專利名稱：一種制造多孔材料的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄造技術(shù)，特別是一種采用鑄造工藝制備多孔材料的設(shè)備，準(zhǔn)確
地說(shuō)是運(yùn)用鑄造技術(shù)制備多 L材料，涉及利用金屬-氣體共晶定向凝固技術(shù)制備多
孔金屬材料。
背景駄
在現(xiàn)代的技術(shù)^f牛下，多 L材料有很大的需求。其應(yīng)用十分廣泛，包括過(guò)濾 器、自潤(rùn)滑軸承、隔熱v/隔音材料、阻尼器、蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)及高比強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)材料 等。有許多工藝可以制造多孑L材料，例如ilil燒結(jié)各種形狀的顆粒，使粉末或者 熔融物起泡沫，向多孑L模子中土真充入金屬粉末，液然后去除模子的辦銜見美國(guó) 專利7141675， 7108828, 6391250, 4517069， 4973358, 4713277)。 然而，這些制造 過(guò)禾呈包括了很多高能耗禾號(hào)，諸如教、末、纖維或螺旋形的制備和處理，制造多孔 模子，或制造后繼化學(xué)處理的骨架等。由于±^31程的低生產(chǎn)率和高成本，限制 了多孔材料的應(yīng)用領(lǐng)域。而且，上述方法生產(chǎn)的多孑L金屬材料的力學(xué)性能往往不 會(huì)誠(chéng)足當(dāng)前的技術(shù)需求。
美國(guó)專利5181549介紹的一種先進(jìn)工藝能有效提高生產(chǎn)率。該工藝包括在預(yù) 定壓力的控制氣氛下熔化金屬或合金，向熔融液中充入氫氣，然后在預(yù)設(shè)的壓力 下凝固等過(guò)程。該工藝被稱為氣相共晶反應(yīng)，肯的多生產(chǎn)出被稱為Gasar的高強(qiáng)度 多孔材料(見V. Shapovalov, "Porous Metals," MRS Bulletin, April 1994, p. 24-28)。
為使這項(xiàng)工藝在x^獲得應(yīng)用，采用各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的設(shè)備是必需的。到目前為 止，在該領(lǐng)域還沒(méi)有能夠連續(xù)、穩(wěn)定地生產(chǎn)具有與預(yù)定性能一致的多孑L材料的設(shè) 備。例如，美國(guó)專利5224031給出的一種設(shè)備能夠完成在氣壓升高條件下熔融金 屬，然后在結(jié)晶器疑固熔融金屬，但是，該裝置采用的氣體不能被熔融液體吸附。 這種高壓惰性氣體只能以虹吸的方式充入鑄模。如果這種裝置用于生產(chǎn)氣相共晶 多孑L金屬材料，溶解的氣體在低凝固速率的情況下會(huì)從熔液中逸出或者在高凝固 速率下被"凍結(jié)"在固態(tài)熔體中。依據(jù)蘇聯(lián)專利1107958，另一種先前的技術(shù)可在裝置內(nèi)禾,升高氣體壓力的方》妹加速鑄模的冷卻和f腿熔液吸收氣體。但該裝 置即不適于^頓氫氣，也不適于熔液中充氫。因此該裝置不能確保鑄敬程中孔 隙率的控制。另一種現(xiàn)有的技術(shù)雖然采用了高壓惰性氣體，感應(yīng)加熱和特別改進(jìn)
