[发明专利]一种超重力环境下材料高温定向凝固实验装置及实验方法

说明书

本发明提供一种超重力环境下材料高温定向凝固实验装置及实验方法，具备：具有第一实验单元、和第二实验单元的离心机单元；安装于第一实验单元的安瓿单元；温控单元；和控制单元；安瓿单元具备：具有中空内腔的安瓿套管、嵌套安装于安瓿套管内侧底部的副加热组件、安装于副加热组件上部开口处的可熔融基材仓，放置于可熔融基材仓的中空内腔内的可熔融基材，嵌套入安瓿套管和可熔融基材仓内部的坩埚管、以及设于安瓿套管与坩埚管之间的主加热组件；可熔融基材熔融后流入下方的副加热组件的中空内腔中。根据本发明，可以在不使用齿轮丝杆等机械传动机构以及电机等外设而简单方便地实现样品材料在超重力条件下的定向凝固。

技术领域

本发明涉及超重力环境下材料高温定向凝固研究技术领域，具体涉及一种超重力环境下材料高温定向凝固实验装置及实验方法。

背景技术

定向凝固是在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属样未凝固熔体中建立起沿特定方向的温度梯度，从而使熔体在气壁上形核后沿着与热流相反的方向，按要求的结晶取向进行凝固的技术。定向凝固技术的最大优势在于，其制备的合金材料消除了基体相与增强相相界面之间的影响，有效地改善了合金的综合性能。同时，该技术也是学者们研究凝固理论与金属凝固规律的重要手段。该技术最初是在高温合金的研制中建立并完善起来的。采用、发展该技术最初是用来消除结晶过程中生成的横向晶界，从而提高材料的单向力学性能。定向凝固技术对金属的凝固理论研究与新型高温合金等的发展提供了一个极其有效的手段。

与通常材料的单纯性凝固和铸造不同，定向凝固实验的实现，都需要通过电机、机构等外设实现下降或温场移动来达到定向凝固的实验目的，而在超重力环境下使用电机和机构的工程难度极大，并且离心机组件中的空间也有限。目前在离心机所产生的超重力环境下已经实现了材料单纯性凝固，却很难实现可控的材料定向凝固的科学实验，但如上述，定向凝固实验本身对材料学研究有着重大意义。

发明内容

发明要解决的问题：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种不使用外部设备而在超重力环境下能可控地进行材料高温定向凝固实验的装置及实验方法。

解决问题的技术手段：

本发明提供一种超重力环境下材料高温定向凝固实验装置，具备：

具有第一实验单元、和与第一实验单元镜像配重的第二实验单元的离心机单元；

安装于所述第一实验单元的安瓿单元；

控制装置温度的温控单元；和

对所述温控单元和所述离心机单元进行控制的控制单元；

所述安瓿单元具备：具有中空内腔的安瓿套管、嵌套安装于所述安瓿套管内侧底部且具有中空内腔的副加热组件、安装于所述副加热组件上部开口处且具有中空内腔的可熔融基材仓，放置于所述可熔融基材仓的中空内腔内的可熔融基材，嵌套入所述安瓿套管和所述可熔融基材仓内部且与可熔融基材的上端面抵接的坩埚管、以及设于所述安瓿套管与所述坩埚管之间的主加热组件；

所述可熔融基材熔融后流入下方的所述副加热组件的中空内腔中。

根据本发明，提供了一种超重力环境下使材料高温定向凝固的实验装置，通过对材料实验样品所用的安瓿单元进行系统性改进，以安瓿套管为外部支撑构件，将主加热组件、副加热组件、坩埚管、可熔融基材仓等组件整合为一体，形成该实验装置的主体部分，从而可以在不使用齿轮丝杆等机械传动机构以及电机等外设而简单方便地实现样品材料在超重力条件下的定向凝固。因此，解决了在超重力下无法通过常规手段进行材料定向凝固的实验、有着非常重要的科学意义。