[发明专利]一种制备超磁致伸缩材料的装置及其方法

说明书

本发明公开了一种制备超磁致伸缩材料的装置及其方法，实现合金在电弧炉熔融后直接从浇注口进入水冷结晶器，水冷结晶器中水冷底座和其顶端的籽晶缓慢向下移动，在水冷结晶器中强冷却使合金凝固，且凝固晶粒沿着籽晶生长，形成取向和籽晶一致的晶体，也就是沿轴向生长的一致取向的合金，将传统合金熔炉铸棒定向凝固步骤实现一次性完成，形成了连续的熔炼铸造拉晶一次完成的定向凝固装置，简化超磁致伸缩材料生产工艺过程，提高工作效率，提高材料性能，稳定产品质量。

技术领域

本发明属于材料制备装置和方法技术领域，具体涉及一种制备超磁致伸缩材料的装置及其方法。

背景技术

稀土超磁致伸缩材料是一种具有目前为止已经发现的最大的磁致伸缩系数的材料。因其具有磁致伸缩系数大，能量转换效率高，响应速度快等优点，被广泛应用于军事、工业、科技等众多领域。可以制作声换能器、超声换能器，可以制作精密致动器等。该材料的成分中包括的主要元素为稀土金属元素铽(Tb)、镝(Dy)和过渡族金属元素铁(Fe)，其中稀土元素(Tb)和镝(Dy)，化学性质比较活泼，容易挥发，容易和其它元素发生化学反应或氧化，尤其是在高温下，特别是在其处于熔融状态时，更是容易和其接触的物质发生化学反应。

稀土超磁致伸缩材料的生产工艺一般是采用定向凝固工艺制备，一般是将纯的原材料熔炉成合金，再将合金铸造成棒材，然后通过感应加热，采用改进的Brigman法将棒材进行定向结晶，使合金具有择优取向，从而获得较高的磁致伸缩性能。这种工艺，分为合金熔炼、棒材铸造和定向凝固三个步骤。每个步骤都需要将制备装置抽真空后充入惰性气体。一个步骤结束后，转入下一个步骤，都需要等待冷却下来取出制品，打磨掉氧化层，再转入下一个工序，还要抽真空充入惰性气体保护。这样，生产周期较长，合金与容器在高温接触时间长，合金受到杂质污染的机会较多，而且材料成分发生变化，难以控制。从而使材料的性能变坏，特别是材料会变脆，严重影响材料的使用效果。而且，产品质量稳定性差，难以控制。简化工艺，减少合金与容器之间高温接触的机会，就可以降低材料中的杂质，并有利于控制合金中的杂质，使材料制备性能可控性更好，便于制备出性能优异的材料。

发明内容

本发明的目的在于：目前超磁致伸缩材料的制备方法过程繁复，生产周期较长，目前这种制备装置包括盛放熔融金属的感应加热的坩铜坩埚、棒材铸造设备和结晶装置，装置一般分离或体积较大，使用不方便，且感应加热时盛放熔融合金的坩埚容易被熔蚀进入合金熔液而造成对熔融合金的污染，加上方法生产周期长，合金与容器长时间高温接触，受到杂质污染机会多，为解决上述问题，提出了一种制备超磁致伸缩材料的装置及其方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种制备超磁致伸缩材料的装置，包括：电弧炉、用于为电弧炉送料的进料机构、水冷结晶器，其中：

电弧炉内设置有坩埚，坩埚底部设有与水冷结晶器连接的浇注口，进料机构将原料送入坩埚中，坩埚底部设置有浇注口；

水冷结晶器包括：设置在浇注口下方的限位支撑套、限位支撑套内设置的位于浇注口处的籽晶、籽晶底部连接的水冷底座和水冷底座连接的使其上下移动的驱动系统，籽晶大小满足堵住浇注口且部分籽晶在坩埚内，籽晶的下面部分位于水冷底座上。

进一步，所述电弧炉包括：真空腔体，真空腔体内底部设置有坩埚，真空腔体中设置有延伸至坩埚的电极，电极与钳锅中原料作用产生电弧，坩埚边缘处设置有进料机构，坩埚底部设置有浇注口。

进一步，所述进料机构设置于坩埚边缘处，包括坩埚边缘处的储料器，储料器位于坩埚一端的出料端开口，还包括储料器出料端的相对端设置的可前后运动的推料杆。

进一步，所述坩埚为水冷铜坩埚。

进一步，所述驱动系统包括：与水冷底座连接的滑杆和控制滑杆上下移动的驱动机构，滑杆与水冷底座之间通过动密封圈密封。

一种制备超磁致伸缩材料的方法，方法步骤如下：