的模具(參見日本申請(qǐng)專利5-28550，6-83140，6-77951)，但還是不能在可接受的工 程^(牛下完成美國(guó)專利5181549的工藝任務(wù)。法國(guó)專利2208743設(shè)計(jì)了一種設(shè)備。 該設(shè)備能夠熔融金屬，通過(guò)在底部通入氣泡向熔液中充入各種氣俠包括氫氣)使 熔液飽和，再通3l7jC冷方式使熔體由上部凝固。該裝置通過(guò)熔體發(fā)泡和泡沫的凝 固來(lái)生產(chǎn)多 L金屬材料。但其不能完成美國(guó)專利5181549工藝的基本反應(yīng)氣相 共晶反應(yīng)。
本發(fā)明之設(shè)備與美國(guó)專利5181549所簡(jiǎn)要描述的裝置十分相似，美國(guó)專利 5181549包括一個(gè)帶有密封蓋的反應(yīng)釜， 一個(gè)加熱器， 一個(gè)用于燃七金屬的柑鍋， 一個(gè)凝固熔體的水冷結(jié)晶器和加壓氣體的傳遞、排放以及控制》鵬的系統(tǒng)。該裝 置能夠保證熔融金屬、向熔體中充入氣體(包括氫氣)、在結(jié)晶器中熔體的凝固過(guò) 程在同時(shí)升高或降低氣體壓力的條件下完成。這增加了該設(shè)備的功能使其不僅能 夠制備泡沫金屬還能夠制備具有各種形狀、尺度和取向的多 L材料。通31X^過(guò)熔 《驢，熔融過(guò)程中氫氣壓力，充氫時(shí)間和冷凝斜牛及凝固過(guò)程氣壓的控制可以實(shí) 5!^氣孔率的控制。該裝置十分適合制造純金屬或低合金鋼的多孑L材料。但是， 經(jīng)驗(yàn)表明對(duì)于多孑L材料的批量生產(chǎn)，尤其^f于各種合金，上述設(shè)備還不夠完備。 為了生產(chǎn)一種特定要求的氣-固結(jié)構(gòu)，工藝參數(shù)的選針?lè)株P(guān)鍵。消除裝置中加壓 氣氛下可能的氣泡夾雜和降低澆注過(guò)程中熔體的紊流值得關(guān)注。氣泡夾雜和熔體 紊流等問(wèn)題可能導(dǎo)致形成具有不規(guī)則形狀大孔和無(wú)法控制氣孔率。而且，在凝固 過(guò)程還會(huì)形jt^謂的橋連，導(dǎo)致在外表面形成硬殼或在液態(tài)金屬下面形成橋連。 橋連會(huì)致使在凝固前沿壓力控制的缺失從而形成鑄造缺陷。橋連也可能在熔融過(guò) 程中粒狀金屬爐料燒結(jié)階段形成。在這種情況下，澆注和充氫剝牛的不正常也會(huì) 導(dǎo)致不合格的鑄件。許多工業(yè)合金具有在熔液表面形成氧化膜的趨勢(shì)，氧化膜會(huì) Plih氣體的充入和擴(kuò)散，抑制了鑄件的可控性生長(zhǎng)和冷凝，同時(shí)也限制了生產(chǎn)穩(wěn) 定質(zhì)量的產(chǎn)品。前面所述的技術(shù)裝置雖然可以使橋連和氧化等問(wèn)題對(duì)在坩鍋和結(jié) 晶器中熔體產(chǎn)生的影響較小，但就多孑L材料結(jié)構(gòu)和后續(xù)鵬g的控制是有限的， 所以這種技術(shù)不適于大批量生產(chǎn)。這一裝置的另一，點(diǎn)是為了澆注液態(tài)金屬必 須有一個(gè)陶瓷塞桿，而陶瓷塞桿^M較差尤其在高纟顯條陣下，經(jīng)常發(fā)生斷裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制造多孔材料的設(shè)備，解決多孑L材料結(jié)構(gòu)和后續(xù) 性能的控帝陏限等問(wèn)題，通過(guò)在鑄件中獲得均勻分布的 L并確保均勻的孔尺寸 和孔隙率來(lái)提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
本發(fā)明的技術(shù)方案
一種制造多孔材料的設(shè)備，該設(shè)備設(shè)置兩個(gè)互成90度角放置的兩個(gè)主體模 ±夾加熱-熔融-充氣飽和模塊以及凝固結(jié)晶模塊，兩模±央由連接?！姥脒B接；
