[发明专利]一种金属的定向凝固装置及凝固方法

权利要求书

1.一种金属定向凝固装置，其特征在于，包括结晶器（1）、舱体（3）和冷却装置，在舱体（3）的上方设有密封盖（4），结晶器（1）和冷却装置分别穿过密封盖（4）伸入舱体（3）内，且冷却装置与结晶器（1）在舱体（3）内部分相连，用于为结晶器（1）降温，结晶器（1）和冷却装置能够沿竖直方向上下移动；在舱体（3）内设有加热器（5）和用于盛放合金液（9）的坩埚（7），加热器（5）穿过舱体（3）侧壁环绕设置在坩埚（7）的周围；

所述结晶器（1）包括提拉杆（101）、气道（102）、冷铁（103）、子晶（104）和陶瓷模（105），冷铁（103）设置在提拉杆（101）下部，子晶（104）和陶瓷模（105）依次设置在冷铁（103）的下方，气道（102）贯通提拉杆（101）、冷铁（103）及子晶（104），且位于子晶（104）内的气道（102）分叉通向陶瓷模（105）内部；

所述冷却装置为冷却器（2），包括气环（201）和L形管（202），气环（201）设有开口指向结晶器（1）的气孔，气环（201）与结晶器（1）轴心重合并环绕结晶器（1）底部设置；L形管（202）的一端与气环（201）相连，L形管（202）的另一端穿过密封盖（4）伸出舱体（3）外。

2.根据权利要求1所述的金属定向凝固装置，其特征在于，在舱体（3）与坩埚（7）之间还设有阻热垫（8）。

3.根据权利要求1所述的金属定向凝固装置，其特征在于，在该合金液（9）的表层铺平有陶瓷球（6）。

4.根据权利要求3所述的金属定向凝固装置，其特征在于，陶瓷球（6）的尺寸大于陶瓷模（105）的开口，陶瓷球（6）的尺寸小于坩埚（7）开口。

5.根据权利要求1所述的金属定向凝固装置，其特征在于，舱体（3）外设置阀门（301）和换气装置（302），阀门（301）安装在舱体（3）的侧壁，换气装置（302）连接在阀门（301）上，用于对舱体（3）抽真空和进气。

6.根据权利要求1所述的金属定向凝固装置，其特征在于，气环（201）距离合金液（9）的高度为5-50mm。

7.根据权利要求1所述的金属定向凝固装置，其特征在于，陶瓷模（105）为上下开口的不变截面拉伸体或上下开口的改变截面拉伸体。

8.采用权利要求1~7中任意一项所述的金属定向凝固装置的凝固方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：准备阶段

将待用合金块放入坩埚（7）中启动加热器（5）来熔化合金，用密封盖（4）密封舱体（3）；

步骤2：结晶器（1）接触合金液

将结晶器（1）伸入合金液中，通过结晶器（1）的气道（102）对陶瓷模（105）抽气，陶瓷模（105）内的气体排除完毕，合金液上升至接触子晶（104）使气道（102）密封，下降冷却装置；

步骤3：向上提拉结晶器（1）

以恒定线速度a向上提拉结晶器（1），合金液由于大气压作用压入陶瓷模（105）内，并在冷却装置作用下不断对陶瓷模（105）制冷，使陶瓷模（105）冷却从而不断凝固，同时冷却装置按照一定速度b向下缓慢移动，冷却装置使凝固界面一直相对于合金液面保持固定高度和恒定的温度梯度；

其中，速度b的计算公式如下：b=a*s/(S-s)；

S为液面总面积，s为陶瓷模的内截面积。