專利名稱：一種金屬電阻加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料的凝固加工領(lǐng)域，具體是一種金屬電阻加熱裝置。
二背景技術(shù)：
定向凝固技術(shù)在高溫合金、磁性材料、復(fù)合材料等先進(jìn)結(jié)構(gòu)和功能材料等方面有 重要的應(yīng)用。熱流的控制是定向凝固技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)，獲得并保持單向熱流是定向 凝固成功的重要保證。加強(qiáng)和保持較好的加熱能力，是獲得高溫度梯度的必要條件之
定向凝固技術(shù)中常用的加熱方式有線圈感應(yīng)加熱、線圈感應(yīng)加石墨套加熱、電阻 加熱、電子束區(qū)熔和激光區(qū)熔等。線圈感應(yīng)加熱的加熱速率較快，但是其磁場(chǎng)渦流能 導(dǎo)致材料熔體內(nèi)部形成較強(qiáng)的對(duì)流，對(duì)組織的穩(wěn)定生長(zhǎng)不利，后加入石墨套減小渦流， 但是不易實(shí)現(xiàn)對(duì)熔體的閉環(huán)控制。電子束和激光加熱能量集中，有利于溫度梯度的大 幅提高，但是只能加熱于材料的表面，不能有坩堝， 一般只能成型小尺寸的線材。電 阻加熱主要有石墨加熱和金屬加熱兩種。石墨電阻加熱控溫容易，但升溫非常慢，易 揮發(fā)使工件滲碳。作為均衡溫體的發(fā)熱材料， 一般的金屬加熱體如Ni—Cr絲等只能滿 足130(TC以下的需求，而鉭、鉬等難以承受氧氣氣氛下的高溫，且在高溫下具有一定 的揮發(fā)性。
三、 發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的只能滿足130(TC以下的需求、以及對(duì)材料產(chǎn)生污染，以 及能引起熔體內(nèi)部流動(dòng)的不足，本發(fā)明提出了一種金屬電阻加熱裝置。
本發(fā)明采用難熔金屬鎢為加熱體材料，包括電極、上熱導(dǎo)環(huán)、電阻加熱體和下熱 導(dǎo)環(huán)。電阻加熱體頂部與上熱導(dǎo)環(huán)連接，底部與下熱導(dǎo)環(huán)相連，電極分別位于上熱導(dǎo) 環(huán)上表面固定，構(gòu)成回路。
電阻加熱體包括四個(gè)相同的弧形加熱塊，每個(gè)弧形加熱塊的弧度為冗/4。將四個(gè) 弧形加熱塊組合成為圓筒形，形成電阻加熱體。弧形加熱塊的高度是1.2 1.7倍坩堝 的長(zhǎng)度，壁厚為0.5 1.5mm。
上熱導(dǎo)環(huán)由兩個(gè)半圓形環(huán)構(gòu)成，其外徑同電阻加熱體的外徑。下熱導(dǎo)環(huán)為圓環(huán)形，其外徑亦同電阻加熱體的外徑。
四個(gè)弧形加熱塊均勻分布于下熱導(dǎo)環(huán)上；上熱導(dǎo)環(huán)位于電阻加熱體的頂部，并且兩個(gè)半圓形上熱導(dǎo)環(huán)之間的結(jié)合面與電阻加熱體中的某一對(duì)弧形加熱塊的結(jié)合面相重合。兩個(gè)上熱導(dǎo)環(huán)之間保持安全間隙；相鄰的弧形加熱塊之間亦保持安全間隙。兩個(gè)電極分別固定在各上熱導(dǎo)環(huán)弧形的中間。
使用時(shí)，在電阻加熱裝置的外圍附加隔熱屏進(jìn)行屏蔽和保溫，坩堝位于加熱體內(nèi)。在坩堝和試樣安裝好后，為抑制加熱體元件的蒸發(fā)和提高其使用溫度，加熱前要通過(guò)真空系統(tǒng)對(duì)爐體抽真空，然后通過(guò)保護(hù)氣系統(tǒng)充入氬氣。加熱時(shí)采用直流電源通過(guò)測(cè)溫?zé)崤紲y(cè)定加熱溫度，可形成穩(wěn)定的熱場(chǎng)，最高溫度可達(dá)200(TC。結(jié)合輻射擋板和冷卻液的綜合使用，可獲得高的溫度梯度，通過(guò)抽拉系統(tǒng)進(jìn)行定向凝固抽拉。