加熱-熔融-充氣飽和模塊設(shè)置具有頂蓋和底蓋的密封水冷外殼，在該密封水 冷外殼內(nèi)安裝帶有坩堝蓋的坩鍋、與坩堝相應(yīng)的操縱器，在該密封水冷外殼上設(shè) 與真空系統(tǒng)相連的真空管路、與加壓系統(tǒng)相連的氣體管路、徑直對(duì)著柑鍋中熔體 表面的高溫計(jì)、徑，著坩鍋中熔體表面的攝像機(jī)；
凝固結(jié)晶模±央設(shè)置具有頂蓋和底蓋的密封水冷外殼，在該密封7jC冷外殼內(nèi)設(shè) 置7乂冷底座，在水冷底座上安fefe鑄模，主鑄模頂部安裝中繼鑄模，中繼鑄模與 主鑄模之間為 L狀隔板；在水冷底座底部安裝用于主鑄模的震蕩器和垂直往復(fù)、
水平旋轉(zhuǎn)的電機(jī)；在該密封水冷外^i:設(shè)置徑直對(duì)著坩堝中熔體表面的攝像機(jī)。 所述的制造多孔材料的設(shè)備，主鑄豐鈔卜側(cè)安對(duì)氐于主鑄模側(cè)壁的輔助鑄模，
主鑄模高于輔助鑄模的側(cè)壁上開有用于溢流的開口 ；在該密封水冷外殼上設(shè)置用
于防止溢流過(guò)程結(jié)殼的加熱器，加熱器徑直對(duì)著主鑄模的開口。
所述的制造多孔材料的設(shè)備，連接模土央采用漏斗，力口熱-熔融-充氣飽和模土央
以及凝固結(jié)晶模i央通過(guò)漏斗M，漏斗敞口端與坩堝對(duì)應(yīng)，漏斗另一端伸至中繼
鑄模內(nèi)。
所述的制造多孑L材料的設(shè)備，力口熱-熔融-充氣飽和模塊以及凝固結(jié)晶模塊的
水冷密封外殼、頂蓋和底蓋上具有水冷系統(tǒng)。
戶，的制造多孑L材料的設(shè)備，加熱器為可通有高頻電流的螺旋管。 所述的帝隨多孔材料的設(shè)備，操縱器放置在頂蓋上。 所述的帝隨多孑L材料的設(shè)備，塒鍋中的熔體體積與主鑄模開口底邊沿對(duì)應(yīng)水 平面以下的主鑄模中熔體的體積相等。
所述的制造多孑L材料的設(shè)備，中繼鑄模的容積小于柑鍋中熔體的體積。 所述的制備多 L材料的設(shè)備，漏斗的底部前端開有徑向的狹槽，以保證熔體
平穩(wěn)箭LA7令凝模。本發(fā)明的有益效果是
1、 本發(fā)明設(shè)計(jì)有互成90度角放置的兩個(gè)主術(shù)對(duì)哉熔煉爐和凝固結(jié)晶器)， 與其他制備多孔金屬裝置不同之處在于在熔煉爐中，有高溫計(jì)、坩堝蓋、開啟
坩堝蓋和操縱熔融物的操縱器；在凝固結(jié)晶器中，還有輔助鑄模、漏斗、中繼鑄 模和徑直對(duì)著坩堝中熔融物表面的攝像機(jī)；加熱工具徑直對(duì)著主鑄模的開口，用 于冷卻鑄模和模具的震動(dòng)裝置以及用于移動(dòng)在垂直板上的冷卻鑄模和翻轉(zhuǎn)它的震 動(dòng)，。本發(fā)明是一種能夠?qū)崿F(xiàn)多孑L材料技術(shù)的裝置。與已有的技#目比，該裝 置擁有很多附加的特點(diǎn)，能甸娥帝愾〈枯熔體(包括復(fù)雜合金)中的吸附和釋放， 這極大地提高了 Gasars多？L材料的質(zhì)量和多樣性。
2、 本發(fā)明具有多功會(huì)^莫塊的反應(yīng)釜，這個(gè)反應(yīng)釜可以在精確控制^和氣體 含量的情況下制備熔融金屬或合金以及向其中充氫，并能確保熔融物注入冷卻結(jié) 晶器后，凝固前沿氣體的對(duì)流、紊流以及溫度和壓力波動(dòng)能夠被消除。
3、 本發(fā)明設(shè)備能夠生產(chǎn)航空、機(jī)械工程、石油工程和醫(yī)藥等領(lǐng)域所需要的 高質(zhì)量gasar產(chǎn)品。


圖1為本發(fā)明設(shè)備中反應(yīng)釜三種狀態(tài)中最初狀教金屬熔化和充氫飽和狀態(tài)) 示意圖。
圖2為本發(fā)明設(shè)備在凝固狀態(tài)下飽和gasar形成具有平行孔多孑L材料時(shí)示意圖。
