制備小直徑金屬單晶線材的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備小直徑金屬單晶線材的裝置，包括進(jìn)料端水冷銅模、出料端水冷銅模、石英管、加熱裝置和冷指，內(nèi)部設(shè)置的固液轉(zhuǎn)化裝置由石墨塊、坩堝和冷指構(gòu)成，石墨塊一端嵌設(shè)固定于進(jìn)料端水冷銅模內(nèi)側(cè)，另一端與坩堝開口端聯(lián)接，石墨塊與進(jìn)料端水冷銅模的內(nèi)部水平設(shè)置有貫通的進(jìn)料通孔，其與坩堝內(nèi)腔連通，坩堝上方開有溢出口；在坩堝的封口端偏心位置上延伸設(shè)置有與其內(nèi)腔連通的成型導(dǎo)管，該導(dǎo)管與冷指的一端相連通，冷指的另一端嵌設(shè)固定于出料端水冷銅模內(nèi)側(cè)，出料端水冷銅模內(nèi)部水平設(shè)置有出料通孔，出料通孔與冷指相連通，且出料通孔低于送料通孔設(shè)置。本發(fā)明解決生產(chǎn)時(shí)由于送料速度和出料速度不匹配而導(dǎo)致中斷生產(chǎn)的技術(shù)難題。
【專利說明】制備小直徑金屬單晶線材的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱性連鑄【技術(shù)領(lǐng)域】，主要是涉及純金屬單晶線材的制備技術(shù)，具體涉及一種制備小直徑金屬單晶線材的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子工業(yè)和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)導(dǎo)體金屬的性能提出了越來越高的要求，單晶金屬線材具有無晶界、高純度，具有良好的塑性、導(dǎo)電性及高保真信號(hào)傳輸性能，可用于制造高保真通訊器材、設(shè)備以及高質(zhì)量的傳輸電纜，在電子、通訊、網(wǎng)絡(luò)、音頻、視頻等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]利用熱型連鑄技術(shù)，可以生產(chǎn)出具有外觀優(yōu)美和內(nèi)部質(zhì)量好的鑄件，是制備金屬單晶線材的主要方法。傳統(tǒng)的熱型連鑄技術(shù)，是將一定量的金屬材料熔化于坩堝內(nèi)，采用加熱鑄型，通過冷卻器強(qiáng)制冷卻作用，使熱流沿著拉鑄方向單向傳導(dǎo)，從而形成定向凝固的條件，從而制得金屬單晶線材。傳統(tǒng)的熱型連鑄在實(shí)際生產(chǎn)中有以下缺點(diǎn):1.拉制出的金屬單晶線長(zhǎng)度受坩堝容量限制；2.坩堝內(nèi)的金屬液需要長(zhǎng)時(shí)間加熱、保溫，浪費(fèi)能源；3.必須嚴(yán)格控制液面高度，為此所提供的設(shè)備結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。
[0004]針對(duì)上述問題，專利02145540.6將區(qū)域熔煉與熱型連鑄結(jié)合，通過連續(xù)送料，連續(xù)加熱，連續(xù)牽引，實(shí)現(xiàn)制備長(zhǎng)度不受限制、小直徑金屬線材的思想。該方法通過三個(gè)連續(xù)，解決了線材長(zhǎng)度受限的問題，通過區(qū)域熔煉，解決了能源浪費(fèi)問題，通過送料系統(tǒng)提供的擠壓力使金屬液進(jìn)入導(dǎo)流口，取代了復(fù)雜的液面高度控制結(jié)構(gòu)。在該專利中，所述的設(shè)備包括水冷銅模、石英管、加熱裝置和冷指，內(nèi)部設(shè)置有純石墨制備的固液轉(zhuǎn)化裝置。但是這種方法在制備小直徑金屬線材時(shí)，存在一個(gè)突出的技術(shù)問題:即送料速度與出料速度要求嚴(yán)格匹配。一旦送料速度大于出料速度，坩堝內(nèi)的金屬液就會(huì)被快速?gòu)膶?dǎo)流口噴出，中斷生產(chǎn)，或者金屬液順著原料回流后凝固，送料卡死，中斷生產(chǎn)。一旦送料速度小于出料速度，坩堝內(nèi)的金屬液缺乏驅(qū)動(dòng)力，難以流入導(dǎo)流口，中斷生產(chǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種制備小直徑金屬單晶線材的裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的生產(chǎn)時(shí)由于送料速度和出料速度不匹配而導(dǎo)致中斷生產(chǎn)的技術(shù)難題。
