專(zhuān)利名稱(chēng)：規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)大磁致伸縮材料的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以稀土金屬、鐵為原料生產(chǎn)一種具有伸縮性能的材料的方法及裝置，具體地說(shuō)是一種規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)大磁致伸縮材料的方法及裝置。
從70年代開(kāi)始，人們?cè)诓捎孟⊥痢F為原料來(lái)得到磁致伸縮材料方面開(kāi)始了研究和開(kāi)發(fā)，其主要目的是開(kāi)發(fā)具有室溫區(qū)磁致伸縮效應(yīng)的稀土—鐵磁致伸縮材料，這種材料一般是由鋱、鏑、鐵組成，美國(guó)專(zhuān)利US4609402描述了一種晶體定向的方法首先將原料熔煉成合金并鑄成磁致伸縮母合金棒，然后進(jìn)行區(qū)域熔煉和再結(jié)晶獲得定向的稀土—鐵大磁致伸縮材料，雖然此方法可獲得高性能磁致伸縮材料，但生產(chǎn)量太小，工藝也不連續(xù)；美國(guó)專(zhuān)利US4770704描述了一種連續(xù)生產(chǎn)定向結(jié)晶磁致伸縮合金的方法，該方法將冶煉后的母合金塊放入一帶底孔的坩堝中，底孔用三氧化二鋁(Al2O3)桿堵住，合金熔化均勻后拉起堵住坩堝底孔的堵桿，熔化合金從底孔漏入帶保溫的石英管中，水冷底座拉動(dòng)石英管向下運(yùn)動(dòng)，下部的水冷機(jī)構(gòu)不斷帶走向下運(yùn)動(dòng)熔體的熱量，實(shí)現(xiàn)定向結(jié)晶，這種方法雖然生產(chǎn)量較前一技術(shù)大，但極為有限，每一爐之前裝料、卸料需破壞真空，生產(chǎn)成本仍然很高，不能大批量連續(xù)生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足及市場(chǎng)對(duì)該材料需求的增加而提供的一種規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)大磁致伸縮材料的方法及裝置，它能規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，使生產(chǎn)成本降低，質(zhì)量得到保證。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是采用鋱、鏑等稀土金屬與鐵等過(guò)渡族金屬為原料，以下述具體步驟生產(chǎn)獲得具有大磁致伸縮效應(yīng)的定向結(jié)晶晶體a、配料將純度為99.9％以上的稀土金屬鋱、鏑等和過(guò)渡族金屬鐵等合金元素按如下成分配制成若干份RxM2-y其中x＝0.5～1.5，y＝0～0.5，R為稀土元素中的至少一種，M為過(guò)渡族元素中的至少一種，或直接采用以上成分的合金作為原料；b、裝料和裝模管上述原料配制完成后，將每份配好的原料或合金原料分別放入進(jìn)料罐中的每個(gè)無(wú)底料盒中，使其可進(jìn)入冶煉坩堝內(nèi)，蓋好進(jìn)料罐上蓋，打開(kāi)爐門(mén)，將多根模管按合金原料份數(shù)分組裝在托盤(pán)上固定好，并使其中一組模管的上口對(duì)準(zhǔn)保溫定向爐的下口，提升拉晶桿，使托盤(pán)上移至該組模管的上部與澆注坩堝的口接觸上，關(guān)緊爐門(mén)，抽真空使?fàn)t體內(nèi)的真空度達(dá)到5×10-3Pa以上；c、冶煉和均勻化加熱冶煉坩堝中的原料使之熔化，原料首先加熱到1400～1700℃保溫1～60分鐘，使原料合金化，然后降溫至1250～1400℃保溫1～60分鐘，采用合金為原料，直接加溫至1250～1400℃保溫1～60分鐘，使合金充分均勻化，停止加熱，合金在冶煉坩堝中靜置10秒～20分鐘，使合金中的雜質(zhì)上浮至合金熔體表面；d、澆注上述冶煉和均勻化完成后，冶煉坩堝自動(dòng)翻轉(zhuǎn)一定角度，合金從冶煉坩堝中澆出，通過(guò)澆注坩堝進(jìn)入模管，澆注緩慢進(jìn)行，最后在冶煉坩堝中剩余一些合金熔體雜質(zhì)，這些雜質(zhì)保留在冶煉坩堝中；e、定向結(jié)晶澆注之前將保溫定向爐預(yù)熱，爐內(nèi)上段溫度控制在1180～1290℃，下段的溫度控制在600～1180℃，合金澆注到模管中后由拉晶桿向下以0.5～15毫米/分鐘的速