圖3為本發(fā)明設(shè)備在凝固狀態(tài)下飽和gasar形成具有徑向孔多孔材料時(shí)示意圖。
圖中，1水冷外殼I; 2水冷外殼II; 3密封水)1^寸蓋I; 4密封7夂7鋅寸蓋11; 5密封水^^寸蓋III; 6感應(yīng)線圈；7坩鍋；8熔體；9柑堝蓋；10操縱器；11高溫 計(jì)；12攝像機(jī)I; 13陶瓷底座；14漏斗；15中繼鑄模；16熔體；17孔狀隔板；
18主鑄模；19 7jC冷底座；20震蕩器；21垂直往復(fù)、水平旋轉(zhuǎn)體；22支座；23 熔體；24多孑L材料；25攝像lfUI; 26開口； 27輔助鑄模；28溢流；29加熱器；
30真空管路；31氣體管路；32電能干線；33供水裝置；34結(jié)晶器；35陶瓷底盤;
36窗口； 37密封7jC)t^寸蓋IV; 38金屬平臺(tái)。
如圖1-3所示，該設(shè)備設(shè)置兩個(gè)互成90度角放置的兩個(gè)主#|莫塊加熱-熔
7融-充氣飽和模i央(H-模i央，也稱熔煉爐)和凝固結(jié)晶模i央(S-模塊，也稱凝固結(jié)晶 器)，兩?！姥際-模塊、S-模塊由連接模土對(duì)C-模塊)連接，連接模i超C-模i央)采用漏 斗14， H-模塊、S-模i央iM:漏斗14 。水冷外殼11兩端安裝密封水7t^寸蓋13
(底蓋)和密封7jOt^蓋I14 (頂蓋)，水冷外殼I12兩端安裝密封水7轉(zhuǎn)寸蓋IH5 (底 蓋)和密封水y賴寸蓋IV37 (頂蓋)。 一個(gè)密封的感應(yīng)線圈6穿過(guò)H-模i央水冷外殼
I 1并固定在其內(nèi)壁上。感應(yīng)線圈6用于加熱盛有熔體8的柑鍋7到金屬的熔點(diǎn) 溫度以上。坩鍋7設(shè)有坩鍋蓋9，操縱器10通3l7jC冷外殼I 1固定在其內(nèi)壁上。 需要時(shí)操縱器10用于開關(guān)坩鍋蓋9或向熔體加入改性劑以除掉氧化膜，或者用 于實(shí)現(xiàn)其他需要的操作。坩鍋7中的熔^ait由高溫計(jì)11測(cè)量。熔融過(guò)程由攝像 機(jī)I 12來(lái)監(jiān)控和記錄。置于金屬平臺(tái)38上的陶瓷底座13用于支撐坩鍋7。金屬 平臺(tái)38固定在水冷外殼I 1上，但并沒(méi)有將其分為上下兩室。需要時(shí)，該設(shè)備可 以繞其水平軸旋轉(zhuǎn)90度，以使柑鍋7內(nèi)的熔體M漏斗14注入中繼鑄模15。中 繼模鑄模15被熔體16部分±真充，熔體16又經(jīng)孔狀隔板17進(jìn)入固定在水冷底座 19上的主鑄模18。 一個(gè)震蕩器20和一個(gè)固定在支座22上的垂直往復(fù)、水平旋轉(zhuǎn) 裝置21 (電機(jī))，整^^雜置固定在支座22上。當(dāng)冷卻時(shí)，熔體23開始凝固 形成多孑L材料24。攝像機(jī)II25監(jiān)控和記錄凝固過(guò)程。隨著多孑L材料24多孑L層的 生長(zhǎng)，熔體23被生長(zhǎng)的凝固前端取代，從而導(dǎo)致主鑄模18中的熔體平面升高。 鄉(xiāng)啲熔體通過(guò)開口26^A輔助鑄模27，形成溢流28。在保護(hù)水冷外殼II2內(nèi) 有一個(gè)定向的加熱器29，用于防止溢流過(guò)程結(jié)殼。根據(jù)需要，反應(yīng)釜可以抽到 O.OOlmm Hg的真空，真空管路30可實(shí)現(xiàn)此目的。^t^g設(shè)計(jì)可承受5.0MPa 的壓力。對(duì)于高壓操作，氫氣、氬氣、氦氣或它們的混^體可以通過(guò)氣體管路 31充入反應(yīng)釜，氣體壓力為0.1 5.0MPa。電會(huì)隨過(guò)電肯巨干線32傳輸?shù)椒磻?yīng)釜。S-模i央有一個(gè)獨(dú)立的高壓供7jC^置33，供水0.04^).1MPa。為了獲得徑向孔結(jié)構(gòu)材 料，需采用的圓柱狀結(jié)晶器34和陶瓷底盤35。在密封水7鋅寸蓋114上有一個(gè)窗口 36用于觀察熔融和充氫過(guò)程。
