专利名称：一种非(微)晶纤维丝的制备方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及金属及合金熔体的快速冷却凝固技术，主要提供了一种适用于非(微)晶纤维丝制备的方法和设备。
近年来，由于快速凝固技术在非晶、微晶合金磁性材料、超高强度非晶合金、钎焊、电池、吸收材料、催化材料等领域取得了可喜成果，显示了该技术的优越性。因此有关快速凝固金属或合金的研究、开发越来越受到人们的重视。在有关非(微)晶纤维的制造方面，目前主要采用熔体旋转水冷却法或熔体喷射至转轮的光滑辊面上甩制而成。这些方法和设备存在以下一些问题非(微)晶纤维的尺寸不易控制，纤维的宽度方向尺寸一般≥50μm，远大于其厚度方向的尺寸3～10μm，不易获得宽度10μm左右的窄带。另一方而，由于熔体喷射时，熔体是至上而下喷射，由于重力的作用，无法控制转轮和熔体的接触面状态，故影响纤维的尺寸可控性及均匀性。以上问题直接影响非(微)晶纤维的使用性能及应用范围。
本发明专利的目的在于提供一种在真空或大气环境下，制备尺寸可控、均匀的非晶(微晶)纤维丝的方法和设备。
本发明提供了一种真空或大气环境下制备非(微)晶纤维丝的方法和设备。其结构原理示意图如附图
一、附图二所示。附图一是批量制备非(微)晶纤维的方法和设备，附图二也是制备非(微)晶纤维丝或带的设备，但附图二的设备不能连续制备，故仅适用于实验研究。下面即结合附图及实施例对本专利进行描述该设备由转轮机构、送料及熔化喷射机构、电源系统三大部分组成转轮机构由辊面加工成尖角的锯齿形水冷钼合金转轮10、水冷转轴11、轴承座12、冷却水进出套13、交流电机14及机架15组成。
送料及熔化喷射机构置于水冷钼合金转轮10的水平中心线下方，由直流电机1、限位升降螺母2、进料丝杆3、试棒装夹块4、棒料5、熔体9、上部开有一孔的耐高温保护套管6、保护套管装夹块7及感应线圈8组成。可调支架16可调节、固定送料熔化喷射机构至所需位置，以选择甩丝时用水冷钼合金转轮10的一个锯齿甩丝或多个锯齿同时甩丝，还可选择耐高温保护套管6与水冷钼目金转轮10间的相对位置和角度。
电源系统配置中频感应电源50KW、频率为2500Hz/20000Hz两档，该部份在附图中未画出。
本专利描述的非(微)晶纤维丝的制备方法和设备的特征在于水冷钼合金转轮的辊面不是常规的平整光滑辊面，而是被加工成尖角的锯齿形辊面，如附图所示；送料及熔化喷射机构不是常规的设置于水冷钼合金转轮10的水平中心线上方，而是设置于水冷钼合金转轮10的水平中心线下方。采用从下向上喷射的方法甩丝时，高速旋转的水冷钼合金转轮10将在熔体上划出如附图所示的“液沟”从而使得甩丝位置仅集中于转轮10辊面的锯齿尖顶，通过减少转轮10辊面的锯齿尖顶尺寸，就能获得宽度很窄的纤维丝，这就是本专利能获得宽度较小的窄纤维丝的原理。喷射压力来自于棒料5的匀速旋转上升挤压，也可以是气体挤压。直流电机1通过丝杆3、限位升降螺母2、试样装夹块4，将浇铸成需要尺寸并经加工后的棒料5组装后，按需要的速度旋转匀速上升进入耐高温保护套管6、感应加热线圈8中，在匀速上升中不断被加热，直至区域熔化。棒料5与耐高温保护套管6间的间隙应控制好，以既能保证棒料5的自由旋转上升、又能避免熔体不泄漏为准。熔体经不断匀速上升的棒料挤压后，从耐高温保护套管6顶部的预置孔中涌出，之后与高速旋转的尖角锯齿形水冷钼合金转轮10接触，形成如附图所示的“液沟”，从而甩制成非(微)晶纤维丝。预置孔的尺寸可在不大于耐高温保护套管6直径的范围内调节，孔的形状可以是一圆孔，也可以是一方孔或窄缝。通过选择水冷钼合金转轮10的辊面齿形齿形角α在1～179°间调节、齿顶宽度B≥1μm可以调整，配以适当的工艺参数，就能获得所需尺寸的非晶纤维丝或纤维带。
