[发明专利]注入气泡耦合上引定向凝固制备定向多孔材料的方法及其定向凝固装置

权利要求书

1.一种注入气泡耦合上引定向凝固制备定向多孔材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a. 将熔体槽中的固体加热到熔点以上，形成熔体；

b. 将结晶器的下部浸入熔体槽中的熔体内，引锭杆装置的引锭头竖直向下伸入结晶器腔内并与熔体直接接触；

c. 通过流量控制器的作用，供气装置由浸入熔体内的导气管的出气口向熔体内注入气体，产生气泡；

d．在结晶器内靠近引锭头的熔体中建立起一个自下而上的温度梯度，当熔体内的气泡由于浮力作用而上升至结晶器腔内的固液界面处时，气泡被凝固界面所捕获，而在继续的凝固过程中，该气泡逐渐凝固，进入固相，形成共晶组织；

e. 通过引锭杆上引和结晶器相对引锭杆下移的背向位移运动实现在连铸的拉铸方向上上拉铸件，使通过加结晶器腔内的固液界面处的熔体自下而上持续定向凝固，形成定向多孔材料铸件。

2.根据权利要求1所述的注入气泡耦合上引定向凝固制备定向多孔材料的方法，其特征在于：在所述步骤d中，当初始启动引锭杆装置的牵引机构时，在引锭杆内的冷却装置和结晶器的冷却装置对结晶器腔内靠近引锭头的熔体进行联合冷却；在所述步骤d中，启动引锭杆装置的牵引机构后，结晶器的冷却装置单独对结晶器腔内的固液界面附近的熔体和初始凝固组织进行冷却。

3.根据权利要求2所述的注入气泡耦合上引定向凝固制备定向多孔材料的方法，其特征在于：所述制备定向多孔材料的方法能制备宏观联通型或宏观闭孔形式的定向多孔材料。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的注入气泡耦合上引定向凝固制备定向多孔材料的方法，其特征在于：向熔体内注入的气体为不与熔体发生化学反应的任何气体，向熔体内注入气体至少为氩气、氢气、氮气或氦气中任意一种或以任意比例混合的气体。

5.根据权利要求4所述的注入气泡耦合上引定向凝固制备定向多孔材料的方法，其特征在于：所述熔体为单质金属熔体、合金熔体或非金属熔体。

6.根据权利要求4所述的注入气泡耦合上引定向凝固制备定向多孔材料的方法，其特征在于：所述导气管的出气口在熔体中的浸没深度为5cm，所述引锭头初始浸没在熔体中的深度为2cm，所述导气管的出气口不断向熔体内注入的气体的流速为0.3ml/min，所述引锭杆上引的拉速大约为3cm/min。

7.一种使用权利要求1所述的注入气泡耦合上引定向凝固制备定向多孔材料的方法的定向凝固装置，包括熔体槽（5）、结晶器（9）、结晶器冷却装置（8）和引锭杆装置，所述熔体槽（5）内容纳熔体（6），所述结晶器（9）的下部浸入所述熔体（6）内，所述引锭杆装置包括引锭杆（10）和引锭头（12），所述引锭头（12）竖直向下伸入所述结晶器（9）腔内并与所述熔体（6）直接接触，所述结晶器冷却装置（8）对所述结晶器（9）腔内的固液界面附近的熔体和初始凝固组织进行冷却，使通过所述结晶器（9）的所述熔体（6）凝固形成定向多孔材料铸件，在牵引机构的作用下，所述引锭杆（10）竖直上引将所述定向多孔材料铸件不断拉出，其特征在于：还包括供气装置，所述供气装置包括气源（1）和导气管（11），所述导气管（11）的出气口（3）浸入所述熔体（6）内，所述出气口（3）位于所述锭头（12）的正下方向所述熔体（6）内底吹气体，通过气体流量控制器（2）控制向所述熔体（6）内注入气体的气体流速，使气体从所述出气口（3）处脱附并形成气泡（4）；

紧贴所述引锭头（12）上方设有引锭头冷却装置（7），与所述锭头（12）直接接触的所述熔体（6）通过引锭头冷却装置（7）进行冷却并凝固。

8.根据权利要求7所述的定向凝固装置，其特征在于：所述结晶器（9）的主体为石墨套。

9.根据权利要求7或8所述的定向凝固装置，其特征在于：所述导气管（11）至少包括2个，各个所述导气管（11）的出气口（3）向所述熔体（6）内注入气体的气体流速通过控制系统进行调控。

10.根据权利要求9所述的定向凝固装置，其特征在于：所述各个所述导气管（11）可在所述熔体（6）中移动，所述导气管（11）的移动方向和位移也通过控制系统进行调控。