一种石墨扩散台的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种石墨扩散台，其特征是设置圆柱体基座是以左侧板与底座为一体成“L”形下半基座，以右侧板与顶部盖板为一体成倒扣的“L”形上半基座；由下半基座和上半基座构成的圆柱体基座在腰部形成一矩形腔；设置扩散单元是在矩形腔中，一矩形固定块固定设置在底座上，一滑动剪切块放置在矩形固定块与顶部盖板之间，并且能够以矩形腔为导向沿径向滑动；在固定块上分别设置第一下柱腔和第二下柱腔；在滑动剪切块上分别设置第一上柱腔和第二上柱腔。本发明有效提高了对孔精度，消除合金熔体在扩散的过程中自由表面对扩散系数的影响，进而提高扩散系数的测量精度。
【专利说明】一种石墨扩散台
【技术领域】
[0001]本明涉及一种基于滑动剪切原理的石墨扩散台，尤其是用于二元或多元合金或其它非金属材料在熔融状态下互扩散系数的测量。
【背景技术】
[0002]金属熔体的扩散行为在熔体的凝固过程中扮演重要角色，是影响晶体形核和长大过程的关键动力学参数。改变熔体的扩散系数能够直接改变凝固组织的成分分布和微观形貌，因此，金属熔体的扩散系数也是进行金属材料设计的必备参数之一。考虑到金属熔体是一类特殊的无序结构体系，其结构相对简单，可以用硬球密堆积模型来描述，因此研宄这样一种体系的质量输运性质，有助于深入认识无序态系统的传质过程的一般规律。对于某些独特的合金体系，其熔体的扩散行为相应地表现出特殊性，例如，在块体金属玻璃合金熔体中，其扩散系数比一般简单金属熔体小2-3个数量级，表现出典型的慢的扩散行为，因此研宄熔体的扩散系数也是认识合金熔体性质的重要方面。从1855菲克扩散定律的发现和1905年爱因斯坦发表的关于布朗运动的论文以来，人们对液体扩散现象的研宄已经有一百多年的历史了，但人们对液态金属扩散行为的研宄只有几十年的时间，测量技术和理论都不成熟。比如，用不同的方法测量同一体系的扩散系数往往差异很大，有的差别甚至超过一倍。
【发明内容】
[0003]本发明是为了避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种石墨扩散台，以提高对孔精度，消除合金熔体在扩散的过程中自由表面对扩散系数的影响，进而提高扩散系数的测量精度。
[0004]本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
[0005]本发明一种石墨扩散台，其结构特点是
[0006]设置圆柱体基座，是以左侧板与底座为一体成“1/’形下半基座，以右侧板与顶部盖板为一体成倒扣的“1/’形上半基座；由所述下半基座和上半基座构成的圆柱体基座在腰部形成一矩形腔，所述矩形腔在所述圆柱体上沿径向贯通；
[0007]设置扩散单元，是在所述矩形腔中，一矩形固定块固定设置在底座上，一滑动剪切块放置在所述矩形固定块与顶部盖板之间，并且能够以所述矩形腔为导向沿径向滑动；在所述固定块上分别设置第一下柱腔和第二下柱腔；在所述滑动剪切块上分别设置第一上柱腔和第二上柱腔；
[0008]所述第一下柱腔、第二下柱腔、第一上柱腔和第二上柱腔分布各自不同位置上，通过移动所述滑动剪切块获得如下两个不同的状态位:
[0009]状态位一:第一下柱腔和第一上柱腔处在同轴位置、上下对接成一连通腔作为扩散样品腔；第二下柱腔和第二上柱腔处在同轴位置、上下对接成一连通腔作为样品腔；
[0010]状态位二:第一下柱腔和第二上柱腔处在同轴位置、上下对接成一连通腔作为对接扩散样品腔；第二下柱腔由滑动剪切块的底部端面封闭；第一上柱腔由固定块的顶部端面封闭。
[0011]本发明石墨扩散台，其结构特点也在于:在所述扩散样品腔中，自腔底部至腔顶部依次为底层石墨毡、2.厚的下层石墨片、扩散样品和顶层石墨毡，处在第一下柱腔中的扩散样品延伸在第一上柱腔中；在所述样品腔中，自腔底部至腔顶部依次为下层石墨毡、石墨柱、样品、厚的垫片样品、的上层石墨片、上层石墨毡和厚的顶层石墨片，处在第二上柱腔中的样品延伸在第二下柱腔中。
