一种上液桥柱可旋转式液桥生成器的制作方法与工艺

本实用新型属于流体物理学技术领域，特别涉及一种上液桥柱可旋转式液桥生成器。

背景技术：
浮区法作为一种生长晶体的区域提纯方法，主要用于高质量的半导体晶体生长。如果在微重力环境下应用该方法还可以得到大尺寸的单晶。因此浮区法成为空间材料制备中最有前景的方法之一。在现有研究实验中，用于模拟浮区法晶体生长过程的物理模型称为液桥。而液桥高径比对液桥内部流动和自由表面具有重要影响，因此我们通常需要根据实验情况调节液桥生成器的液桥直径，但传统液桥生成装置的液桥直径是不可调的，实验中必须更换整个液桥生成器，操作繁琐且成本较高。中国专利CN204738041公开了一种直径可调式液桥生成器，其上液桥支撑柱上盘和下液桥支撑柱下盘可以拆卸更换，并且上液桥支撑柱还可以通过调节紧固螺栓来调节液桥高度，大大简化了浮区晶体生成的研究过程。但这种液桥生成器同传统液桥生成器一样，仍然不能用于研究液桥内部动态变化对其自由表面的影响。除此之外，中国专利CN204738041公开的液桥生成器的液桥高度需要人工手动测量，不可避免会产生测量误差，影响实验的准确性。因此，亟需开发一种新型多功能且精度高的液桥生成器用于研究液桥自由表面动态变化以及内部流动过程。