[0006]為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種制備小直徑金屬單晶線材的裝置，包括進(jìn)料端水冷銅模、出料端水冷銅模、石英管、加熱裝置和冷指，內(nèi)部設(shè)置有固液轉(zhuǎn)化裝置，其特殊之處在于:所述固液轉(zhuǎn)化裝置由石墨塊、坩堝和冷指構(gòu)成，石墨塊的一端嵌設(shè)固定于進(jìn)料端水冷銅模內(nèi)側(cè)，另一端與坩堝的開口端聯(lián)接，石墨塊與進(jìn)料端水冷銅模的內(nèi)部水平設(shè)置有相互貫通的進(jìn)料通孔，進(jìn)料通孔與坩堝內(nèi)腔連通，所述坩堝上方開有溢出口 ；
在坩堝的封口端的偏心位置上延伸設(shè)置有與其內(nèi)腔連通的成型導(dǎo)管，該成型導(dǎo)管與冷指的一端相連通，冷指的另一端嵌設(shè)固定于出料端水冷銅模內(nèi)側(cè)，出料端水冷銅模內(nèi)部水平設(shè)置有出料通孔，所述出料通孔與冷指相連通，且出料通孔低于送料通孔設(shè)置。
[0007]上述進(jìn)料通孔位于坩堝軸線上方，出料通孔位于坩堝軸線下方。
[0008]上述坩堝的開口端套設(shè)于石墨塊的端部。安裝方便，緊密，不易泄露。
[0009]上述定型導(dǎo)管與冷指為錐形配合。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
1、本發(fā)明的設(shè)備是通過液態(tài)金屬液的高度差作為動(dòng)力來源，坩堝內(nèi)腔可容納2(T30ml的液態(tài)金屬，為送料速度和出料速度的匹配提供緩沖，保證生產(chǎn)連續(xù)性。如送入原料的直徑為6mm,生產(chǎn)直徑為2mm的單晶線材,牽引速度為100mm/min,在送料停止的情況下,?甘禍內(nèi)存儲(chǔ)的液態(tài)金屬仍可以維持生產(chǎn)6(T90min ；
2、石墨坩堝上方開有溢出口，在送料速度過大的情況下，過量的金屬液可從此處溢出，而不會(huì)因壓力強(qiáng)行送料通道噴出而中斷生產(chǎn)；
3、坩堝上的溢出口還具有觀察窗口的作用，生產(chǎn)時(shí)，便于操作人員觀察液面高度，根據(jù)液面高度調(diào)節(jié)送料、出料速度使之匹配。如原料供應(yīng)過多時(shí)，少量的液態(tài)金屬也可以通過溢出口流出i甘禍，在石英管中凝固；
4、定型導(dǎo)管和冷指之間采用錐形配合放入設(shè)計(jì)，便于軸線對(duì)齊，兩者聯(lián)接處不留間隙，液態(tài)金屬在有支撐的條件下進(jìn)行凝固，避免了以往熱型連鑄時(shí)固液界面處于懸空狀態(tài)，容易塌陷中斷生產(chǎn)的問題；
5、將以往容易消耗的純石墨制備的固液轉(zhuǎn)化裝置分解成石墨塊和坩堝兩部分，石墨塊可以長(zhǎng)期使用，降低生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1的A-A剖面圖；
圖3是坩堝的局剖結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是圖3的B-B剖視圖。
[0012]附圖標(biāo)記說明如下:
1-原料；2_進(jìn)料端水冷銅模；3_橡膠圈；4_過渡石墨；5_石墨坩堝；6_熔融金屬液；7-感應(yīng)線圈；8_石英管；9_冷凝器；10_單晶線材；11_成型導(dǎo)管；12_出料端水冷銅模；13-溢出口。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說明。
[0014]參見圖1、圖2、圖3和圖4，一種制備小直徑金屬單晶線材的裝置，包括進(jìn)料端水冷銅模2、出料端水冷銅模12、石英管8、加熱裝置7和冷指9，內(nèi)部設(shè)置有固液轉(zhuǎn)化裝置。所述固液轉(zhuǎn)化裝置由石墨塊4、坩堝5和冷指9構(gòu)成，石墨塊4的一端嵌設(shè)固定于進(jìn)料端水冷銅模2內(nèi)側(cè)，另一端與坩堝5的開口端聯(lián)接，坩堝5的開口端套設(shè)于石墨塊4的端部，石墨塊4與進(jìn)料端水冷銅模2的內(nèi)部水平設(shè)置有相互貫通的進(jìn)料通孔，進(jìn)料通孔與坩堝5內(nèi)腔連通，所述坩堝5上方開有溢出口 13 ;在坩堝5的封口端的偏心位置上延伸設(shè)置有與其內(nèi)腔連通的成型導(dǎo)管11，該成型導(dǎo)管11與冷指9的一端相連通且兩者為錐形配合，冷指9的另一端嵌設(shè)固定于出料端水冷銅模12內(nèi)側(cè)，出料端水冷銅模12內(nèi)部水平設(shè)置有出料通孔，所述出料通孔與冷指9相連通，且出料通孔低于送料通孔設(shè)置。本實(shí)施例中，所述進(jìn)料通孔位于坩堝5軸線上方，出料通孔位于坩堝5軸線下方。
