度，都具有非常重要的科学和技术的意义。

发明人之前搭建的实验平台(Wang J,He Y,Li J,et al.Experimental platformfor solidification and in-situ magnetization measurement of undercooled meltunder strong magnetic field[J].Review of Scientific Instruments,2015,86(2):025102.)受制于磁体内腔的孔径很小的限制，孔径大小为50mm，从而使磁场可以处理的材料的尺寸很小，对于一些需要大块试样进行力学性能、电学性能和磁性能等性能测试的无法处理。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所的发明专利《一种磁场热处理用管式退火炉(授权公告号CN102676756B)》、中国科学院金属研究所的实用新型专利《一种磁场热处理装置(授权公告号CN204897971U)》和华北电力大学的发明专利《一种磁场热处理装置(公开号CN108774674A)》中均提出了磁场热处理装置，施加磁场的是永磁体，磁场强度远低于1T，磁场处理温度低于800℃以下，对一些对磁场不敏感的弱磁性材料和一些磁场处理温度要求较高的材料，该磁场强度和热处理温度远远不够。

东北大学在公开号为CN106735104A的发明创造中提出了一种磁场下的凝固取向装置，该装置可以研究多个不同凝固组织生长方向与磁场方向夹角的凝固关系，施加的最大磁场强度为6T，最高温度为1000℃，对于一些高温合金等材料熔化温度远远超过1000℃，这大大限制了磁场处理的材料范围。上海大学在公开号CN104862777A 为在稳恒磁场下定向凝固控制晶体取向的方法及装置的发明创造中利用稳恒磁场和定向凝固分别使易生长方向和易磁化方向形成织构，在定向凝固过程中，沿某一角度施加稳恒磁场，使其易磁化方向转向磁场方向，达到使多晶体形成多晶向织构，施加的磁场强度低于1T，磁场处理的温度900℃，磁场处理试样的尺寸3mm，对于对磁场不敏感和处理温度更高的材料进行磁场处理时都会受到限制，同时也会限制磁场处理后的材料进行力学性能、电学性能和磁性能等性能测试。