工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备，包括封闭式熔铝电炉、电磁搅拌装置、超声搅拌装置和真空泵，超声波搅拌装置包括超声波发生器和超声波导杆，超声波导杆一端与超声波发生器连接声波导通，超声波导杆的另一端穿过封闭式熔铝电炉的炉盖上所设的超声波导杆安装孔设置在封闭式熔铝电炉内；电磁搅拌装置放置在封闭式熔铝电炉的正下方或侧面；真空泵的进气端与封闭式熔铝电炉上所设的抽气管连接并流体导通。采用本实用新型，不仅避免对复合材料体系的污染，还可以使复合材料中分散相的颗粒度较为均匀以及在复合材料中的分散也较为均匀，同时避免了轴心处^复合材料中分散相出现集聚现象。CNlCJi
【专利说明】工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种用于制备铝基复合材料的设备，特别涉及一种工业化制备原 位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备。
【背景技术】
[0002] 原位合成法使最近发展起来的复合材料制备方法，其基本原理是利用不同元素或 化学物之间在一定条件下发生化学反应，而在金属基体内生成一种或几种陶瓷相颗粒，以 达到改善单一金属合金性能的目的。而陶瓷相颗粒的粒径大小、均匀度以及分散均匀度对 以该颗粒为增强相的复合材料的性能都有一定的影响。而现有技术中，通常采用机械搅拌 或电磁搅拌的方法来对熔融状态下的复合材料进行搅拌。然而由于引进机械搅拌装置进入 复合材料熔液中，这就会给复合材料熔液带来污染，会影响到复合材料的某些性能，而且在 复合材料冷却制坯过程中，机械搅拌无法使用，复合材料中先固化的陶瓷相会出现聚集现 象，导致制坯成型的复合材料的性能不均匀，进而影响其使用。而电磁搅拌，尽管克服了机 械搅拌会带来外来污染的缺点，但是由于电磁搅拌也属于机械力搅拌，复合材料熔液在电 磁力的作用下旋转，而且离容器轴心处越远的复合材料组份受到的离心作用越强，而对于 处于容器轴心处的复合材料熔液而言，其受到的离心作用很小，这一部分复合材料熔液中 组份分布就较为不均匀，进而导致用该材料制备的部件性能差异明显。 实用新型内容
[0003] 有鉴于此，本实用新型在于提供一种既可避免搅拌装置带来的外来污染又可使复 合材料中分散相的粒度均匀、分布均匀的工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅 拌设备，保证在复合材料在熔融过程中有充足的搅拌作用，促进固相组分的熔融，从而减少 能耗。
[0004] 为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：工业化制备原位颗粒增强铝基 复合材料的真空搅拌设备，包括封闭式熔铝电炉、电磁搅拌装置、超声搅拌装置和真空泵， 所述超声波搅拌装置包括超声波发生器和超声波导杆，所述超声波导杆一端与所述超声波 发生器连接声波导通，所述超声波导杆的另一端穿过所述封闭式熔铝电炉的炉盖上所设的 超声波导杆安装孔设置在所述封闭式熔铝电炉内；所述电磁搅拌装置放置在所述封闭式熔 铝电炉的正下方或侧面；所述真空泵的进气端与所述封闭式熔铝电炉上所设的抽气管连接 并流体导通。
[0005] 上述工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备，所述封闭式熔铝电 炉包括炉体和所述炉盖，所述炉体包括加热单元、加热室、循环水冷却系统和炉壳，所述加 热单元固定安装在所述加热室的室壁上，所述加热室外侧设有所述循环水冷却系统，所述 循环水冷却系统设在所述加热室与所述炉壳之间；所述炉壳上设有所述循环水冷却系统的 进水口和出水口，所述出水口位于所述进水口上方的所述炉壳上；所述炉盖包括壳体、水冷 层、密封套管、隔热层和防护层，所述炉盖上设有贯穿所述壳体、所述水冷层、所述隔热层和 所述防护层的进气管、所述抽气管和所述超声波导杆安装孔；所述壳体上设有所述水冷层 的进水端和出水端，所述防护层外侧设有所述隔热层，所述隔热层外侧设有所述水冷层，所 述水冷层设在所述隔热层与所述壳体之间；所述密封套管设在所述炉盖与所述炉体之间。
[0006]上述工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备，所述加热室包括工 作层、保温层和永久层。
[0007]上述工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备，所述工作层、所述 保温层和所述永久层均为耐火材料层。
[0008]上述工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备，所述密封套管一端 装配在所述隔热层外侧开设的L型环状槽内。
[0009]上述工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备，所述密封套管设在 所述永久层和所述隔热层之间。
[0010] 上述工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备，所述超声波导杆通 过所述超声波导杆安装孔密封安装在所述炉盖上。