[0015]本設(shè)備安裝時(shí)，先將石墨塊4卡入進(jìn)料端水冷銅模2中，進(jìn)料通道位于軸線上方并與進(jìn)料端水冷銅模2中的進(jìn)料通道對(duì)齊；將坩堝5的開口端套在石墨塊4上，旋轉(zhuǎn)坩堝5，使其上延伸的成型導(dǎo)管11位于坩堝6的軸線下方；在進(jìn)料端水冷銅模2上設(shè)置石英管8，兩者之間設(shè)置有橡膠圈3，出料端水冷銅模12上先固定冷指9，最后進(jìn)行對(duì)接，石英管8安裝于出料端水冷銅模12上，兩者之間設(shè)置橡膠圈3，冷指9與成型導(dǎo)管11對(duì)接。
[0016]進(jìn)料通道由石墨塊4和進(jìn)料端水冷銅模2中的兩段內(nèi)部通孔組成，且水平位于坩堝的軸線上方；出料通道實(shí)質(zhì)上由定型導(dǎo)管11、冷指9和出料端水冷銅模12中的三段內(nèi)部通孔組成，且水平位于坩堝的軸線下方。
[0017]工作時(shí):桿狀原料經(jīng)進(jìn)料通道進(jìn)入石墨坩堝；引晶絲經(jīng)送料通道從反方向進(jìn)入坩堝；啟動(dòng)感應(yīng)加熱系統(tǒng)，加熱坩堝至高于金屬熔點(diǎn)約200度的溫度；啟動(dòng)送料系統(tǒng)，將桿狀原料通過送料通道連續(xù)送入坩堝6并熔化；當(dāng)石墨坩堝內(nèi)腔中的液態(tài)金屬達(dá)到一定要求的程度后，啟動(dòng)牽引系統(tǒng)，液態(tài)金屬經(jīng)成型導(dǎo)管11成型，再經(jīng)冷指9定型(液固界面大致位于冷指的左端)，最后通過出料端水冷銅模12上的出料通道將引晶絲緩慢拉出。
[0018]以下提供一個(gè)具體實(shí)施例:Φ2πιπι單晶銅線材的制備:
a)準(zhǔn)備導(dǎo)流口為Φ2_的石墨坩堝和內(nèi)徑為Φ2_的冷凝器，將各組件按上述方法安裝。
[0019]b)啟動(dòng)感應(yīng)加熱系統(tǒng)加熱石墨坩堝至1300度左右，啟動(dòng)送料系統(tǒng)，以30mm/min的速度將Φ6πιπι的無氧紫銅桿連續(xù)送入坩堝熔化。
[0020]c)送料4min后，啟動(dòng)牽引系統(tǒng)，將引晶絲緩慢引出。將引絲速度緩慢調(diào)節(jié)到既定速度100mm/min,送料速度調(diào)至llmm/min,使送料、牽引速度相互匹配。
[0021]本發(fā)明的內(nèi)容不限于實(shí)施例所列舉，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種制備小直徑金屬單晶線材的裝置，包括進(jìn)料端水冷銅模(2)、出料端水冷銅模(12)、石英管(8)、加熱裝置(7)和冷指(9)，內(nèi)部設(shè)置有固液轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于:所述固液轉(zhuǎn)化裝置由石墨塊(4)、?甘禍(5)和冷指(9)構(gòu)成,石墨塊(4)的一端嵌設(shè)固定于進(jìn)料端水冷銅模(2 )內(nèi)側(cè)，另一端與坩堝(5 )的開口端聯(lián)接，石墨塊(4 )與進(jìn)料端水冷銅模(2 )的內(nèi)部水平設(shè)置有相互貫通的進(jìn)料通孔，進(jìn)料通孔與坩堝(5)內(nèi)腔連通，所述坩堝(5)上方開有溢出口(13);在坩堝(5)的封口端的偏心位置上延伸設(shè)置有與其內(nèi)腔連通的成型導(dǎo)管(11)，該成型導(dǎo)管(11)與冷指(9)的一端相連通，冷指(9)的另一端嵌設(shè)固定于出料端水冷銅模(12)內(nèi)側(cè)，出料端水冷銅模(12)內(nèi)部水平設(shè)置有出料通孔，所述出料通孔與冷指(9)相連通，且出料通孔低于送料通孔設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備小直徑金屬單晶線材的裝置，其特征在于:所述進(jìn)料通孔位于坩堝(5)軸線上方，出料通孔位于坩堝(5)軸線下方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的制備小直徑金屬單晶線材的裝置，其特征在于:所述坩堝(5)的開口端套設(shè)于石墨塊(4)的端部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備小直徑金屬單晶線材的裝置，其特征在于:所述定型導(dǎo)管(11)與冷指(9)為錐形配合。
【文檔編號(hào)】B22D11/10GK104190891SQ201410456986
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】李炳, 范新會(huì), 王鑫, 楊珂, 陳建 申請(qǐng)人:西安工業(yè)大學(xué)