下面介紹一個(gè)制備平行 L銅材料的裝置操作典型實(shí)例。首先裝置處在H-模塊 垂直的狀態(tài)(圖l)，移開密封水冷封蓋II4后，將金屬料裝入坩鍋7，然后密封 水^^寸蓋I14歸位，并以氣密的方式附于保護(hù)水冷外殼I 1上。降低密封水^i寸蓋 13，將主鑄模18置于水冷底座19上。固定輔助鑄模27，中繼鑄模15置于主鑄模18之上。漏斗14固定于中繼鑄模15的中央，使漏斗14的出料管恰好處于中 繼鑄模15的內(nèi)部。關(guān)上密封水7結(jié)寸蓋I3，確保其與水冷外殼I12的密封連接。 關(guān)閉氣體管路31，打開真空管路30開始抽真空。感應(yīng)線圈6開始通電，用操縱 器10打開坩鍋蓋9，熔融過(guò)禾Mffl攝像機(jī)I 12進(jìn)行監(jiān)控。坩鍋7中的金屬溫度由高 溫計(jì)11測(cè)量。采用操縱器10擊碎坩鍋中可能產(chǎn)生的橋接。爐料完^^熔化后，用 操縱器10加入合金添加劑，同時(shí)在爐料完全熔化時(shí)關(guān)閉真空管路30，打開氣體 管路31，氫氣以預(yù)設(shè)的壓力導(dǎo)入反應(yīng)釜，對(duì)于純銅材料，壓力為0.4MPa。熔化 溫度升高到預(yù)設(shè)值，例如設(shè)為高于金屬的熔點(diǎn)溫度50攝氏度，熔體保持在此，。 同時(shí)，將惰性氣體以預(yù)設(shè)壓力通過(guò)氣體管路31充入反應(yīng)釜，例如l.OMPa。纟鵬 由高溫計(jì)11測(cè)量，攝像機(jī)I 12監(jiān)視氧化膜的形成過(guò)程，如果需要用操縱器10去 除氧化膜。保溫一定時(shí)間后，每種合金對(duì)應(yīng)不同的保溫時(shí)間，打開加熱器29以及 垂直往復(fù)、水平旋轉(zhuǎn)裝置(電機(jī))21，熔體開始向中繼鑄模15中澆注。澆注的速 率可以根據(jù)攝像機(jī)112觀測(cè)坩鍋7中熔液水平面進(jìn)行調(diào)節(jié)。在向主鑄模18的澆 注過(guò)程中，不應(yīng)觀察到噴濺和沸騰(也就是氣泡溢出)現(xiàn)象。即在中繼鑄模15 中熔體無(wú)M瞎氣釋放，熔體成分均勻，能夠平穩(wěn)遞過(guò)孔狀隔板17駄主鑄模 18?；趯?duì)主鑄模18中澆注過(guò)程的觀察和工藝劍牛需要，震蕩器20和垂直往復(fù)、 7K平旋轉(zhuǎn)裝置(電機(jī))21中的任意一個(gè)可以開動(dòng)；例如對(duì)于某醉錄模需要 旋轉(zhuǎn)，可以使熔體23更均勻分布在水冷底座19的表面上；對(duì)于某些合金需要垂 直往復(fù)運(yùn)動(dòng)^^體均勻和向熔體輸入能量。這樣就^t體能獲得更均勻的冷卻速 率從而改善多 L材料的結(jié)構(gòu)。在某些情況下，鑄*1^垂直方向的反復(fù)運(yùn)動(dòng)可以改 體的熔化速率和流動(dòng)方式，當(dāng)通過(guò)開口 26的熔體停止流動(dòng)時(shí)，gasar的凝固 過(guò)程也就完成了 。將加熱器29和感應(yīng)線圈6斷電，將反應(yīng)釜內(nèi)壓力逐漸降低到大 氣壓，但仍保持密封狀態(tài)，當(dāng)鑄件冷卻后，通氣氣體管路31關(guān)閉，反應(yīng)釜與真空 管線連通，抽真空至如0.01MPa后，通入空氣，然后打開底蓋，取出多孑L鑄件。
