[发明专利]高熔点金属基梯度复合材料的制备装置及方法

说明书

本发明公开了一种高熔点金属基梯度复合材料的制备装置及方法，涉及新材料制作方法技术领域。所述方法包括将待制备的梯度复合材料原材料按梯度组织的元素分布通过金属基体和陶瓷等通过粉末冶金或者熔铸等方法制成不同成分的电极块。将不同成分的电极块放入电极块夹持管内，然后与金属基体相同的电极芯及电极外部夹持一起通过热处理烧结在一起。开启电极辅助加热系统，启动后在电弧高温下复合自耗电极熔化滴入坩埚内，同时坩埚通过感应加热。随着坩埚的下降不同成分的熔体逐渐凝固成为梯度复合材料。通过自耗电弧熔炼、电磁感应熔炼和定向凝固结合来制备原位金属基梯度复合材料，可有效的提高制备的梯度梯度复合材料的稳定性和均匀性。

技术领域

本发明涉及金属材料的制备方法技术领域，尤其涉及一种高熔点金属基梯度复合材料的制备装置及方法。

背景技术

梯度复合材料是将两种或者两种以上的元素按着组分和结构梯度变化的一种复合材料，来实现材料功能的梯度变化，从而实现不同的功能，梯度复合材料广泛应用于机械、冶金、矿山开采、航天、通信、医疗等领域。常用的梯度复合材料的制备方法有：粉末冶金法；等离子喷涂法；气相沉积法；激光熔覆法；自蔓延高温合成法。通常制备复合材料，尤其是含有陶瓷相时，很容易出现增强体与基体润湿困难和界面反应严重以及基体相容性差等问题，导致局部特性下降。而对于高温合金，由于金属稳定性高，要制备梯度复合材料就更困难了。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种通过原位合成来制备梯度稳定均匀的复合材料的装置。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种高熔点金属基梯度复合材料的制备装置，其特征在于：包括炉体，所述炉体下部的外侧设置有坩埚旋转与升降驱动装置，所述炉体的下部设有一端位于所述炉体外，另一端位于所述炉体内的坩埚杆，所述坩埚杆位于炉体外的一端与所述坩埚旋转与升降驱动装置的动力输出端连接，所述坩埚杆位于炉体内的一端与坩埚固定连接，所述坩埚的外周设置设有石墨加热器，所述石墨加热器的外周设置有感应线圈，所述炉体上部的外侧设置有复合电极升降系统和电极辅助加热系统升降装置，复合电极的一端位于所述炉体的上端的外侧，该端与所述复合电极升降系统的动力输出端连接，所述复合电极的另一端位于所述炉体内且该端位于所述坩埚的正上方，所述复合电极的外侧设置有电极辅助加热系统，所述移动杆的一端与所述电极辅助加热系统固定连接，所述移动杆的另一端延伸至所述炉体外，该端与所述电极辅助加热系统升降装置的动力输出端连接。

进一步的技术方案在于：所述炉体包括上炉体和下炉体，所述上炉体与下炉体之间固定连接。

进一步的技术方案在于：所述坩埚杆上设置有重量传感器，用于测量所述坩埚以及坩埚内材料的整体重量。

进一步的技术方案在于：所述石墨加热器以及感应线圈的上侧设置有上保温盖，所述石墨加热器以及感应线圈的下侧设置有隔热板。

进一步的技术方案在于：所述复合电极竖直设置，包括电极杆、电极芯、不同梯度成分的电极块以及电极块夹持筒，所述电极杆的一端位于所述炉体外，该端与所述复合电极升降系统的动力输出端连接，所述电极杆的另一端位于所述炉体内，电极芯的上端固定在所述电极杆的下端的中心，所述电极块夹持筒的套设在所述电极芯的外侧，且所述电极块夹持筒的上端与所述电极杆的下端固定连接，电极块按照不同的梯度顺序从上到下设置于所述电极芯与所述电极块夹持筒之间的空间内，且电极芯、电极块以及电极芯夹持筒通过烧结固定在一起。

进一步的技术方案在于：所述电极辅助加热系统包括套设于所述复合电极外侧的保温套，所述保温套与所述移动杆的下端固定连接，所述保温套上靠近所述复合电极的内筒上设置有若干个加热电阻放置槽，加热电阻固定在所述加热电阻放置槽内，所述加热电阻得电后产生热量对所述复合电极进行辅助加热。

相应的，本发明还公开了一种高熔点金属基梯度复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：