專利名稱：用吹氣加料法制備金屬基復(fù)合材料的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用吹氣加料法制備金屬基復(fù)合材料的裝置，屬冶金及金屬?gòu)?fù)合材料制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
金屬基復(fù)合材料由于具有較高的比強(qiáng)度、比剛度以及較好的熱穩(wěn)定性、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，已成為各國(guó)科技界關(guān)注與研究的熱點(diǎn)，并且在航空、航天、精密儀器、地面交通等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。金屬基復(fù)合材料的制備方法很多，目前比較有應(yīng)用價(jià)值的方法主要有粉末冶金法、攪拌鑄造法、原位反應(yīng)生成法和壓力浸滲法等，但這些方法都不同程度存在制造成本高、工藝復(fù)雜、產(chǎn)品尺寸形狀受限制等問題。據(jù)報(bào)道，美國(guó)、日本等國(guó)利用液態(tài)攪拌裝置進(jìn)行了鋁基復(fù)合材料的生產(chǎn)，該生產(chǎn)方法要求在真空條件下進(jìn)行，且設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，制備材料的成本較高。近年來曾有關(guān)于向金屬液內(nèi)部直接添加增強(qiáng)物的制備裝置的報(bào)道[US006106588A]，但所述裝置的加熱坩堝和液面保護(hù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于操作和維修。國(guó)內(nèi)也有關(guān)于液態(tài)攪拌制備金屬基復(fù)合材料的報(bào)道[CN 22805300Y]，但其增強(qiáng)物無法連續(xù)加入到金屬液底部，在加料過程中難免發(fā)生空氣與金屬液接觸而導(dǎo)致金屬液表面氧化和形成漩渦卷氣流等現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠制備陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的裝置。
本實(shí)用新型一種用吹氣加料法制備金屬基復(fù)合材料的裝置，包括有吹氣加料及送氣系統(tǒng)、機(jī)械攪拌、電阻爐加熱和廢氣凈化裝置四部分；其特征在于a.吹氣加料及送氣系統(tǒng)部分包括有一供氣源氮?dú)馄?，其上部設(shè)置有帶有減壓閥、流量計(jì)和三通接頭的進(jìn)氣管路系統(tǒng)；通過三通接頭向上的管道與加料容器相連接，借氣流將加料容器中的顆粒粉料送出；加料容器的下面設(shè)有一調(diào)節(jié)載體粉料氣流流量的球閥、動(dòng)密封套及裝于動(dòng)密封套和快速接頭間的空心攪拌器柄桿；粉料通過該空心攪拌器柄桿送入坩堝內(nèi)的金屬液中；送氣系統(tǒng)的另一路是通過三通接頭向下的管道，它與電阻爐上面爐罩上的進(jìn)氣管相連接，通過該插入坩堝內(nèi)的進(jìn)氣管將氮?dú)馑腿脲亙?nèi)；b.機(jī)械攪拌裝置部分包括有一與快速接頭相連接的攪拌頭，該攪拌頭的上端是通過該快速接頭與上面的攪拌器柄桿相連接的；攪拌頭的上端部分為中空管，其下端部分設(shè)置有與高溫熔液接觸的石墨部件，該石墨部件中間開有孔道，近圓周邊緣部分設(shè)置有左旋螺紋結(jié)構(gòu)，可起螺旋槳葉攪拌作用；攪拌頭由金屬管制作的固定器加以固定；空心攪拌器柄桿通過錐面套筒固定在電動(dòng)機(jī)床的從動(dòng)軸上，并與加料容器通過動(dòng)密封套以滑動(dòng)密封形式連接；c.