本發(fā)明熔體向中繼鑄模15和主鑄模18的澆注過(guò)程可以在預(yù)設(shè)的速率下進(jìn)行， 由于中繼鑄模15和孔狀隔板17的存在，可以防止大部分的氧化膜形成，這也用 于確保平穩(wěn)澆注，消除澆注過(guò)程的氣體損失，以及防止來(lái)自反應(yīng)釜?dú)夥障碌臍怏w 夾雜導(dǎo)致的大氣泡形成。由于使用了攝像機(jī)I12可以實(shí)時(shí)監(jiān)控爐料的熔化過(guò)程， SX寸于更準(zhǔn)確的確定充氫時(shí)間是十分必要的。攝像機(jī)I 12育^I夠角定爐料完全熔化 的時(shí)亥U和監(jiān)觀愾化膜形成的過(guò)程，上述的氧化膜可進(jìn)一步與化學(xué)活性劑反應(yīng)或被
9機(jī)牛 縱器10去除。操縱器10能用于周期性i也打開坩鍋7的坩堝蓋9，因此可以 監(jiān)測(cè)金屬熔融過(guò)程。正如所期望的那樣，操縱器10能夠在熔體上動(dòng)作，例如擊碎 橋連，加入有關(guān)物質(zhì)和去除氧化膜。對(duì)于制備化學(xué)活性合金的gasar這是十分必要 的。中繼鑄模15能夠制備均勻的熔體8，當(dāng)從坩鍋7流入中繼鑄模15時(shí)，金屬熔 液開始冷卻，冷卻過(guò)程伴隨著氣體以氣泡和擴(kuò)散方式的釋放。如果在這一階段烙 體冷卻形成多孔結(jié)構(gòu)，大的氣泡^SA鑄件，由于濃度梯度將導(dǎo)致孔結(jié)構(gòu)不均勻。 使用中繼鑄模15，能夠^)^體具有均勻的^^和濃度，從而有助于提高鑄件的質(zhì) 量。漏斗14有助于熔液平穩(wěn)i也流入中繼鑄模15。在中繼鑄模15底部的孔狀隔板 17可以進(jìn)一步地M^熔體中在延展面快速生成的不需要的氣泡量。該隔板還有其 他一些優(yōu)點(diǎn)，有利于熔體平穩(wěn)注入主鑄模，幫助消除紊流、溫度和化學(xué)成分的梯 度，因此有利于獲得均勻的氣 L率和提高多孔制品的質(zhì)量。主鑄模18中的開口 26 有助于提高多 L材料24的質(zhì)量，當(dāng)gasar生成時(shí)，鑄模中的熔i^夜面上升，固態(tài) 硬殼會(huì)在熔體表面形成，已從凝固前沿分離的氣泡會(huì)在硬殼下積聚，這時(shí)鑄模頂 部的液體類似于泡沫，某些氣泡聚合形成大的孔洞。很明顯，這樣的熔體不適合 生產(chǎn)合格的產(chǎn)品。溢流的作用是可以使形成的泡沫熔體及時(shí)移除。為使這一方法 更有效，需要坩鍋中的熔體體積與開口 26邊緣以下的熔體體積相等，其作用是 在主鑄模18中形成有序的gasar結(jié)構(gòu)，在輔助鑄模27中形成具有隨機(jī)分布的氣泡 泡沫熔體聚集物，凝固后的熔體23可以作為金屬爐茅4t盾環(huán)利用。加熱器29能夠 去除在整個(gè)凝固過(guò)程中的液態(tài)組分，即使在最后階段液體已變得相當(dāng)粘稠時(shí)。攝 像機(jī)II25能夠通過(guò)開口26監(jiān)領(lǐng)礙固過(guò)程。它能監(jiān)測(cè)主鑄模中液面的位置，在需要 時(shí)啟動(dòng)震蕩器20和垂直往復(fù)、水平旋轉(zhuǎn)裝置(電機(jī))21進(jìn)行7jC平旋轉(zhuǎn)或改變內(nèi)部 壓力。多孔產(chǎn)品的質(zhì)量評(píng)估是一項(xiàng)困難的工作，即使一些拋光截面表明具有很好 質(zhì)量的樣品，也不能保證沒(méi)有高性能應(yīng)用所不允許的大孔存在。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在生產(chǎn) 正常進(jìn)行時(shí)，還是在熔體表面形成固態(tài)硬殼。