本發(fā)明的有益效果是由于本發(fā)明采用了高熔點(diǎn)的鎢為發(fā)熱體材料，加熱溫度高；穩(wěn)定性好，壽命長(zhǎng)，熱循環(huán)次數(shù)在500次以上；圓筒狀的發(fā)熱體通過(guò)輻射可提供均勻的溫度場(chǎng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的加熱和保溫，且等溫區(qū)的長(zhǎng)度可根據(jù)制備工藝的需要設(shè)計(jì)成不同長(zhǎng)度，筒體內(nèi)徑也可根據(jù)試樣直徑大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，控溫精確。
鎢是高熔點(diǎn)金屬，該發(fā)熱體能在超高溫中工作，在2000'C時(shí)短期使用和180(TC時(shí)長(zhǎng)期使用；且在高溫下具有足夠低的蒸氣壓，蒸發(fā)速度也很小，不致污染爐膛和工件；相對(duì)于石墨的還原性氣氛，該加熱體在中性氣氛下即可使用。在加熱過(guò)程中不會(huì)形成電磁擾動(dòng)，能減少定向凝固過(guò)程中熔體的流動(dòng)。
四

圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明電阻加熱體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明電阻加熱體的俯視剖面圖。圖4是本發(fā)明電阻加熱體的俯視圖。其中
I. 爐體 2.保護(hù)氣系統(tǒng)3.真空系統(tǒng) 4.鉗堝 5.電阻加熱體6.隔熱屏7.輻射擋板8.冷卻液 9.抽拉系統(tǒng) IO.直流電源
II. 測(cè)溫?zé)崤? 12.電極 13.上熱導(dǎo)環(huán) 14.弧形加熱塊 15.下熱導(dǎo)環(huán)
五具體實(shí)施方式
如圖2所示，本實(shí)施例用鎢制成，包括電極12、上熱導(dǎo)環(huán)13、電阻加熱體5和下 熱導(dǎo)環(huán)15。電阻加熱體5頂部與上熱導(dǎo)環(huán)13連接，底部與下熱導(dǎo)環(huán)15相連，電極12 分別位于上熱導(dǎo)環(huán)13上表面固定，構(gòu)成回路。
電阻加熱體5包括四個(gè)相同的弧形加熱塊14，每個(gè)弧形加熱塊的弧度為;r/4。將 四個(gè)弧形加熱塊組合成為圓筒形，形成電阻加熱體5?；⌒渭訜釅K的壁厚為0.5mm， 高度是1.2倍柑堝的長(zhǎng)度。
上熱導(dǎo)環(huán)13由兩個(gè)半圓形環(huán)構(gòu)成；上熱導(dǎo)環(huán)13的外徑同電阻加熱體5的外徑。 下熱導(dǎo)環(huán)15為圓環(huán)形；下熱導(dǎo)環(huán)15的外徑亦同電阻加熱體5的外徑。
四個(gè)弧形加熱塊均勻分布于下熱導(dǎo)環(huán)15上；兩個(gè)半圓形上熱導(dǎo)環(huán)13位于電阻加 熱體5的頂部，并且兩個(gè)半圓形上熱導(dǎo)環(huán)13之間的結(jié)合面與電阻加熱體5中的某一對(duì) 弧形加熱塊的結(jié)合面相重合；兩個(gè)半圓形上熱導(dǎo)環(huán)13的結(jié)合面與電阻加熱體5相重合 的結(jié)合面位于電阻加熱體5的同一直徑線上。
為避免短路和保證電流沿弧形加熱塊14的軸向傳導(dǎo)，兩個(gè)上熱導(dǎo)環(huán)13之間保持 安全間隙；同理，相鄰的弧形加熱塊14之間亦保持安全間隙；本實(shí)施實(shí)例中，所用安 全間隙為10mm。兩電極12為長(zhǎng)方體狀，分別置于每個(gè)上熱導(dǎo)環(huán)13弧形的中間位置； 電極的底部分別與兩個(gè)上熱導(dǎo)環(huán)13焊接。
本實(shí)施例在定向凝固裝置中使用的狀態(tài)如圖1所示。在電阻加熱體5的外圍附加 隔熱屏6進(jìn)行屏蔽和保溫，坩堝位于加熱體內(nèi)。在坩堝4和試樣安裝好后，為抑制加 熱體元件的蒸發(fā)和提高其使用溫度，加熱前要通過(guò)真空系統(tǒng)3對(duì)爐體1抽真空，然后 通過(guò)保護(hù)氣系統(tǒng)2充入氬氣。加熱時(shí)采用直流電源10通過(guò)測(cè)溫?zé)崤?1測(cè)定加熱溫度， 可形成穩(wěn)定的熱場(chǎng)，最高溫度可達(dá)200(TC。結(jié)合輻射擋板7和冷卻液8的綜合使用， 可獲得高的溫度梯度，通過(guò)抽拉系統(tǒng)9進(jìn)行定向凝固抽拉。