電阻爐加熱裝置部分包括有一周圍設(shè)有加熱線圈或發(fā)熱部件的電阻爐，其頂部設(shè)有爐罩，爐罩上面設(shè)有進(jìn)氣管和出氣管；電阻爐的爐腔內(nèi)放置一盛有金屬熔液的坩堝；坩堝中間設(shè)有一個(gè)可對(duì)金屬熔液起攪拌作用的攪拌頭；坩堝的底部裝有熱電偶，通過導(dǎo)線與溫控裝置相連接；來自氮?dú)馄康牡獨(dú)馔ㄟ^向下的管道和爐罩上面左側(cè)的插入坩堝的進(jìn)氣管進(jìn)入坩堝中，使形成惰性氣體保護(hù)氣氛；爐罩上面右側(cè)的出氣管，可將爐內(nèi)廢氣排出；d.廢氣凈化裝置部分包括有一凈化廢氣的凈氣瓶，瓶?jī)?nèi)盛有凈化氣體用的化學(xué)試劑溶液；凈氣瓶?jī)?nèi)的一側(cè)設(shè)有管道與電阻爐爐罩的出氣管相連接，另一側(cè)設(shè)有管道與抽氣泵相連接；電阻爐內(nèi)的坩堝與爐罩之間的多余氣體或廢氣可通過管道經(jīng)凈氣瓶?jī)艋笸ㄟ^抽氣泵排出；上述的電阻爐加熱裝置的電阻爐頂部設(shè)置的爐罩，其結(jié)構(gòu)是由外側(cè)的固定蓋和中間的活動(dòng)蓋所組成；在外側(cè)的固定蓋上兩端開有圓孔，可分別設(shè)置進(jìn)氣管和出氣管；在中間的活動(dòng)蓋上開有可安裝攪拌頭的圓孔；在固定蓋一側(cè)還設(shè)有觀測(cè)窗，以便于觀察爐內(nèi)情況。
本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，可免除結(jié)構(gòu)復(fù)雜的真空設(shè)備，吹氣加料可以連續(xù)加入增強(qiáng)粉料；制備出的金屬基復(fù)合材料中，增強(qiáng)物分布均勻、與基體結(jié)合緊密，而且沒有氣孔和夾雜等缺陷，其力學(xué)性能優(yōu)良也較優(yōu)良。


圖1是本實(shí)用新型復(fù)合材料制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型裝置中攪拌器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型裝置中的爐罩結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)說明。
實(shí)施例一參見圖1、圖2和圖3。本實(shí)施例中，一種用吹氣加料法制備金屬基復(fù)合材料的裝置，其結(jié)構(gòu)包括有吹氣加料及送氣系統(tǒng)、機(jī)械攪拌、電阻爐加熱和廢氣凈化裝置四部分1.吹氣加料及送氣系統(tǒng)部分它包括有一供氣源氮?dú)馄?7，在氮?dú)馄?7上部設(shè)置有帶有減壓閥1、流量計(jì)2和三通接頭的送氣管路系統(tǒng)；通過三通接頭向上的管道3與加料容器5相連接，借氣流將加料容器5中的顆粒粉料送出；加料容器5的下面設(shè)有一調(diào)節(jié)載體粉料氣流流量的球閥6、動(dòng)密封套7及裝于動(dòng)密封套7和快速接頭9間的空心攪拌器柄桿8；粉料通過該空心攪拌器柄桿8送入坩堝14內(nèi)的金屬液中；送氣系統(tǒng)的另一路是通過三通接頭向下的管道，它與電阻爐15上面爐罩11上的進(jìn)氣管相連接，通過該插入坩堝14內(nèi)的進(jìn)氣管將氮?dú)馑腿雸鍍?nèi)；2.機(jī)械攪拌裝置部分它包括有一與快速接頭9相連接的攪拌頭10，該攪拌頭10的上端是通過該快速接頭9與上面的攪拌器柄桿8相連接的；攪拌頭10的上端部分為中空管，其下端部分設(shè)置有與高溫熔液接觸的石墨部件，該石墨部件中間開有孔道，近圓周邊緣部分設(shè)置有左旋雙螺紋結(jié)構(gòu)，可起螺旋槳葉攪拌作用；攪拌頭10由金屬管制作的固定器加以固定；空心攪拌器柄桿8通過錐面套筒固定在電動(dòng)機(jī)床4的從動(dòng)軸上(圖中未標(biāo)出)，并與加料容器5通過動(dòng)密封套7以滑動(dòng)密封形式連接；3.