在鑄件表面上出現(xiàn)的個(gè)別氣泡或相 對(duì)明亮的高溫斑點(diǎn)表明熔體不均勻，鑄件的質(zhì)量可能較差。但是在凝固過(guò)程中， 還是有可能通過(guò)調(diào)節(jié)過(guò)程參數(shù)防止不合格品產(chǎn)生的。用于主鑄模的震蕩器20和垂 直往復(fù)、水平旋轉(zhuǎn)裝置(電機(jī))21會(huì)g夠在需要時(shí)在熔體表面和內(nèi)部動(dòng)作。劍于 復(fù)雜合金尤為重要，具有均勻和平穩(wěn)地澆注復(fù)雜形狀鑄模的功能。這將消除熔體 的濃度梯度和最終產(chǎn)品氣 L率的不均勻。其次，震蕩器20和垂直往復(fù)、水平旋轉(zhuǎn) 裝置(電機(jī))21有利于主鑄模中保持有足夠的熔體和在鑄件上形成均勻的固態(tài)夕卜殼，這個(gè)固態(tài)外殼可作為氣泡形成的基體，當(dāng)這個(gè)外殼均勻時(shí)，在其上形核的氣 泡就會(huì)有相似的尺寸和均勻的分布。第三，震蕩器20和垂直往復(fù)、7jC平旋轉(zhuǎn)裝置 (電機(jī))21可以向凝固前沿輸入能量，從而控制氣泡的形成。它們也可將氣泡從 凝固前沿分離出去形成無(wú) L層，也可以通過(guò)應(yīng)用一定強(qiáng)度的脈沖來(lái)除去熔體中的
所有氣體。真空管路30和氣體管路31可以控帝晌熔體中充氫氣和在較寬的壓力
范圍內(nèi)進(jìn)行凝固，這使得該,更加靈活，能很好的適應(yīng)制備各種材料的工藝和
生產(chǎn)具有不同孔隙率、孑L尺寸和,的合格產(chǎn)品。因此，該裝置M用和更高效。
水冷外殼使該裝置適用于難熔合金和在加壓的條件下制備超細(xì)孔的多孔材料
(gasar)。加熱器做成螺旋管連接到高頻電源上，使其能夠在充氫的期間作用在熔 體上和攪拌熔液，這有助于提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。上述的特點(diǎn)只有結(jié)合在一起 時(shí)才會(huì)產(chǎn)生好的效果。以這種方式，本發(fā)明,的這^^寺點(diǎn)能夠?qū)峬^有g(shù)asar技 術(shù)的應(yīng)用，有利于提高gasar產(chǎn)品的質(zhì)量。即使^hM特點(diǎn)之一被忽略時(shí)，隨機(jī)因 素都會(huì)被過(guò)度放大，過(guò)程穩(wěn)定性都會(huì)被削弱，故很難得到合格的產(chǎn)品。該設(shè)備能 夠生產(chǎn)航空、機(jī)械工程、石油工程和醫(yī)藥等領(lǐng)i^;f需要的高質(zhì)量gasar產(chǎn)品。
本實(shí)施例制備的多孔材料一平行孔銅材料，平行孔銅材料的結(jié)構(gòu)特征及技術(shù) 參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)如下
平行孔的孑L徑為10[im 3mm，孔長(zhǎng)100jim 300mm，長(zhǎng)寬比為1 300，孔 隙率在5% 75%之間。
另外，除了銅材料之外，采用本發(fā)明還可以用于Ni基、Cu基、Al基以及 Mg基多？L材料。該技術(shù)也可能用在鋼、Co、 Cr、 Mo，甚至陶瓷多 L材料的制備 上。
權(quán)利要求
