藕狀多孔金屬的製備裝置和製備方法
2023-06-12 09:27:06 1
藕狀多孔金屬的製備裝置和製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種藕狀多孔金屬的製備裝置，其包括：一爐體，包括中心爐體和下爐蓋；一絕熱型腔，該絕熱型腔設置於所述中心爐體的內部；一加熱體，該加熱體設置於所述絕熱型腔，該加熱體以及所述絕熱型腔將所述爐體分成加熱室和冷卻室；一坩堝，該坩堝用於裝載待熔鍊金屬；一抽拉單元，該抽拉單元用於控制所述坩堝位於所述加熱室或冷卻室。另外，本發明還提供一種利用如上所述藕狀多孔金屬製備裝置製備藕狀多孔金屬的方法。
【專利說明】輔狀多孔金屬的製備裝直和製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種藕狀多孔金屬的製備裝置以及製備方法，尤其涉及一種無澆注過程製備藕狀多孔金屬的裝置以及方法。
【背景技術】
[0002]Gasar工藝是利用金屬_氣體共晶定向凝固製備氣孔規則排列的多孔材料的一種工藝。因製備出的多孔材料與藕根類似被日本學者稱作藕狀(Lotus-type)多孔材料。藕狀多孔材料因其孔分布比傳統多孔材料更加規則。故其除具有傳統多孔材料輕質、吸音降噪和過濾等性能，還具有其特殊的力學和熱學性能特點。尤其是藕狀多孔銅作為一種特殊的微通道結構，具有比傳統微槽道結構更優異的散熱性能，使其在高功率電子器件如高性能CPU以及LED的散熱領域具有巨大的應用前景。
[0003]藕狀多孔金屬可通過多種定向凝固工藝來實現，主要有連鑄法和模鑄法。例如生產藕狀多孔銅，連鑄法可以生產較長尺寸的棒狀或板狀的藕狀多孔銅，但徑向或厚度方向尺寸較小，且熱量主要通過試樣側向散失，因此斜向試樣中心生長，最終造成氣孔平直性較差且通孔率低，較難滿足微通道熱沉應用的要求。相比之下，模鑄法因更容易獲得定向凝固的條件，在製備氣孔平直性好的優質藕狀多孔銅更具優勢。另外，模鑄法工藝過程簡單且可一次性製備大尺寸的圓柱形鑄錠，製備成本低。然而，傳統模鑄法工藝中金屬的熔化和定向凝固分別在坩堝和鑄型中進行，因此需要有澆鑄的過程，相應的裝置也稱為雙室Gasar裝置。而澆鑄過程對鑄錠的表面質量和氣孔分布均勻性有如下不利影響。第一，澆鑄過程帶來的熔體攪動會影響凝固界面前沿溫度場和濃度場的分布，進而影響氣孔的穩態生長，最終可能導致相鄰氣孔的合併甚至氣孔生長中斷、甚至使氣孔非定向生長；第二，澆鑄時由於結晶器的激冷作用，導致與結晶器接觸的鑄錠底面粗糙不平，鑄件和鑄型之間存在氣隙，從而導致凝固過程傳熱不均，影響氣孔穩態生長，使氣孔孔徑和分布不均勻。
【發明內容】
[0004]有鑑於此，確有必要提供一種藕狀多孔金屬的製備裝置和製備方法，以實現製備方法無澆鑄過程，生產出的藕狀多孔金屬氣孔定向生長，氣孔孔徑和分布均勻的效果。
[0005]一種藕狀多孔金屬的製備裝置，其包括:一爐體，包括中心爐體和下爐蓋；一絕熱型腔，該絕熱型腔設置於所述中心爐體的內部；一加熱體，該加熱體設置於所述絕熱型腔，該加熱體以及所述絕熱型腔將所述爐體分成加熱室和冷卻室；一坩堝，該坩堝用於裝載待熔鍊金屬；一抽拉單元，該抽拉單元用於控制所述坩堝位於所述加熱室或冷卻室。
[0006] 一種利用如上所述藕狀多孔金屬的製備裝置製備藕狀多孔金屬的方法，該方法包括以下步驟:將待熔鍊金屬放入所述坩堝中，並通過控制所述抽拉單元使所述坩堝位於所述加熱室；利用真空系統將爐內抽真空；通過加熱體對所述待熔鍊金屬進行加熱,待該待熔鍊金屬熔化並加熱至預定溫度後停止抽真空；利用充氣系統向爐內充氣體至預定壓力，然後保溫至該氣體完全溶解於金屬熔體中；控制抽拉單元使所述坩堝以一定速率下降至所述冷卻室；開啟藕狀多孔金屬製備裝置，取出所述藕狀多孔金屬。