電阻爐加熱裝置部分它包括有一周圍設(shè)有加熱線圈或發(fā)熱部件的電阻爐15，其頂部設(shè)有爐罩11，爐罩11上面設(shè)有進(jìn)氣管和出氣管；電阻爐15的爐腔內(nèi)放置一盛有金屬熔液的坩堝14；坩堝14中間設(shè)有一個(gè)可對(duì)金屬熔液起攪拌作用的攪拌頭10；坩堝14的底部裝有熱電偶，通過導(dǎo)線與溫控裝置16連接；來自氮?dú)馄?7的氮?dú)馔ㄟ^向下的管道和爐罩11上面左側(cè)的插入坩堝14的進(jìn)氣管進(jìn)入坩堝中，使形成惰性氣體保護(hù)氣氛；爐罩11上面右側(cè)的出氣管，可將爐內(nèi)廢氣排出；4.廢氣凈化裝置部分它包括有一凈化廢氣的凈氣瓶12，瓶?jī)?nèi)盛有凈化氣體用的化學(xué)試劑溶液；凈氣瓶12內(nèi)的一側(cè)設(shè)有管道與電阻爐爐罩11的出氣管相連接，另一側(cè)設(shè)有管道與抽氣泵13相連接；電阻爐15內(nèi)的坩堝14與爐罩11之間的多余氣體或廢氣可通過管道經(jīng)凈氣瓶12凈化后通過抽氣泵13排出；參見圖3，電阻爐15頂部設(shè)置的爐罩11，其結(jié)構(gòu)是由外側(cè)的固定蓋111和中間的活動(dòng)蓋113所組成；在外側(cè)的固定蓋111上兩端開有圓孔，可分別設(shè)置進(jìn)氣管112和出氣管114；在中間的活動(dòng)蓋113上開有可安裝攪拌頭10的圓孔；在固定蓋111一側(cè)還設(shè)有觀測(cè)窗蓋115的圓孔，以便于觀察爐內(nèi)情況。
本實(shí)用新型實(shí)施例中，增強(qiáng)用的顆粒粉料可采用陶瓷粉料，金屬基體材料可以采用鋁、鎂、銅或鋅等金屬，制成陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。
本實(shí)用新型的裝置在具體操作過程中，加料時(shí)可打開加料容器5上游的吹氣閥門減壓閥1和下游的球閥6，氮?dú)饬髁看笮】赏ㄟ^流量計(jì)2檢測(cè)，并由閥門和減壓閥1控制，這樣可將載體陶瓷粉料借氣流經(jīng)加料容器5和中空攪拌器柄桿8、中空攪拌頭10加入到金屬熔液中。抽氣泵13可在爐罩11和坩堝14之間造成負(fù)壓，它與吹氣加料送氣系統(tǒng)共同作用實(shí)現(xiàn)電阻爐15內(nèi)的惰性氣體保護(hù)。在坩堝14內(nèi)熔煉得到的復(fù)合材料熔液可以一定方式經(jīng)容器轉(zhuǎn)移到模具中澆鑄成形或采用其它方法成形。
本實(shí)用新型的制備裝置實(shí)現(xiàn)了連續(xù)吹氣加料，有利于增強(qiáng)陶瓷粉料的均勻分散；半自動(dòng)機(jī)械攪拌裝置，可節(jié)省人力且攪拌充分、熔液無飛濺，提高了安全性；惰性氣體保護(hù)可免除金屬液和攪拌器的氧化；廢氣的凈化處理體現(xiàn)了環(huán)保要求。本實(shí)用新型的制備裝置在減少雜質(zhì)混入，減少漩渦吸氣以及改善增強(qiáng)物在復(fù)合材料中的分布等方面具有良好的效果。
權(quán)利要求1.一種用吹氣加料法制備金屬基復(fù)合材料的裝置，包括有吹氣加料及送氣系統(tǒng)、機(jī)械攪拌、電阻爐加熱和廢氣凈化裝置四部分；其特征在于a.吹氣加料及送氣系統(tǒng)包括有一供氣源氮?dú)馄?17)，其上部設(shè)置有帶有減壓閥(1)、流量計(jì)(2)和三通接頭的送氣管路系統(tǒng)；通過三通接頭向上的管道(3)與加料容器(5)相連接，籍借氣流將加料容器(5)中的顆粒粉料送出；加料容器(5)的下面設(shè)有一調(diào)節(jié)載體粉料氣流流量的球閥(6)、動(dòng)密封套(7)及裝于動(dòng)密封套(7)和快速接頭(9)間的空心攪拌器柄桿(8)；粉料通過該空心攪拌器柄桿(8)送入坩堝(14)內(nèi)的金屬液中；送氣系統(tǒng)的另一路是通過三通接頭向下的管道，它與電阻爐(15)上面爐罩(11)上的進(jìn)氣管相連接，通過該插入坩堝(14)內(nèi)的進(jìn)氣管將氮?dú)馑腿雸鍍?nèi)；b.