真空液相气压浸渍定量注料装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种真空液相气压浸渍定量注料装置。所述注料装置具有坩埚；所述坩埚内设置一缸体，该缸体的壁面上从上至下开设有上进液口、下出液口和下调节口；所述缸体的下出液口与一连接管相连，且连接管与缸体的下出液口连接的一端低于其另一端；所述缸体通过上进液口和下调节口与坩埚连通，所述缸体内装有与上活塞管相连的上活塞以及与下活塞杆相连的下活塞，该上活塞用于开启或关闭上进液口，该下活塞用于开启或关闭下出液口和下调节口。本发明使真空液相气压浸渍过程中的熔炼和浸渍能分别在不同的炉体内进行，熔炼炉仅加热和保温，浸渍炉仅保温和冷却，在浸渍炉中进行压力浸渍，以降低能源耗费、减少铝基体用量，提高生产效率。
【专利说明】真空液相气压浸渍定量注料装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及新材料技术和机械装置运输领域，具体为一种真空液相气压浸渍定量 注料装置。
【背景技术】
[0002] 颗粒增强铝基碳化硅复合材料的显著特点是质量轻，热导率高，热膨胀系数较低 等。可广泛地应用于相控阵雷达T / R组件、空间飞行器某机构、大功率LED、照明系统、大 规模集成电路等。目前，颗粒增强铝基碳化硅复合材料制备主要有铸造法、热压法、熔渗法 等，通过铸造法(负压铸造法）与熔渗法(压力熔渗法）的结合，形成了真空液相气压浸渍法， 并成为当前铝基碳化硅复合材料制备的主要工艺方法。目前，该工艺方法不能在真空环境 下注入定量的金属液体，只能采用人工预先在炉内装料方式，因此，熔炼炉和浸渍炉不能分 离，导致浸渍炉体周而复始地加热、熔炼炉周而复始地冷却，在耗费大量的能源的同时又增 加了铝基体用量，还降低了生产效率，严重制约了该材料应用范围的扩大。
[0003] 现有高温金属液注料装置一般为磁力泵或气压力注料方式，注料口外部的压力不 能低于注料装置内部金属液的压力，否则，金属液在负压下就可以直接流出，所以用于常压 环境注料。真空液相气压浸渍要求在真空环境下定量注入液态金属，用金属液完全浸没包 裹住碳化硅基体，然后再用气体加压进行浸渍，在压力的作用下金属液浸入碳化硅基体内， 其过程中注料口必然存在有时负压有时正压的工况，当前的注料装置尚不能满足要求，故 而，仍采用人工预先在炉内装料方式，并在同一炉体内完成熔炼和浸渍。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有的真空液相气压浸渍法熔炼炉和浸渍炉不能分离导致能源浪费的 不足，本发明旨在提供一种真空液相气压浸渍定量注料装置，该装置可降低能源耗费、减少 铝基体用量，提高生产效率。
[0005] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是： 一种真空液相气压浸渍定量注料装置，具有一用于盛装液体的坩埚；其结构特点是，所 述坩埚内设置一缸体，该缸体的壁面上从上至下开设有上进液口、下出液口和下调节口；所 述缸体的下出液口与一用于与浸渍炉相连的连接管相连，且连接管与缸体的下出液口连接 的一端低于其另一端；所述缸体通过上进液口和下调节口与坩埚连通，所述缸体内装有与 上活塞管相连的上活塞以及与下活塞杆相连的下活塞，该下活塞杆穿过所述上活塞管和上 活塞，该上活塞沿着缸体运动时其侧壁用于开启或关闭上进液口，该下活塞沿着缸体运动 时其侧壁用于开启或关闭下出液口和下调节口。
[0006] 由此，本发明的真空液相气压浸渍定量注料装置具有不借助阀门实现高温真空密 封和正压密封能力，能完成负压定量注料，能使熔炼坩埚内金属液面的高低不影响金属液 注入容量，为真空液相气压浸渍提供外部注料条件，使真空液相气压浸渍过程中的熔炼和 浸渍能分别在不同的炉体内进行，熔炼炉仅加热和保温，浸渍炉仅保温和冷却，为采用金属 类浸渍模具创造了条件。
[0007] 以下为本发明的进一步改进的技术方案： 为了更好地实现上活塞侧壁用于开启或关闭上进液口的目的，所述上进液口到下出液 口的距离，小于上活塞底部到下活塞底部的距离，但大于上活塞底部到下活塞顶部的距离， 以使下活塞关闭下出液口时，上进液口处于开启状态，而上活塞关闭上进液口时，下出液口 处于开启状态。
[0008] 为了更好地实现下活塞侧壁用于开启或关闭下出液口和下调节口的目的，所述下 出液口底部到下调节口顶部的距离大于下活塞的高度，使下活塞侧壁在关闭下出液口时， 下调节口处于开启状态。