[0012]本发明石墨扩散台，，其结构特点也在于:在所述底座上，与所述固定块中的第一下柱腔处在相应位置上设置有中心圆柱凹槽，所述底层石墨毡和厚的下层石墨片置于所述中心圆柱凹槽中。
[0013]本发明石墨扩散台，，其结构特点也在于:所述滑动剪切块在一端向下延伸有限位档块，以所述限位档块的内侧平面为限位面，以所述限位面抵于固定块上的对应限位平面形成滑动限位。
[0014]与已有的技术相比，本发明效果体现在:
[0015]1、本发明石墨扩散台结构合理，易于装配，能保证装配精度，剪切前后对接准确，有效提高测量精度。
[0016]2、本发明在扩散样品腔和样品腔中，针对扩散样品和样品分别在底部和顶面设置石墨毡、石墨片等填充物，形成加压效果，有效减小了扩散过程中自由表面上的表面张力对扩散系统的影响，对于提高测量精度具有尤其显著的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明整体装配图外观；
[0018]图2为本发明石墨扩散台的爆炸图；
[0019]图33为本发明石墨扩散台样品在对接前示意图；
[0020]图36为本发明石墨扩散台样品在对接后示意图；
[0021]图如为利用本发明进行测量过程中的对接完好的样品电镜图；
[0022]图46为采用已有技术进行测量的过程中的对接完成的样品电镜图；
[0023]图5 是在互扩散系数时间依赖关系图。
[0024]图中标号:1钨棒，2紧固螺钉，3连接块，4陶瓷管，5上半基座，53顶部盖板，6限位档块，60滑动剪切块，7限位平面，70固定块，8下半基座，&!底座，11底层石墨毡，12下层石墨片，13扩散样品，14不锈钢棒，15顶层石墨租，16下层石墨租，17石墨柱、18样品，19塾片样品，20上层石墨片，21上层石墨租，22顶层石墨片，23?扩散样品腔，236样品腔，230对接扩散样品腔。
【具体实施方式】
[0025]参见图2、图％和图3比本实施例中石墨扩散台的结构形式是:
[0026]设置圆柱体基座，是以左侧板与底座&!为一体成“I”形下半基座8，以右侧板与顶部盖板53为一体成倒扣的“1/’形上半基座5 ；由下半基座8和上半基座5构成的圆柱体基座在腰部形成一矩形腔，矩形腔在圆柱体上沿径向贯通。
[0027]设置扩散单元，是在矩形腔中，一矩形固定块7。利用不锈钢棒14固定设置在底座88上；一滑动剪切块6。放置在矩形固定块7。与顶部盖板53之间，并且能够以矩形腔为导向沿径向滑动；在固定块7^上分别设置第一下柱腔和第二下柱腔；在滑动剪切块5上分别设置第一上柱腔和第二上柱腔。
[0028]第一下柱腔、第二下柱腔、第一上柱腔和第二上柱腔分布各自不同位置上，通过移动滑动剪切块6^获得如下两个不同的状态位。
[0029]如图33所示的状态位一:第一下柱腔和第一上柱腔处在同轴位置、上下对接成一连通腔作为扩散样品腔233 ；第二下柱腔和第二上柱腔处在同轴位置、上下对接成一连通腔作为样品腔231状态位一是作为预热状态，在预热状态下扩散样品腔233和样品腔236是彼此分离的状态。
[0030]如图36所示的状态位二:第一下柱腔和第二上柱腔处在同轴位置、上下对接成一连通腔作为对接扩散样品腔23^ ；第二下柱腔由滑动剪切块6^的底部端面封闭；第一上柱腔由固定块7^的顶部端面封闭，状态位二是作为扩散和冷却状态位。
[0031]本实施例中，如图2所示，在扩散样品腔中，自腔底部至腔顶部依次为底层石墨毡11、2皿厚的下层石墨片12、扩散样品13和顶层石墨毡15，处在第一下柱腔中的扩散样品13延伸在第一上柱腔中；在样品腔中，自腔底部至腔顶部依次为下层石墨毡16、高度为
1.5111111的石墨柱17、样品厚的垫片样品的上层石墨片20、上层石墨租21和
厚的顶层石墨片22，处在第二上柱腔中的样品18延伸在第二下柱腔中，其中，垫片样品19是直径和高度均为3皿的金属片，与样品18为相同材质。这一结构形成加压效果，有效减小了扩散过程中自由表面上的表面张力对扩散系统的影响，对于提高测量精度具有尤其显著的效果。图5是在互扩散系数的实验，从图5中扩散系数的时间依赖关系可以看出，所有经过加压的实验随着保温时间的增加扩散距离也有序的增加。并且所有的扩散距离在误差范围内都能进行线性拟合。图5中所示圆点是实验中没有加压所测量的，其明显偏离了加压的数据。这表明通过加压可以减小扩散过程中一些自由表面引起的对流对扩散系数的影响。