技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种上液桥柱可旋转式液桥生成器，所述液桥生成器功能多样：通过支架上部的电机带动上液桥柱旋转实现液桥内部流动以及自由液面的动态变化；通过更换不同直径和高度的上盘及下盘实现不同直径和不同高径比的液桥。本实用新型的技术方案为：一种上液桥柱可旋转式液桥生成器，包括支架，支架上部安装电机，电机正下方的支架上设有上液桥柱安装孔和上液桥柱卡槽，支架下部设有下液桥柱安装孔和下液桥柱卡槽，上液桥柱和下液桥柱分别通过上液桥柱安装孔和下液桥柱安装孔垂直安装并保持中心相对；所述上液桥柱包括上液桥柱杆、上盘和与上液桥柱卡槽外径相同的上液桥柱卡环，上液桥柱杆和上盘之间通过螺纹连接，上液桥柱卡环焊接在上液桥柱杆上；所述下液桥柱包括下液桥柱上杆、下液桥柱下杆、下盘和与下液桥柱卡槽外径及高度相同的下液桥柱卡环，下液桥柱上杆和下盘之间通过螺纹连接，下液桥柱上杆和下液桥柱下杆的连接处焊接下液桥柱卡环；所述电机的转动轴与上液桥柱杆连接。上述生成器中，所述上液桥柱卡环和下液桥柱卡环分别固定于上液桥柱卡槽和下液桥柱卡槽中，进而固定上液桥柱和下液桥柱。上述生成器中，所述上液桥柱杆设置内螺纹，上盘设置外螺纹，上盘上还设置有突触，用于加强液桥内部的搅动作用，上盘的直径和高度根据实验设定。上述生成器中，所述下液桥柱杆设置内螺纹，下盘设置外螺纹，下盘的直径和高度根据实验设定。上述生成器中，所述上液桥柱和下液桥柱采用金属材质制作，优选不锈钢或铜。上述生成器中，所述电机的转动轴与上液桥柱杆连接是通过转动轴上设有键，上液桥柱杆上设有键槽，将键卡在键槽中的方式实现。上述生成器中，所述电机通过电脑控制，从而实现上液桥柱在设定转速下转动。与现有技术相比，本实用新型的特点及其有益效果是：本实用新型结构简单，与传统的液桥生成器相比，可实现上液桥柱的顺时针或逆时针旋转，还可以根据需要调节转速，并且在上盘设置突触以进一步加强液桥内部搅动作用，此外，本实用新型通过可拆卸式上盘和下盘可以实现不同直径和不同高径比的液桥，填补了液桥动态自由表面研究的空缺，对于研究浮区晶体生长过程有重要参考意义。此外，本实用新型与中国专利CN204738041相比，除了可根据需要调节液桥内部流动以及自由液面的动态变化外，本实用新型使用了精确规格的工件便于计算液桥相关数据，免去了人工测量液桥高度所产生的人为误差，提高了精度，增加了实验准确性。附图说明图1是本实用新型的上液桥柱可旋转式液桥生成器的整体结构示意图；图2是本实用新型的上液桥柱的结构示意图，其中（a）为上液桥柱的整体结构图；（b）为（a）的左视图；（c）为（a）的右视图；图3是本实用新型的下液桥柱的结构示意图；图4是本实用新型的支架结构示意图，其中（a）为支架的正视图；（b）为（a）的侧视图；（c）为（b）中D-D面的剖面图；其中：1-支架，2-上液桥柱，3-下液桥柱，4-可控速电机，5-上液桥柱卡环，6-上液桥柱杆，7-上盘，8-突触，9-上液桥柱键槽，10-螺纹，11-下液桥柱下杆，12-下液桥柱卡环，13-下液桥柱上杆，14-下盘，15-上液桥柱卡槽，16-上液桥柱安装孔，17-下液桥柱卡槽，18-下液桥柱安装孔。具体实施方式下面结合附图对本实用新型作详细说明，但本实用新型的保护范围不仅限于下述的实施例。一种上液桥柱可旋转式液桥生成器，如图1所示，包括支架1（其结构如图4所示），支架上部安装可控速电机4，电机正下方的支架上设有上液桥柱安装孔16和上液桥柱卡槽15，支架下部设有下液桥柱安装孔18和下液桥柱卡槽17，上液桥柱2和下液桥柱3分别通过上液桥柱安装孔16和下液桥柱安装孔18垂直安装并保持中心相对；所述上液桥柱2包括上液桥柱杆6、上盘7和与上液桥柱卡槽15外径相同的上液桥柱卡环5，上液桥柱杆6和上盘7之间通过螺纹10连接，上液桥柱卡环5焊接在上液桥柱杆6上，图2提供了上液桥柱的结构示意图；所述下液桥柱3包括下液桥柱上杆13、下液桥柱下杆11、下盘14和与下液桥柱卡槽17外径及高度相同的下液桥柱卡环12，下液桥柱上杆13和下盘14之间通过螺纹10连接，下液桥柱上杆13和下液桥柱下杆11的连接处焊接下液桥柱卡环12，图3提供了下液桥柱的结构示意图；所述可控速电机4的转动轴与上液桥柱杆6连接；所述上液桥柱卡环5和下液桥柱卡环12分别固定于上液桥柱卡槽15和下液桥柱卡槽17中，进而固定上液桥柱2和下液桥柱3，其中上液桥柱卡环的高度要高于上液桥柱卡槽的高度。上述生成器中，所述上液桥柱杆6设置内螺纹，上盘7设置外螺纹，上盘上还设置有突触8，用于加强液桥内部的搅动作用，上盘的直径和高度分别为6mm和18mm。上述生成器中，所述下液桥柱上杆13设置内螺纹，下盘14设置外螺纹，下盘的直径和高度分别为6mm和18mm。上述生成器中，所述上液桥柱和下液桥柱采用不锈钢制作。上述生成器中，所述电机的转动轴与上液桥柱杆连接是通过转动轴上设有键，上液桥柱杆上设有键槽9，将键卡在键槽中的方式实现。上述生成器中，所述电机通过电脑控制，从而实现上液桥柱在设定转速下转动。采用本实施例的液桥生成器研究液桥内部动态变化对其自由表面的影响的过程如下：首先根据实验需要的径高比选择相应尺寸的上盘和下盘并通过内外螺纹分别安装在上液桥柱和下液桥柱上；再使用微型注射泵将实验液体准确地注入上盘7与下盘14之间，形成液桥，静止的液桥通过表面张力维持界面形状；然后启动电机4并以较慢的转速开始转动以防止液桥断裂，待其稳定后通过控制系统缓慢增加转速直至达到目的转速（增加转速的过程注意不能使液桥断裂）。除了单一固定的转动外，还可以根据实验需求通过电脑控制电机周期性的改变转动方向来产生振荡；亦或周期性地改变转速。在以上过程中，采用高速摄像机于液桥水平位置进行全程拍摄来实时监控液桥自由表面变化。通过设定一系列振动、转动数据，结合摄像机拍摄的液桥自由表面变化情况，可以精确得到液桥内部动态变化对其自由表面的具体影响。