[0009] 为了便于独立控制上活塞和下活塞，所述下活塞杆和上活塞管分别连接独立的伺 服系统。
[0010] 为了保证坩埚内的铝液通过上调节口进入上活塞管和下活塞杆之间的间隙形成 液封，并使其压力与外界一致，所述上活塞管壁面上开有上调节口。
[0011] 优选地，所述连接管为鹅颈管，由此，将鹅颈管与浸渍炉注料口连接后，使真空液 相气压浸渍过程中的熔炼和浸渍能分别在不同的炉体内进行，熔炼炉仅加热和保温，浸渍 炉仅保温和冷却，在浸渍炉中进行压力浸渍。
[0012] 优选地，所述上活塞、下活塞、缸体、下活塞杆、上活塞管、连接管、坩埚均采用陶瓷 基材质制成。
[0013] 所述缸体上部为开口结构。
[0014] 藉由上述结构，工作注料时，每次注入金属液的容量仅与上活塞与下活塞之间的 空间体积的变化量相等，即等于预定容量；上活塞和下活塞均能由伺服系统驱动，并进行独 立运动或组合运动；其中，上活塞、下活塞、缸体、下活塞杆、上活塞管、鹅颈管、坩埚均采用 耐高温陶瓷基材质，鹅颈管口与浸渍炉的注入口相连。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： 在真空浸渍炉处于抽真空阶段时，下活塞关闭下出液口，液相气压浸渍定量注料装置 下出液口外部为负压，下活塞上部与下活塞下部金属液的压力均高于下出液口的压力，下 活塞上部、下活塞下部和鹅颈管中金属液在表面张力的作用下，不能进入活塞侧面与缸体 内壁的间隙，鹅颈管中金属液保持初始高度，金属液负压密封。
[0016] 当真空度达到预定值后，上、下活塞同时向上运动，在运动过程中，下活塞侧面始 终堵住下出液口，当上活塞下部运动到开启上进液口位置时，缸体内的金属液通过上进液 口与坩埚内的金属液相通，此时，下活塞停止运动，上活塞继续向上运动一定距离，将预定 容量的金属液从坩埚内抽到缸体内，鹅颈管中金属液面仍保持初始高度。
[0017] 然后，上、下活塞保持距离一起向下运动，当下活塞上部运动至下出液口以下时， 下出液口开启，上、下活塞间的金属液与鹅颈管的金属液相通，此时，下活塞停止运动，上活 塞继续向下运动一定距离，将预定容量的金属液压入鹅颈管(浸渍炉内），进行浸渍炉真空 环境下的注料；完成注料后，上、下活塞同时向上运动，在运动过程中，下活塞侧面逐渐堵住 下出液口，然后保持堵住下出液口状态，鹅颈管中金属液面保持初始高度。
[0018] 在上、下活塞分别堵住上进液口和下出液口时，进行气体压力浸渍，在浸渍过程 中，液相气压浸渍定量注料装置的下出液口外部为正压，鹅颈管中金属液的压力高于下活 塞上部与下活塞下部金属液的压力，鹅颈管中金属液在表面张力的作用下，不能进入活塞 侧面与缸体内壁的间隙，鹅颈管中金属液面保持初始高度，此时，金属液正压密封。
[0019] 浸渍完成，复合材料冷却结束后，浸渍炉泄压，取出铝基碳化硅复合材料，再将新 SiC基片置于浸渍炉内，浸渍炉开始新一轮抽真空-浸渍-冷却的过程，依此循环往复。在 整个注料、浸渍、冷却过程中，鹅颈管中金属液面始终保持初始高度，不受坩埚内金属液面 高度的影响。
[0020] 最终使真空液相气压浸渍过程中的熔炼和浸渍能分别在不同的炉体内进行，熔炼 炉仅加热和保温，浸渍炉仅保温和冷却，从而降低了能源耗费、减少了铝基体用量，提高了 生产效率。
[0021] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1是本发明一个实施例的结构原理图。
[0023] 在图中 1-缸体； 2-坩埚； 3-上活塞； 4-下活塞； 5-上活塞管； 6-下活 塞杆； 7-上进液口； 8-下出液口； 9-下调节口； 10-上调节口； 11-伺服 系统；12-鹅颈管；13-鹅颈管口； 14-铝合金液。
【具体实施方式】
[0024] -种真空液相气压浸渍定量注料装置，如图1所示，主要由伺服系统11、上活塞3、 下活塞4、缸体1、下活塞杆6、上活塞管5、鹅颈管12、坩埚2等组成，在缸体壁有上进液口 7、下出液口 8、下调节口 9,上活塞管壁上有上调节口 10,其中下出液口 8与鹅颈管12相通， 上活塞3、下活塞4、缸体1、下活塞杆6、上活塞管5、鹅颈管12、坩埚2等采用耐高温陶瓷基 材质。