度移出保溫定向爐，合金經(jīng)冷卻而凝固，形成定向結(jié)晶棒材；f、換模管定向結(jié)晶結(jié)束后，裝有合金的模管被完全從保溫定向爐中拉出，轉(zhuǎn)動(dòng)拉晶桿并向上提升，這樣另一組模管的上部便可與澆注坩堝口接觸，為下一爐的工作做好準(zhǔn)備；g、下一爐的裝料、冶煉、澆注、定向結(jié)晶轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)料罐上的手柄，進(jìn)料罐中的料盒隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，其中一個(gè)料盒中的原料就可進(jìn)到冶煉坩堝內(nèi)，進(jìn)行下一爐的冶煉、澆注、定向結(jié)晶。
生產(chǎn)上述材料的裝置是雙層真空爐體，分爐體1、爐蓋2兩部分，爐蓋2頂部設(shè)有進(jìn)料罐3、觀察口4、測(cè)溫傳感器5，爐體1內(nèi)設(shè)有熔煉爐6、保溫定向裝置7，爐體1外壁設(shè)有真空管道9、充氣管道8、觀察口10、爐門(mén)11，爐體1與爐蓋2通過(guò)螺釘44和密封圈45連接；進(jìn)料罐3上設(shè)有手柄38、蓋39、內(nèi)部設(shè)有數(shù)個(gè)無(wú)底料盒40、底部設(shè)有導(dǎo)料口41，蓋39中部、手柄38外圍設(shè)有壓緊螺釘42、密封圈43；熔煉爐6包括坩堝12、感受器13、線圈框架15、電極16，坩堝12置于中部外部周邊依次設(shè)有感受器13、線圈框架15，線圈框架15內(nèi)設(shè)有線圈14，電極16連在線圈框架15上并可伸出爐體；保溫定向裝置7由保溫定向爐17、水冷盤(pán)18、托架19、循環(huán)冷卻器20、拉晶桿21組成，水冷盤(pán)18、循環(huán)冷卻器20依次置于保溫定向爐17下部，水冷盤(pán)18與保溫定向爐17之間設(shè)有隔熱片22、與循環(huán)冷卻器20之間設(shè)有固定板23，托架19固定于循環(huán)冷卻器20之下與拉晶桿21連接，拉晶桿21下端伸出爐體1外；保溫定向爐17由固定板26、23固定在爐體1內(nèi)，外部設(shè)有絕緣保溫層27、外壁上、下設(shè)有電極28、29、熱電耦30、31，電極、熱電耦伸出爐體1外，保溫定向爐17包括電阻加熱爐24、電阻加熱爐25，電阻加熱爐24置于電阻加熱爐25之上；電阻加熱爐24內(nèi)置有一坩堝32，電阻加熱爐25內(nèi)設(shè)有數(shù)根模管33，模管33一端伸入電阻加熱爐24與坩堝32接觸，一端伸出電阻加熱爐25與循環(huán)冷卻器20接觸，模管33外圍設(shè)有導(dǎo)熱層34；循環(huán)冷卻器20由水盤(pán)35、水管49、36、37、水冷頭38組成，水盤(pán)35上設(shè)有數(shù)根模管33，水冷頭38外圍設(shè)有軟性耐溫材料39、并伸入模管33、內(nèi)設(shè)接水管36并與水盤(pán)35連通，水管37置于拉晶桿21內(nèi)與水管36連通。
采用本發(fā)明生產(chǎn)該種材料，真空系統(tǒng)在一天內(nèi)不被破壞，生產(chǎn)效率高，一致性好，產(chǎn)品性能高，產(chǎn)品規(guī)格齊全，可生產(chǎn)棒狀、管狀、長(zhǎng)方體等各種形狀的材料，整個(gè)過(guò)程用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，人為影響小。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述

圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意2為裝置中保溫定向裝置的結(jié)構(gòu)放大3為裝置中循環(huán)冷卻器的結(jié)構(gòu)放大4為裝置的另一實(shí)施例參閱圖1、2、3，本發(fā)明的裝置為雙層真空爐體，分爐體1、爐蓋2兩部分，爐蓋2頂部設(shè)有進(jìn)料罐3，原料從進(jìn)料罐3進(jìn)入數(shù)個(gè)無(wú)底料盒40，壓緊蓋39，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄38一定角度，便有一個(gè)料盒40到達(dá)導(dǎo)料口41位置，原料從導(dǎo)料口41進(jìn)入爐體1內(nèi)的熔煉爐6的坩堝12內