[0011] 上述工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备，所述超声波导杆为 耐温高于1350°C的耐高温材料杆。
[0012] 本实用新型的有益效果是：
[0013] 1.采用电磁搅拌和超声搅拌提供搅拌作用，不仅避免对复合材料体系的污染，还 可以使复合材料中分散相的颗粒度较为均匀以及在复合材料中的分散也较为均匀，从而保 证采用本实用新型制备出来的复合材料性能一致性较高，而且具有较好力学性能。
[0014] 2.采用电磁搅拌，保证制备复合材料的原材料在熔融过程中能够在电磁力的作用 下流动，而采用超声搅拌，则避免了轴心处复合材料中分散相出现集聚现象，从而保证复合 材料的制备不会因为分散相的集聚而失败，同时提高了所制备的复合材料的力学性能一致 性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备的结 构示意图。
[0016]图中：1-封闭式熔铝电炉，2-超声搅拌装置，3-电磁搅拌装置，4-真空泵，5-超声 波发生器，6-超声波导杆，7-炉盖，8-超声波导杆安装孔，9-抽气管，10-炉体，11-加热单 元，12-加热室，13-炉壳，14-循环水冷却系统，15-进水口，16-出水口，17-壳体，18-水冷 层，19-密封套管，20-隔热层，21-防护层，22-进气管，23-进水端，24-出水端，25-工作层， 26-保温层，27-永久层，28-残渣清理通道。
【具体实施方式】
[0017]为清楚说明本实用新型中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。
[0018]如图1所示，本实用新型工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设 备，包括封闭式熔铝电炉1、电磁搅拌装置3、超声搅拌装置2和真空泵4。其中，所述超声波 搅拌装置2包括超声波发生器5和超声波导杆6,所述超声波导杆6 -端与所述超声波发生 器5连接声波导通，所述超声波导杆6的另一端穿过所述封闭式熔铝电炉1的炉盖7上所 设的超声波导杆安装孔8设置在所述封闭式熔铝电炉1内，为了保证本实用新型运行时，所 述封闭式熔铝电炉1中反应部分的气密性，所述超声波导杆6与所述炉盖7密封装配，且为 了避免所述超声波导杆6在制备原位颗粒增强铝基复合材料过程中出现超声波导杆材料 出现熔融，所述超声波导杆6为耐高温材料杆，所述耐高温材料在1350°C的温度下不会发 生熔融变形；所述电磁搅拌装置3放置在所述封闭式熔铝电炉1的正下方或侧面；所述真 空泵4的进气端与所述封闭式熔铝电炉1上所设的抽气管9连接并流体导通。
[0019] 其中，如图1所示，所述封闭式熔铝电炉1包括炉体10和所述炉盖7,所述炉体10 包括加热单元11、加热室12、循环水冷却系统14和炉壳13,所述加热单元11固定安装在所 述加热室12的室壁上，所述加热室12外侧设有所述循环水冷却系统14,所述循环水冷却 系统14设在所述加热室12与所述炉壳13之间；所述炉壳13上设有所述循环水冷却系统 14的进水口 15和出水口 16,所述出水口 16位于所述进水口 15上方的所述炉壳上，其中， 所述加热室12包括工作层25、保温层26和永久层27,所述工作层25、所述保温层26和所 述永久层27均为耐火材料层；所述炉盖7包括壳体17、水冷层18、密封套管19、隔热层20 和防护层21，所述炉盖7上设有贯穿所述壳体17、所述水冷层18、所述隔热层20和所述防 护层21的进气管22、所述抽气管9和所述超声波导杆安装孔8 ;所述壳体17上设有所述水 冷层的进水端23和出水端24,所述防护层21外侧设有所述隔热层20,所述隔热层20外侧 设有所述水冷层18,所述水冷层18设在所述隔热层20与所述壳体17之间；所述密封套管 19设在所述炉盖7与所述炉体10之间。为了免去每次使用所述封闭式熔铝电炉1时需要 安放所述密封套管19,同时为了延长所述密封套管19的使用寿命，本实用新型中，所述隔 热层外侧开设有一个L型环状槽，所述密封套管19的一端装配在所述L型环状槽内，所述 密封套管19的另一端设在所述隔热层20与所述永久层27之间，在所述炉盖7合盖之时， 所述密封套管19填充所述隔热层20与所述永久层27之间的空隙，起到密封作用。
[0020] 本实施例中，所述炉体上还开设有残渣清理通道29,便于所述封闭式熔铝电炉1 在使用后的清理。
[0021] 使用本实用新型时，将制备原位颗粒增强铝基复合材料的原料放入所述封闭式熔 铝电炉1中，然后合上所述炉盖7。然后将所述循环水冷却系统14和所述水冷层18与冷却 水管路接通，接着启动所述真空泵4将所述加热室12内的空气抽出，然后关闭所述抽气管 9上的气阀，打开所述进气管22上的气阀向所述加热室12内吹氮气，然后再打开所述抽气 管9上的气阀，将所述加热室12内的气体抽出，在加热室内残存气氛达到预设要求时，关闭 所述进气管22上的气阀，接通所述加热单元11的电源，并同时打开所述电磁搅拌装置3。 然后在反应进行一段时间后，打开所述超声波发生器5,直至反应结束。然后在制备原位颗 粒增强铝基复合材料的物理分散过程中，所述电磁搅拌装置3的功率减弱，增强所述超声 波发生器5的功率，这样可以避免原位颗粒增强铝基复合材料坯件在制备过程中产生热应 力，从而保证原位颗粒增强铝基复合材料的优良性能。