實(shí)施例二
如圖2所示，本實(shí)施例用鎢制成，包括電極12、上熱導(dǎo)環(huán)13、電阻加熱體5和下 熱導(dǎo)環(huán)15。電阻加熱體5頂部與上熱導(dǎo)環(huán)13連接，底部與下熱導(dǎo)環(huán)15相連，電極12 分別位于上熱導(dǎo)環(huán)13上表面固定，構(gòu)成回路。
電阻加熱體5包括四個(gè)相同的弧形加熱塊14，每個(gè)弧形加熱塊的弧度為;r/4。將 四個(gè)弧形加熱塊組合成為圓筒形，形成電阻加熱體5?；⌒渭訜釅K的壁厚為1.5mm，高度是1.7倍坩堝的長(zhǎng)度。
上熱導(dǎo)環(huán)13由兩個(gè)半圓形環(huán)構(gòu)成；上熱導(dǎo)環(huán)13的外徑同電阻加熱體5的外徑。 下熱導(dǎo)環(huán)15為圓環(huán)形；下熱導(dǎo)環(huán)15的外徑亦同電阻加熱體5的外徑。
四個(gè)弧形加熱塊均勻分布于下熱導(dǎo)環(huán)15上；兩個(gè)半圓形上熱導(dǎo)環(huán)13位于電阻加
熱體5的頂部，并且兩個(gè)半圓形上熱導(dǎo)環(huán)13之間的結(jié)合面與電阻加熱體5中的某一對(duì) 弧形加熱塊的結(jié)合面相重合；兩個(gè)半圓形上熱導(dǎo)環(huán)13的結(jié)合面與電阻加熱體5相重合 的結(jié)合面位于電阻加熱體5的同一直徑線上。
為避免短路和保證電流沿弧形加熱塊14的軸向傳導(dǎo)，兩個(gè)上熱導(dǎo)環(huán)13之間保持 安全間隙；同理，相鄰的弧形加熱塊14之間亦保持安全間隙；本實(shí)施實(shí)例中，所用安 全間隙為10mm。兩電極12為長(zhǎng)方體狀，分別置于每個(gè)上熱導(dǎo)環(huán)13弧形的中間位置； 電極的底部分別與兩個(gè)上熱導(dǎo)環(huán)13焊接。
本實(shí)施例在定向凝固裝置中使用的狀態(tài)如圖1所示。在電阻加熱體5的外圍附加 隔熱屏6進(jìn)行屏蔽和保溫，坩堝位于加熱體內(nèi)。在坩堝4和試樣安裝好后，為抑制加 熱體元件的蒸發(fā)和提高其使用溫度，加熱前要通過(guò)真空系統(tǒng)3對(duì)爐體1抽真空，然后 通過(guò)保護(hù)氣系統(tǒng)2充入氬氣。加熱時(shí)采用直流電源IO通過(guò)測(cè)溫?zé)崤?1測(cè)定加熱溫度， 可形成穩(wěn)定的熱場(chǎng)，最高溫度可達(dá)200(TC。結(jié)合輻射擋板7和冷卻液8的綜合使用， 可獲得高的溫度梯度，通過(guò)抽拉系統(tǒng)9進(jìn)行定向凝固抽拉。
實(shí)施例三
如圖2所示，本實(shí)施例用鎢制成，包括電極12、上熱導(dǎo)環(huán)13、電阻加熱體5和下 熱導(dǎo)環(huán)15。電阻加熱體5頂部與上熱導(dǎo)環(huán)13連接，底部與下熱導(dǎo)環(huán)15相連，電極12 分別位于上熱導(dǎo)環(huán)13上表面固定，構(gòu)成回路。
電阻加熱體5包括四個(gè)相同的弧形加熱塊14，每個(gè)弧形加熱塊的弧度為;r/4。將 四個(gè)弧形加熱塊組合成為圓筒形，形成電阻加熱體5?；⌒渭訜釅K的壁厚為l.Omm， 高度是1.5倍坩堝的長(zhǎng)度。
上熱導(dǎo)環(huán)13由兩個(gè)半圓形環(huán)構(gòu)成；上熱導(dǎo)環(huán)13的外徑同電阻加熱體5的外徑。 下熱導(dǎo)環(huán)15為圓環(huán)形；下熱導(dǎo)環(huán)15的外徑亦同電阻加熱體5的外徑。
四個(gè)弧形加熱塊均勻分布于下熱導(dǎo)環(huán)15上；兩個(gè)半圓形上熱導(dǎo)環(huán)13位于電阻加 熱體5的頂部，并且兩個(gè)半圓形上熱導(dǎo)環(huán)13之間的結(jié)合面與電阻加熱體5中的某一對(duì)弧形加熱塊的結(jié)合面相重合；兩個(gè)半圓形上熱導(dǎo)環(huán)13'的結(jié)合面與電阻加熱體5相重合 的結(jié)合面位于電阻加熱體5的同一直徑線上。