(nèi)，中頻線圈14對(duì)感受器13進(jìn)行加熱，使原料熔化成液態(tài)合金，電極16直接伸出爐體1外并支撐著熔煉爐6，通過(guò)電極16可以在爐體1外旋轉(zhuǎn)一定角度，使熔煉爐6的坩堝12內(nèi)的液態(tài)合金從坩堝12上部流出澆入保溫定向裝置7中的坩堝32中，進(jìn)入坩堝32中的液態(tài)合金立刻進(jìn)入到模管33中，進(jìn)入模管33的液態(tài)合金，隨拉晶桿21及托架19向下移動(dòng)，在移動(dòng)過(guò)程通過(guò)冷卻器20作用，使模管33內(nèi)的液態(tài)合金46在固液界面48處凝固形成晶粒取向合金47，待模管33完全從保溫定向爐17中退出后，拉晶桿21精確轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，托架19上的另一組模管就會(huì)對(duì)準(zhǔn)保溫定向爐17內(nèi)模管33位置，將拉晶桿21及托架19向上推動(dòng)，使模管33進(jìn)入保溫定向爐17內(nèi)，再轉(zhuǎn)動(dòng)手柄38，使原料進(jìn)入坩堝12進(jìn)行下一次的熔煉，依次類(lèi)推，直到爐內(nèi)的全部模管都有凝固合金后，通過(guò)爐門(mén)11取出成品。
參閱圖4，它是本發(fā)明的另一種實(shí)施例，托架19上只設(shè)一組模管33。
權(quán)利要求
1.一種規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)大磁致伸縮材料的方法，其特征在于采用鋱、鏑等稀土金屬與鐵等過(guò)渡族金屬為原料，以下述具體步驟生產(chǎn)獲得具有大磁致伸縮效應(yīng)的定向結(jié)晶晶體a、配料將純度為99.9％以上的稀土金屬鋱、鏑等和過(guò)渡族金屬鐵等合金元素按如下成分配制成若干份RxM2-y其中x＝0.5～1.5，y＝0～0.5，R為稀土元素中的至少一種，M為過(guò)渡族元素中的至少一種，或直接采用以上成分的合金作為原料；b、裝料和裝模管上述原料配制完成后，將每份配好的原料或合金原料分別放入進(jìn)料罐中的每個(gè)無(wú)底料盒中，使其可進(jìn)入冶煉坩堝內(nèi)，蓋好進(jìn)料罐上蓋，打開(kāi)爐門(mén)，將多根模管按合金原料份數(shù)分組裝在托盤(pán)上固定好，并使其中一組模管的上口對(duì)準(zhǔn)保溫定向爐的下口，提升拉晶桿，使托盤(pán)上移至該組模管的上部與澆注坩堝的口接觸上，關(guān)緊爐門(mén)，抽真空使?fàn)t體內(nèi)的真空度達(dá)到5×10-3Pa以上；c、冶煉和均勻化加熱冶煉坩堝中的原料使之熔化，原料首先加熱到1400～1700℃保溫1～60分鐘，使原料合金化，然后降溫至1250～1400℃保溫1～60分鐘，采用合金為原料，直接加溫至1250～1400℃保溫1～60分鐘，使合金充分均勻化，停止加熱，合金在冶煉坩堝中靜置10秒～20分鐘，使合金中的雜質(zhì)上浮至合金熔體表面；d、澆注上述冶煉和均勻化完成后，冶煉坩堝自動(dòng)翻轉(zhuǎn)一定角度，合金從冶煉坩堝中澆出，通過(guò)澆注坩堝進(jìn)入模管，澆注緩慢進(jìn)行，最后在冶煉坩堝中剩余一些合金熔體雜質(zhì)，這些雜質(zhì)保留在冶煉坩堝中；e、定向結(jié)晶澆注之前將保溫定向爐預(yù)熱，爐內(nèi)上段溫度控制在1180～1290℃，下段的溫度控制在600～1180℃，合金澆注到模管中后由拉晶桿向下以0.5～15毫米/分鐘的速度移出保溫定向爐，合金經(jīng)冷卻而凝固，形成多根定向結(jié)晶棒材；f、換模管定向結(jié)晶結(jié)束后，裝有合金的模管被完全從保溫定向爐中拉出，轉(zhuǎn)動(dòng)拉晶桿并向上提升，這樣另一組模管的上部便可與澆注坩堝口接觸，為下一爐的工作做好準(zhǔn)備；g、下一爐的裝料、冶煉、澆注、定向結(jié)晶轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)料罐上的手柄，進(jìn)料罐中的料盒隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，其中一個(gè)料盒中的原料就可進(jìn)到冶煉坩堝內(nèi)，進(jìn)行下一爐的冶煉、澆注、定向結(jié)晶。