[0025] 采用双活塞同缸组合结构设计，在缸体1的上部、中部和下部有上进液口 7、下出 液口 8和下调节口 9,用上活塞3侧壁开启或关闭上进液口 7,用下活塞4侧壁开启或关闭 下出液口 8,在上活塞3和下活塞4的运动过程中，上活塞3和下活塞4的上下面以及鹅颈 管12中均有金属液体； 在开启上进液口 7时，上活塞3下部高于上进液口 7,上活塞3继续向上运动，从上进 液口 7吸入预定容量的金属液。在上活塞3向上运动（吸入金属液）的过程中，下活塞4通 过侧壁始终关闭下出液口 8 ;在开启下出液口 8时，下活塞4上部低于下出液口 8,上活塞3 向下运动，使金属液从下出液口 8排出； 当下出液口 8外部为负压时，活塞侧面与缸体1内壁的间隙，下活塞4上部与下活塞 4下部金属液的压力高于外部压力，金属液在表面张力的作用下不能进入间隙，下活塞4上 部与下活塞4下部的金属液密封，使浸渍炉处于真空状态； 当下出液口 8外部为正压时，活塞侧面与缸体1内壁的间隙，下活塞4侧面鹅颈管12 内的压力高于缸内压力，金属液在表面张力的作用下不能进入间隙，被鹅颈管12中的金属 液密封，使浸渍炉处于真空状态； 缸体1上部为开口结构，缸壁下部设置下调节口 9,使缸内上、下腔的液体不影响活塞 组的上下运动，并且在在整个注料、浸渍、加压、冷却过程中，鹅颈管12中金属液面始终保 持初始高度。
[0026] 本实施例将鹅颈管12与浸渍炉注料口连接后，使真空液相气压浸渍过程中的熔 炼和浸渍能分别在不同的炉体内进行，熔炼炉仅加热和保温，浸渍炉仅保温和冷却，具有降 低能源耗费、减少铝基体用量，提高生产效率作用。
[0027] 上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不 用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式 的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
【权利要求】
1. 一种真空液相气压浸渍定量注料装置，具有一用于盛装液体的坩埚（2);其特征在 于，所述坩埚（2)内设置一缸体（1)，该缸体（1)的壁面上从上至下开设有上进液口（7)、下 出液口（8)和下调节口（9);所述缸体（1)的下出液口（8)与一用于与浸渍炉相连的连接管 相连，且连接管与缸体（1)的下出液口（8)连接的一端低于其另一端；所述缸体（1)通过上 进液口（ 7)和下调节口（9)与坩埚（2)连通，所述缸体（1)内装有与上活塞管（5)相连的上 活塞（3)以及与下活塞杆（6)相连的下活塞（4)，该下活塞杆（6)穿过所述上活塞管（5)和 上活塞（3)，该上活塞（3)沿着缸体（1)运动时其侧壁用于开启或关闭上进液口（7)，该下活 塞（4)沿着缸体（1)运动时其侧壁用于开启或关闭下出液口（8)和下调节口（9)。
2. 根据权利要求1所述的真空液相气压浸渍定量注料装置，其特征在于，所述上进液 口（ 7 )到下出液口（8)的距离，小于上活塞（3)底部到下活塞（4)底部的距离，但大于上活 塞（3 )底部到下活塞（4 )顶部的距离，以使下活塞（4 )关闭下出液口（ 8 )时，上进液口（ 7 )处 于开启状态，而上活塞（3)关闭上进液口（7)时，下出液口（8)处于开启状态。
3. 根据权利要求1所述的真空液相气压浸渍定量注料装置，其特征在于，所述下出液 口（8)底部到下调节口（9)顶部的距离大于下活塞（4)的高度，使下活塞（4)侧壁在关闭下 出液口（8)时，下调节口（9)处于开启状态。
4. 根据权利要求1~3之一所述的真空液相气压浸渍定量注料装置，其特征在于，所述 下活塞杆（6)和上活塞管（5)分别连接独立的伺服系统。
5. 根据权利要求1~3之一所述的真空液相气压浸渍定量注料装置，其特征在于，所述 上活塞管（5)壁面上开有上调节口（10)。
6. 根据权利要求1~3之一所述的真空液相气压浸渍定量注料装置，其特征在于，所述 连接管为鹅颈管（12)。
7. 根据权利要求1~3之一所述的真空液相气压浸渍定量注料装置，其特征在于，所述 上活塞（3)、下活塞（4)、缸体（1)、下活塞杆（6)、上活塞管（5)、连接管、坩埚（2)均采用陶 瓷基材质制成。
8. 根据权利要求1~3之一所述的真空液相气压浸渍定量注料装置，其特征在于，所述 缸体（1)上部为开口结构。
【文档编号】B22D39/06GK104084570SQ201410361869
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】邓星, 杨尔卫, 刘辉, 阳衡, 杨帆 申请人:湖南航天机电设备与特种材料研究所