為避免短路和保證電流沿弧形加熱塊14的軸向傳導(dǎo)，兩個(gè)上熱導(dǎo)環(huán)13之間保持 安全間隙；同理，相鄰的弧形加熱塊14之間亦保持安全間隙；本實(shí)施實(shí)例中，所用安 全間隙為10mm。兩電極12為長(zhǎng)方體狀，分別置于每個(gè)上熱導(dǎo)環(huán)13弧形的中間位置； 電極的底部分別與兩個(gè)上熱導(dǎo)環(huán)13焊接。
本實(shí)施例在定向凝固裝置中使用的狀態(tài)如圖1所示。在電阻加熱體5的外圍附加 隔熱屏6進(jìn)行屏蔽和保溫，坩堝位于加熱體內(nèi)。在坩堝4和試樣安裝好后，為抑制加 熱體元件的蒸發(fā)和提高其使用溫度，加熱前要通過(guò)真空系統(tǒng)3對(duì)爐體1抽真空，然后 通過(guò)保護(hù)氣系統(tǒng)2充入氬氣。加熱時(shí)采用直流電源10渾過(guò)測(cè)溫?zé)崤?1測(cè)定加熱溫度， 可形成穩(wěn)定的熱場(chǎng)，最高溫度可達(dá)200(TC。結(jié)合輻射擋板7和冷卻液8的綜合使用， 可獲得高的溫度梯度，通過(guò)抽拉系統(tǒng)9進(jìn)行定向凝固抽拉。
權(quán)利要求1.一種金屬電阻加熱裝置，包括電阻加熱體(5)和電極(12)；坩堝(4)位于電阻加熱體(5)內(nèi)；其特征在于電阻加熱體(5)和電極(12)采用鎢制成；電阻加熱體(5)由四個(gè)弧度為π/4的弧形加熱塊(14)組合而成；上熱導(dǎo)環(huán)(13)由兩個(gè)半圓形環(huán)構(gòu)成，位于電阻加熱體(5)的頂端；下熱導(dǎo)環(huán)(15)為圓環(huán)形，位于電阻加熱體(5)的底部；兩個(gè)熱導(dǎo)環(huán)(13)之間的結(jié)合面與電阻加熱體(5)中的某兩對(duì)弧形加熱塊(14)的結(jié)合面相重合；在兩個(gè)半圓環(huán)形熱導(dǎo)環(huán)(13)的頂部分別安置兩個(gè)電極(12)。
2. 如權(quán)利要求l所述一種金屬電阻加熱裝置，其特征在于弧形加熱塊(14)的高度是 1.2 1.7倍坩堝的長(zhǎng)度。
3. 如權(quán)利要求l所述一種金屬電阻加熱裝置，其特征在于弧形加熱塊(14)的壁厚為 0.5 1.5mm。
4. 如權(quán)利要求l所述一種金屬電阻加熱裝置，其特征在于弧形加熱塊(14)之間有安 全間隙。
5. 如權(quán)利要求l所述一種金屬電阻加熱裝置，其特征在于兩個(gè)半圓環(huán)形熱導(dǎo)環(huán)(13) 之間有安全間隙。
專利摘要一種金屬電阻加熱裝置，采用難熔金屬鎢制成。電阻加熱體(5)由四個(gè)弧度為π/4的弧形加熱塊(14)組合而成；上熱導(dǎo)環(huán)(13)由兩個(gè)半圓形環(huán)構(gòu)成，位于電阻加熱體(5)的頂端；下熱導(dǎo)環(huán)(15)為圓環(huán)形，位于電阻加熱體(5)的底部；兩個(gè)半圓形上熱導(dǎo)環(huán)(13)之間的結(jié)合面與電阻加熱體(5)中的某一對(duì)弧形加熱塊(14)的結(jié)合面相重合；在兩個(gè)半圓環(huán)形熱導(dǎo)環(huán)(13)的頂部分別安置兩個(gè)電極(12)。本實(shí)用新型在高溫下具有足夠低的蒸氣壓，并且不污染爐膛和工件；加熱體在中性氣氛下即可使用，在加熱過(guò)程中不會(huì)形成電磁擾動(dòng)，能減少定向凝固過(guò)程中熔體的流動(dòng)，具有加熱溫度高、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H05B3/10GK201435834SQ200920032590
公開(kāi)日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者傅恒志, 林 劉, 軍 張, 張衛(wèi)國(guó), 趙新寶 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)