[0032]具体实施中，相应的结构设置还包括在:
[0033]如图2所示，在底座83上，与固定块7(3中的第一下柱腔处在相应位置上设置有中心圆柱凹槽，底层石墨租11和2111111厚的下层石墨片12置于中心圆柱凹槽中。
[0034]如图1和图2所示，滑动剪切块60在一端向下延伸有限位档块6，以限位档块6的内侧平面为限位面，以限位面抵于固定块70上的对应限位平面7形成滑动限位。
[0035]如图1所示，本实施例中的加热单元是在石墨扩散台的外部装配加热组件，包括钨棒1，在钨棒1上套装有陶瓷管4，各钨棒之间通过连接块3和紧固螺钉2进行固定。
[0036]本实施例中的圆柱体基座以其“I”形下半基座8和倒“I”形上半基座5分体设置，极大地方便了装配，并提高了可操作性。本实施例中将石墨扩散台放置滑块和固定块部分的高度加上一定的正偏差，上下石墨扩散台的固定是通过石墨扩散台上下底座的孔用刚玉管进行顶紧，这样在实验过程中滑块都能顺利推过去。
[0037]图仙为采用已有设备进行对接实验的过程中样品对接形成错位的现象，由于对接错位，样品的有效扩散截面积减小，这将导致所测量的扩散系数比真实的扩散系数要小。图4?所不为利用本实施例中石墨扩散台进彳丁测量的对接完好的样品电镜图，从图4?中可以看出本实施例中对接处错位现象明显改善。
【权利要求】
1.一种石墨扩散台，其特征是: 设置圆柱体基座，是以左侧板与底座(8a)为一体成“L”形下半基座(8)，以右侧板与顶部盖板(5a)为一体成倒扣的“L”形上半基座(5);由所述下半基座(8)和上半基座(5)构成的圆柱体基座在腰部形成一矩形腔，所述矩形腔在所述圆柱体上沿径向贯通； 设置扩散单元，是在所述矩形腔中，一矩形固定块(7c)固定设置在底座(8a)上，一滑动剪切块^c)放置在所述矩形固定块(7c)与顶部盖板(5a)之间，并且能够以所述矩形腔为导向沿径向滑动；在所述固定块(7c)上分别设置第一下柱腔和第二下柱腔；在所述滑动剪切块(5)上分别设置第一上柱腔和第二上柱腔； 所述第一下柱腔、第二下柱腔、第一上柱腔和第二上柱腔分布各自不同位置上，通过移动所述滑动剪切块(6c)获得如下两个不同的状态位: 状态位一:第一下柱腔和第一上柱腔处在同轴位置、上下对接成一连通腔作为扩散样品腔(23a);第二下柱腔和第二上柱腔处在同轴位置、上下对接成一连通腔作为样品腔(23b)； 状态位二:第一下柱腔和第二上柱腔处在同轴位置、上下对接成一连通腔作为对接扩散样品腔(23c);第二下柱腔由滑动剪切块(6c)的底部端面封闭；第一上柱腔由固定块(7c)的顶部端面封闭。
2.根据权利要求1所述的石墨扩散台，其特征是:在所述扩散样品腔中，自腔底部至腔顶部依次为底层石墨租(11)、2mm厚的下层石墨片(12)、扩散样品(13)和顶层石墨租(15)，处在第一下柱腔中的扩散样品(13)延伸在第一上柱腔中；在所述样品腔中，自腔底部至腔顶部依次为下层石墨租(16)、石墨柱(17)、样品(18)、3mm厚的垫片样品(19)、lmm的上层石墨片(20)、上层石墨毡(21)和2mm厚的顶层石墨片(22)，处在第二上柱腔中的样品(18)延伸在第二下柱腔中。
3.根据权利要求1所述的石墨扩散台，其特征是:在所述底座(8a)上，与所述固定块(7c)中的第一下柱腔处在相应位置上设置有中心圆柱凹槽，所述底层石墨毡(11)和2mm厚的下层石墨片(12)置于所述中心圆柱凹槽中。
4.根据权利要求1所述的石墨扩散台，其特征是:所述滑动剪切块^c)在一端向下延伸有限位档块￠)，以所述限位档块￠)的内侧平面为限位面，以所述限位面抵于固定块(7c)上的对应限位平面(7)形成滑动限位。
【文档编号】G01N13/00GK104483241SQ201410816423
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】张博, 宛波, 钟浪祥 申请人:合肥工业大学