[0022] 本实施例中，本实用新型中的所述电磁搅拌装置3可以避免其他机械搅拌带来的 污染，也可使原位颗粒增强铝基复合材料原料在有熔液出现的情况下受热均匀，加速熔化 并发生反应，而所述超声波搅拌装置2则可使反应完全后的熔液在制备原位颗粒增强铝基 复合材料过程中，所述熔液中先结晶出的分散相（增强相或陶瓷相）能够在所述熔液中均 匀分布，从而保证最后制得的原位颗粒增强铝基复合材料的性能均匀，也避免了单独使用 电磁搅拌出现的分散相集聚现象。
[0023] 上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型创造所作的举例，而并非对本实用新 型创造【具体实施方式】的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还 可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在 本实用新型的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本实用新型 创造权利要求的保护范围之中。
【权利要求】
1. 工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备，其特征在于，包括封闭式 熔铝电炉（1)、电磁搅拌装置（3)、超声搅拌装置（2)和真空泵（4)，所述超声波搅拌装置 (2)包括超声波发生器（5)和超声波导杆￠)，所述超声波导杆（6) -端与所述超声波发生 器（5)连接声波导通，所述超声波导杆（6)的另一端穿过所述封闭式熔铝电炉（1)的炉盖 (7)上所设的超声波导杆安装孔（8)设置在所述封闭式熔铝电炉（1)内；所述电磁搅拌装 置（3)放置在所述封闭式熔铝电炉（1)的正下方或侧面；所述真空泵（5)的进气端与所述 封闭式熔铝电炉上所设的抽气管（9)连接并流体导通。
2. 根据权利要求1所述的工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备，其 特征在于，所述封闭式熔铝电炉（1)包括炉体（10)和所述炉盖（7)，所述炉体（10)包括加 热单元（11)、加热室（12)、循环水冷却系统（14)和炉壳（13)，所述加热单元（11)固定安装 在所述加热室（12)的室壁上，所述加热室（12)外侧设有所述循环水冷却系统（14)，所述循 环水冷却系统（14)设在所述加热室（12)与所述炉壳（13)之间；所述炉壳（13)上设有所 述循环水冷却系统（14)的进水口（15)和出水口（16)，所述出水口（16)位于所述进水口 (15)上方的所述炉壳（13)上；所述炉盖（7)包括壳体（17)、水冷层（18)、密封套管（19)、隔 热层（20)和防护层（21)，所述炉盖上设有贯穿所述壳体（17)、所述水冷层（18)、所述隔热 层（20)和所述防护层（21)的进气管（22)、所述抽气管（9)和所述超声波导杆安装孔（8); 所述壳体（17)上设有所述水冷层（18)的进水端（23)和出水端（24);所述防护层（21)外 侧设有所述隔热层（20)，所述隔热层（20)外侧设有所述水冷层（18)，所述水冷层（18)设 在所述隔热层（20)与所述壳体（17)之间；所述密封套管（19)设在所述炉盖（7)与所述炉 体（10)之间。
3. 根据权利要求2所述的工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备，其 特征在于，所述加热室包括工作层（25)、保温层（26)和永久层（27)。
4. 根据权利要求3所述的工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备，其 特征在于，所述工作层（25)、所述保温层（26)和所述永久层（27)均为耐火材料层。
5. 根据权利要求2所述的工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备，其 特征在于，所述密封套管（19) 一端装配在所述隔热层（20)外侧开设的L型环状槽内。
6. 根据权利要求3-5任一所述的工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌 设备，其特征在于，所述密封套管（19)设在所述永久层（27)和所述隔热层（20)之间。
7. 根据权利要求1所述的工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设备，其 特征在于，所述超声波导杆（6)通过所述超声波导杆安装孔（8)密封安装在所述炉盖（7) 上。
8. 根据权利要求1或7所述的工业化制备原位颗粒增强铝基复合材料的真空搅拌设 备，其特征在于，所述超声波导杆（8)为耐温高于1350°C的耐高温材料杆。
【文档编号】C22B9/02GK204022920SQ201420461191
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】赵鸽, 张瑞英, 王晓欢 申请人:内蒙古工业大学