[发明专利]用于电磁冷坩埚定向凝固设备中的冷却过渡接头

说明书

技术领域

本发明涉及一种冷却过渡接头。

背景技术

在电磁冷坩埚液态金属冷却定向凝固制备高熔点金属或合金开始时，需要用同材质的底料熔化和接受原料棒熔化(均为电磁感应熔化)后滴下的熔滴而形成熔池，而连接抽拉杆和底料的就是接头。在抽拉杆的牵引下，凝固锭进入到液态金属，从而实现强制冷却(如图2所示)。在开始的短期的一段时间内，高熔点的金属或者合金凝固锭是不会进入液态金属的，在抽拉杆的牵引下，首先是接头进入液态金属，接着才是高熔点金属或合金凝固锭进入液态金属。如果接头的设计不恰当，当凝固锭进入液态金属时，会有很大的热应力，从而导致材料开裂。整个定向凝固试样可以分为初始凝固区，稳定生长区和最后凝固区。稳定生长区多为等轴晶，不是定向的柱状晶或者单晶；稳定生长区是定向凝固的主要组成部分，是希望获得的部分，其组织期望为柱状晶或者单晶；最后凝固区是停电后形成的糊状区。如果接头设计不当，将导致初始凝固区的长度变长，稳定生长区的长度变短，从而减小材料的有效利用率。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电磁冷坩埚定向凝固设备中的冷却过渡接头，以解决目前用电磁冷坩埚定向凝固设备制备高熔点金属或合金时，初始凝固区的长度变长且高温材料的有效利用率低的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述接头包括长方体和圆柱体，长方体的底端面与圆柱体的上端面同轴设置且二者连接制成一体，长方体的上端面沿中心线开有梯形凹槽，长方体的每两个侧面连接处为圆弧面过渡，圆柱体的外表面设有螺纹，长方体的每个侧面开有方形通孔，四个方形通孔的中心均与长方体的底端面的距离相等，长方体的高度为10-1000mm，方形通孔的宽度为1-500mm，方形通孔的高度为1-500mm，方形通孔的底端面与长方体的底端面之间的距离为0-400mm。

本发明具有以下有益效果：本发明中的长方体高度增加，每个侧面开有正方形通孔，在安装时，让Ga-In合金进入空洞，这样就加大了Ga-In合金与接头的接触面积。由一维传热公式：

Q=A×dTdx]]>

可知，由于面积A的增大，则传热的Q增大，所以熔体的热量能更好地传递给液态金属，这样会带来至少两个好处：其一，让接头顶部的温度和液态金属的温度更接近，这可以避免由于凝固锭进入液态金属后，凝固锭和液态金属过大的温度差造成，试样开裂；其二，保温时间结束后，开始抽拉，这必然造成固液界面的失稳。传热量的增加必然加速失稳的固液界面尽早的形成稳定的固液界面，故可以缩短初始凝固区的长度，提高高温材料的有效利用率。

附图说明

图1是本发明的整体结构立体图，图2是本发明整体结构的主视图，图3是图2的俯视图，图4是图3的侧视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的所述接头包括长方体1和圆柱体2，长方体1的底端面与圆柱体2的上端面同轴设置且二者连接制成一体，长方体1的上端面沿中心线开有梯形凹槽1-1，长方体1的每两个侧面连接处为圆弧面过渡，圆柱体2的外表面设有螺纹，其特征在于长方体1的每个侧面开有方形通孔1-2，四个方形通孔1-2的中心均与长方体1的底端面的距离相等，长方体1的高度h₁为10-1000mm，方形通孔1-2的宽度c为1-500mm，方形通孔1-2的高度h为1-500mm，方形通孔1-2的底端面与长方体1的底端面之间的距离l为0-400mm。

具体实施方式二：结合图说明1本实施方式，本实施方式的圆柱体2的高度h₂为5-200mm，圆柱体2的直径D为5-500mm，此结构用于连接抽拉杆。其它实施方式与具体实施方式一相同。

工作原理：接头上的梯形凹槽1-1连接底托，圆柱体2的外表面设有螺纹用于与抽拉杆连接。其中底托的作用主要体现在两个方面：一，承接原料棒的熔滴；其二，上端熔化，增大熔体体积。当保温时间结束后，启动抽拉机构，抽拉杆向下移动，移料杆进入Ga-In合金。移料杆的底部稳定为Ts，Ga-In合金的温度为Tr，移料杆的底部距Ga-In合金的高度为H，则一维传热公式为：