2.一種生產(chǎn)權(quán)利要求1所述材料的裝置，其特征在于該裝置為雙層真空爐體，分爐體(1)、爐蓋(2)兩部分，爐蓋(2)頂部設(shè)有進(jìn)料罐(3)、觀察口(4)、測(cè)溫傳感器(5)，爐體(1)內(nèi)設(shè)有熔煉爐(6)、保溫定向裝置(7)，爐體(1)外壁設(shè)有真空管道(9)、充氣管道(8)、觀察口(10)、爐門(mén)(11)，爐體(1)與爐蓋(2)通過(guò)螺釘(44)和密封圈(45)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述的進(jìn)料罐(3)上設(shè)有手柄(38)、蓋(39)、內(nèi)部設(shè)有數(shù)個(gè)無(wú)底料盒(40)、底部設(shè)有導(dǎo)料口(41)，蓋(39)中部、手柄(38)外圍設(shè)有壓緊螺釘(42)、密封圈(43)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述的熔煉爐(6)包括坩堝(12)、感受器(13)、線圈框架(15)、電極(16)，坩堝(12)置于中部外部周邊依次設(shè)有感受器(13)、線圈框架(15)，線圈框架(15)內(nèi)設(shè)有線圈(14)，電極(16)連在線圈框架(15)上并可伸出爐體(1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述的保溫定向裝置(7)由保溫定向爐(17)、水冷盤(pán)(18)、托架(19)、循環(huán)冷卻器(20)、拉晶桿(21)組成，水冷盤(pán)(18)、循環(huán)冷卻器(20)依次置于保溫定向爐(17)下部，水冷盤(pán)(18)與保溫定向爐(17)之間設(shè)有隔熱片(22)、與循環(huán)冷卻器(20)之間設(shè)有固定板(23)，托架(19)固定于循環(huán)冷卻器(20)之下與拉晶桿(21)連接，拉晶桿(21)下端伸出爐體(1)外。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述的保溫定向爐(17)由固定板(26)、(23)固定在爐體(1)內(nèi)，外部設(shè)有絕緣保溫層(27)、外壁上、下設(shè)有電極(28)、(29)、熱電耦(30)、(31)，電極、熱電耦伸出爐體(1)外，保溫定向爐(17)包括電阻加熱爐(24)、電阻加熱爐(25)，電阻加熱爐(24)置于電阻加熱爐(25)之上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述的電阻加熱爐(24)內(nèi)置有一坩堝(32)，電阻加熱爐(25)內(nèi)設(shè)有數(shù)根模管(33)，模管(33)一端伸入電阻加熱爐(24)與坩堝(32)接觸，一端伸出電阻加熱爐(25)與循環(huán)冷卻器(20)接觸，模管(33)外圍設(shè)有導(dǎo)熱層(34)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述的循環(huán)冷卻器(20)由水盤(pán)(35)、水管(49)、(36)、(37)、水冷頭(38)組成，水盤(pán)(35)上設(shè)有數(shù)組模管(33)，水冷頭(38)外圍設(shè)有軟性耐溫材料(39)，并伸入模管(33)、內(nèi)設(shè)接水管(36)并與水盤(pán)(35)連通，水管(37)置于拉晶桿(21)內(nèi)與水管(36)連通。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)大磁致伸縮材料的方法及裝置,它采用鋱、鏑等稀土金屬與鐵等過(guò)渡族金屬為原料,以裝料、裝模管、冶煉、澆注、定向結(jié)晶等具體步驟生產(chǎn)獲得該材料,其裝置是雙層真空爐體,分爐體、爐蓋兩部分,爐蓋頂部設(shè)有進(jìn)料罐、觀察口、測(cè)溫傳感器,爐體內(nèi)設(shè)有熔煉爐、保溫定向裝置,爐體外壁設(shè)有真空管道、充氣管道、觀察口、爐門(mén)。本發(fā)明能規(guī)模連續(xù)生產(chǎn),使生產(chǎn)成本降低,質(zhì)量得到保證。
文檔編號(hào)H01L41/16GK1364943SQ0110281
公開(kāi)日2002年8月21日 申請(qǐng)日期2001年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月12日
發(fā)明者伍虹, 高軍, 陳錚 申請(qǐng)人:甘肅天星稀土功能材料有限公司