[0007]與現有技術相比較，利用本發明提供的藕狀多孔金屬的製備裝置製備藕狀多孔金屬的方法，由於金屬熔化和定向凝固過程均在同一石墨坩堝內完成，所以無需澆鑄過程，能有效的避免由澆鑄帶來的不利影響。即生產出的藕狀多孔金屬氣孔定向生長，氣孔孔徑和分布均勻。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明實施例提供的藕狀多孔金屬的製備裝置裝料或取料狀態的示意圖。
[0009]圖2是本發明實施例提供的藕狀多孔金屬的製備裝置加熱前或凝固狀態的示意圖。
[0010]圖3是本發明實施例提供的藕狀多孔金屬製備裝置加熱時狀態的示意圖。
[0011]主要元件符號說明
【權利要求】
1.一種藕狀多孔金屬的製備裝置，其包括: 一爐體，包括中心爐體和下爐蓋； 一絕熱型腔，該絕熱型腔設置於所述中心爐體的內部； 一加熱體，該加熱體設置於所述絕熱型腔，該加熱體以及所述絕熱型腔將所述爐體分成加熱室和冷卻室； 一坩堝，該坩堝用於裝載待熔鍊金屬； 一抽拉單元，該抽拉單元用於控制所述坩堝位於所述加熱室或冷卻室。
2.如權利要求1所述的藕狀多孔金屬的製備裝置，其特徵在於，所述絕熱型腔包括絕熱壁和翻板，該絕熱壁的底部具有一開口，所述翻板旋轉連接於所述絕熱壁底部，通過控制所述翻板的旋轉可以使該翻板蓋住所述開口或露出所述開口。
3.如權利要求2所述的藕狀多孔金屬的製備裝置，其特徵在於，所述絕熱型腔進一步包括兩個對稱設置的凸臺和兩個定位銷，該凸臺形成在所述開口周邊，所述定位銷位於所述凸臺，該凸臺和定位銷用於支撐所述坩堝使該坩堝位於所述加熱室。
4.如權利要求3所述的藕狀多孔金屬的製備裝置，其特徵在於，所述坩堝的外周有一對對稱的託耳，每個託耳上分別有一個通孔，該通孔用於與所述定位銷配合。
5.如權利要求1所述的藕狀多孔金屬的製備裝置，其特徵在於，所述抽拉單元包括水冷結晶器和拉杆，該拉杆固定於所述水冷結晶器，該抽拉單元可以做升降運動和旋轉運動，所述升降運動可以控制所述坩堝位於所述加熱室或冷卻室，所述旋轉運動可以控制所述坩堝做旋轉運動。
6.如權利要求5所述的藕狀多孔金屬的製備裝置，其特徵在於，所述水冷結晶器內部具有液體循環管路，所述拉杆內部設置有液體循環管路。
7.如權利要求1所述的藕狀多孔金屬的製備裝置，其特徵在於，所述加熱體由多個石墨電阻片構成，各個石墨電阻片通過串聯的方式豎直的環繞於所述絕熱型腔的內部，形成加熱室。
8.一種利用如權利要求1至7所述的藕狀多孔金屬製備裝置製備藕狀多孔金屬的方法，該方法包括以下步驟: 將待熔鍊金屬放入所述坩堝中，並通過控制所述抽拉單元使所述坩堝位於所述加熱室; 利用真空系統將爐內抽真空； 通過加熱體對所述待熔鍊金屬進行加熱，待該待熔鍊金屬熔化並加熱至預定溫度後停止抽真空； 利用充氣系統向爐內充氣體至預定壓力，然後保溫至該氣體完全溶解於金屬熔體中； 控制抽拉單元使所述坩堝以一定速率下降至所述冷卻室； 開啟藕狀多孔金屬製備裝置，取出所述藕狀多孔金屬。
9.如權利要求8所述的製備藕狀多孔金屬的方法，其特徵在於，所述一定速率為大於Omm/s小於等於10mm/so
10.如權利要求8所述的製備藕狀多孔金屬的方法，其特徵在於，在所述利用真空系統將爐內抽真空的步驟中，抽真空至SxKT1Pa以下。
【文檔編號】C30B29/52GK103898347SQ201410063839
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年2月25日 優先權日:2014年2月25日
【發明者】劉源, 卓偉佳, 張華偉, 李言祥 申請人:清華大學