1、一種制造多孔材料的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備設(shè)置兩個(gè)互成90度角放置的兩個(gè)主體模塊加熱-熔融-充氣飽和模塊以及凝固結(jié)晶模塊，兩模塊由連接模塊連接；加熱-熔融-充氣飽和模塊設(shè)置具有頂蓋和底蓋的密封水冷外殼，在該密封水冷外殼內(nèi)安裝帶有坩堝蓋的坩鍋、與坩堝相應(yīng)的操縱器，在該密封水冷外殼上設(shè)與真空系統(tǒng)相連的真空管路、與加壓系統(tǒng)相連的氣體管路、徑直對(duì)著坩鍋中熔體表面的高溫計(jì)、徑直對(duì)著坩鍋中熔體表面的攝像機(jī)；凝固結(jié)晶模塊設(shè)置具有頂蓋和底蓋的密封水冷外殼，在該密封水冷外殼內(nèi)設(shè)置水冷底座，在水冷底座上安裝主鑄模，主鑄模頂部安裝中繼鑄模，中繼鑄模與主鑄模之間為孔狀隔板；在水冷底座底部安裝用于主鑄模的震蕩器和垂直往復(fù)、水平旋轉(zhuǎn)的電機(jī)；在該密封水冷外殼上設(shè)置徑直對(duì)著坩堝中熔體表面的攝像機(jī)。
2、 按照權(quán)利要求1戶皿的制造多孑L材料的設(shè)備，其特征在于主鑄t數(shù)卜側(cè)安裝低于主鑄模側(cè)壁的輔助鑄模，主鑄模高于輔助鑄模的側(cè)壁上開有用于溢流的開口；在該密封水冷外^J:設(shè)置用于防止溢流過(guò)程結(jié)殼的加熱器，加熱器t5i:對(duì)著主鑄模的開口。
3、 按照權(quán)利要求1戶脫的制造多孑L材料的設(shè)備，其特征在于連接?！烂接寐┒罚熱-熔融-充氣飽和模塊以及凝固結(jié)晶模i央通過(guò)漏斗M，漏斗敞口端與 坩堝對(duì)應(yīng)，漏斗另一端伸至中繼鑄模內(nèi)。
4、 按照權(quán)利要求1戶腿的制造多孑L材料的設(shè)備，其特征在于力口熱-熔融-充 氣飽和模塊以及凝固結(jié)晶模塊的水冷密封外殼、頂蓋和底蓋上具有7jC冷系統(tǒng)。
5、 按照權(quán)利要求2戶腿的制造多孑L材料的設(shè)備，其特征在于加熱器為可通有高頻電流的螺旋管。
6、 按照權(quán)利要求1戶誠(chéng)的制造多孑L材料的設(shè)備，其特征在于操縱器放置在 頂蓋上。
7、 按照權(quán)利要求1所述的制造多孑L材料的設(shè)備，其特征在于坩鍋中的熔體 體積與主鑄模開口底邊沿對(duì)應(yīng)水平面以下的主鑄模中熔體的體積相等。
8、 按照權(quán)利要求1所述的制造多孑L材料的設(shè)備，其特征在于中繼鑄模的容積小于坩鍋中熔體的體積。
9.按照權(quán)利要求書1所述的制備多 L材料的設(shè)備，其特征在于漏斗的底部 前端開有徑向的狹槽，以保證熔體平穩(wěn)流入冷凝模。
全文摘要
本發(fā)明屬于鑄造領(lǐng)域，是一種采用鑄造工藝制備多孔材料的設(shè)備。本發(fā)明由互成90度角放置的兩個(gè)主體模塊熔煉爐和凝固結(jié)晶器組成，熔煉爐中，有坩堝、高溫計(jì)、坩堝蓋、開啟坩堝蓋和操縱熔融物的操縱器；凝固結(jié)晶器中，有水冷底座、主鑄模、輔助鑄模、中繼鑄模、加熱器和徑直對(duì)著坩堝中熔融物表面的攝像機(jī)；加熱器徑直對(duì)著主鑄模的開口，在水冷底座底部設(shè)置用于主鑄模的震蕩器和垂直往復(fù)、水平旋轉(zhuǎn)裝置。本發(fā)明通過(guò)在鑄件中獲得均勻分布的孔，并確保均勻的孔尺寸和孔隙率來(lái)提高產(chǎn)品的質(zhì)量，解決多孔材料結(jié)構(gòu)和后續(xù)性能的控制有限等問(wèn)題。本發(fā)明設(shè)備能夠生產(chǎn)航空、機(jī)械工程、石油工程和醫(yī)藥等領(lǐng)域所需要的高質(zhì)量多孔材料產(chǎn)品。
文檔編號(hào)B22D27/00GK101450377SQ20071015857
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日
發(fā)明者佛拉德·夏波瓦爾夫, 熊天英 申請(qǐng)人:嘉興中科金嘉特種材料有限公司