下而结合实施例对本专利作进一步描述。
实施例以制取Fe75Si10B15软磁合金非晶纤维丝为例。先将工业纯铁、硅铁、硼铁按一定比例置于中频感应炉中熔化，之后将其浇铸成一定尺寸(本实施例取φ10)铸棒，再将铸棒加工成光棒料待用。
将以上合金光棒进行组合成如附图一所示的棒料5，直流电机1通过丝杆3、限位升降螺母2、试样装夹块4，将棒料5按需要的速度匀速旋转上升进入耐高温保护套管6、感应加热线圈8中不断被加热，直至区域熔化，熔体经匀速上升的棒料挤压后，从导管6顶端部的预置孔中涌出，与高速旋转的尖角锯齿形水冷钼合金转轮10接触，形成如附图所示的“液沟”，从而甩制成非(微)晶纤维丝。通过选择水冷钼合金转轮的辊面齿形齿形角α在1～179°间调节、齿顶宽度B≥1μm可调，再配以适当的工艺参数，就能获得所需尺寸的非晶纤维丝或纤维带。本实施例获得的纤维丝的宽度最小可控制在10μm左右，厚度最小可控制在2μm左右。
同现有的非晶纤维制备设备相比，本发明所提供的制备非(微)晶纤维丝的方法和设备操作简单，特别适用于在真空或大气环境下制备有宽度要求的非(微)晶纤维丝或非(微)晶纤维带，既适于批量制备，又适用于实验研究。
权利要求
1.一种非(微)晶纤维丝的制备方法和设备，其特征在于采用从下往上喷射的甩丝方法，即送料及熔化喷射机构设置于转轮10的水平中心线下方，采用从下向上喷射快淬的甩丝方法；水冷转轮10采用耐高温的钼合金，且转轮10的辊面完全不同于常规的平整光滑辊面，而是被加工成尖角的锯齿形辊面；
2.按权利要求1所述的非(微)晶纤维丝的制备方法和设备，其特征在于所说的转轮10辊面的锯齿形有不同的齿形齿形角α在1°～179°间可选择，齿顶宽B≥1μm可选择；
3.按权利要求1所述的非(微)晶纤维丝的制备方法和设备，其特征在于其喷射制备纤维丝时，可用棒料5的匀速旋转上升挤压熔体来实现喷射，也可用气体压力来实施熔体喷射；
4.按权利要求1所述的非(微)晶纤维丝的制备方法和设备，其特征在于耐高温保护导管6可以是石英管，也可以是其它耐高温绝缘材料。耐高温保护导管6的顶端有一孔。孔的形状可是一圆孔，也可是一方孔或窄缝，孔的尺寸可在不大于耐高温保护套管6直径的范围内调节；
5.按权利要求1所述的非(微)晶纤维丝的制备方法和设备，其特征在于用水冷钼合金转轮10的锯齿辊面甩丝时，可用一个锯齿甩丝，也可用几个锯齿同时甩丝，还可调节耐高温保护套管6与水冷钼合金转轮10间的相对位置和角度。
6.按权利要求1所述的非(微)晶纤维丝的制备方法和设备，其特征在于利用该方法和设备可在大气环境下甩丝，也可将水冷钼合金转轮10及送料熔化喷射机构置于密封容器中，用作真空或气体保护环境下的熔体快淬甩丝。
全文摘要
本发明公开了一种制备尺寸可控且均匀的非(微)晶纤维丝的方法和设备。其特征在于送料、熔化喷射机构及熔体喷射位置设置于水冷转轮的水平中心线下方；水冷转轮的材料采用高温钼合金，转轮的辊面不是常规的平整光滑辊面，而是被加工成尖角锯齿状。通过调节转轮辊面的锯齿形状齿形角α在1°～179°间可调、齿顶宽B≥μm可调节，再配合适当的转轮线速度、棒料上升速度及加热功率等工艺参数，就能方便可靠地制备出不同厚度、宽度且均匀性好的非(微)晶纤维丝。本专利设备可在大气环境下制作非(微)晶纤维丝或薄带，还可将转轮机构、送料熔化喷射机构等置于真空密封容器中，用作易氧化材料的非(微)晶纤维丝或薄带的制备。本发明有效地解决了纤维丝的尺寸控制问题、批量制备问题，并改善了非(微)晶纤维丝的均匀性。
文档编号B22F9/08GK1539580SQ03117758
公开日2004年10月27日 申请日期2003年4月25日 优先权日2003年4月25日
发明者郭锦华 申请人:郭锦华