機(jī)械攪拌裝置部分包括有一與快速接頭(9)相連接的攪拌頭(10)，該攪拌頭(10)的上端是通過該快速接頭(9)與上面的攪拌器柄桿(8)相連接的；攪拌頭(10)的上端部分為中空管，其下端部分設(shè)置有與高溫熔液接觸的石墨部件，該石墨部件中間開有孔道，近圓周邊緣部分設(shè)置有左旋螺紋結(jié)構(gòu)，可起螺旋槳葉攪拌作用；攪拌頭(10)由金屬管制作的固定器加以固定；空心攪拌器柄桿(8)通過錐面套筒固定在電動(dòng)機(jī)床(4)的從動(dòng)軸上，并與加料容器(5)通過動(dòng)密封套(7)以滑動(dòng)密封形式連接；c.電阻爐加熱裝置部分包括有一周圍設(shè)有加熱線圈或發(fā)熱部件的電阻爐(15)，其頂部設(shè)有爐罩(11)，爐罩(11)上面設(shè)有進(jìn)氣管和出氣管；電阻爐(15)的爐腔內(nèi)放置一盛有金屬熔液的坩堝(14)；坩堝(14)中間設(shè)有一個(gè)可對(duì)金屬熔液起攪拌作用的攪拌頭(10)；坩堝(14)的底部裝有熱電偶，通過導(dǎo)線與溫控裝置(16)相連接；來自氮?dú)馄?17)的氮?dú)馔ㄟ^向下的管道和爐罩(11)上面左側(cè)的插入坩堝(14)的進(jìn)氣管進(jìn)入坩堝中，使形成惰性氣體保護(hù)氣氛；爐罩(11)上面右側(cè)的出氣管，可將爐內(nèi)廢氣排出；d.廢氣凈化裝置部分包括有一凈化廢氣的凈氣瓶(12)，瓶?jī)?nèi)盛有凈化氣體用的化學(xué)試劑溶液；凈氣瓶(12)內(nèi)的一側(cè)設(shè)有管道與電阻爐爐罩(11)的出氣管相連接，另一側(cè)設(shè)有管道與抽氣泵(13)相連接；電阻爐(15)內(nèi)的坩堝(14)與爐罩(11)之間的多余氣體或廢氣可通過管道經(jīng)凈氣瓶(12)凈化后通過抽氣泵(13)排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用吹氣加料法制備金屬基復(fù)合材料的裝置，其特征是所述的電阻爐加熱裝置的電阻爐(15)頂部設(shè)置的爐罩(11)，其結(jié)構(gòu)是由外側(cè)的固定蓋(111)和中間的活動(dòng)蓋(113)所組成；在外側(cè)的固定蓋(111)上兩端開有圓孔，可分別設(shè)置進(jìn)氣管(112)和出氣管(114)；在中間的活動(dòng)蓋(113)上開有可安裝攪拌頭(10)的圓孔；在固定蓋(111)一側(cè)還設(shè)有觀測(cè)窗蓋(115)的圓孔，以便于觀察爐內(nèi)情況。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用吹氣加料法制備金屬基復(fù)合材料的裝置，屬冶金及金屬?gòu)?fù)合材料制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。該裝置主要包括有吹氣加料系統(tǒng)，它由氮?dú)馄?7、減壓閥1、流量計(jì)2，通過管道3將氮?dú)鈿饬鬟\(yùn)載加料容器5內(nèi)的陶瓷粉料，經(jīng)空心攪拌器柄桿8、空心攪拌頭10送入電阻爐15內(nèi)的盛有金屬熔液的坩堝14內(nèi)；此外，還包括有機(jī)械攪拌裝置、電阻爐加熱裝置及廢氣凈化裝置；抽氣泵13可在爐罩11和坩堝14之間造成負(fù)壓，它與吹氣加料送氣系統(tǒng)共同形成電阻爐15內(nèi)的惰性氣體保護(hù)系統(tǒng)；爐內(nèi)廢氣通過管道經(jīng)凈氣瓶12凈化后由抽氣泵13抽排出。本實(shí)用新型的制備裝置其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，操作和維修方便；由該裝置制備出的陶瓷粉粒增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料沒有氣孔和夾雜等缺陷，其力學(xué)性能也較優(yōu)良。
文檔編號(hào)C22C1/02GK2873796SQ20052004004
公開日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2005年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月10日
發(fā)明者邵光杰, 秦連祥, 施鴻均 申請(qǐng)人:上海大學(xué)