超声场耦合下碳铝界面润湿与结构调控装置及方法

摘要

一种超声场耦合下碳铝界面润湿与结构调控装置及方法，装置包括真空罩、载物台、坩埚、辐射器、耦合器、加液器、加热电阻和热电偶；辐射器与耦合和超声电源连接；载物台与螺纹丝杠和驱动电机装配在一起；真空罩通过阀门与气氛控制装置、惰性气体系统和真空泵系统连通。方法为：将碳基片置于坩埚内；调节真空罩内气氛；加入金属熔体，调节载物台的高度；抽真空；通入惰性气体至常压；通过加热电阻加热；控制碳基片旋转使金属熔体的氧化膜破裂；对金属熔体超声耦合。本发明的装置及方法综合了超声场的声流与空化作用，通过声场协同条件优化，以及润湿和界面反应条件优化，获得理想的界面结构调控条件。

主权项

一种超声场耦合下碳铝界面润湿与结构调控方法，采用超声场耦合下碳铝界面润湿与结构调控装置，该装置包括真空罩、载物台、坩埚、辐射器、耦合器、加液器、加热电阻和热电偶；加热电阻、热电偶、载物台和坩埚位于真空罩内部，坩埚底部连接加热电阻，加热电阻底部与载物台连接；辐射器底端插入坩埚内；辐射器顶端穿过真空罩与耦合器连接，耦合器与超声电源通过导线连接；加液器穿过真空罩且底端插入坩埚内部；载物台底部与螺纹丝杠固定连接，螺纹丝杠穿过真空罩与驱动电机装配在一起；真空罩上设有真空接口，真空接口分别通过阀门与气氛控制系统、惰性气体系统和真空泵系统连通；加热电阻和热电偶同时与温控装置通过导线连接；其特征在于按以下步骤进行：（1）将碳基片置于坩埚内；将真空罩封闭；开启真空泵系统对真空罩抽真空，至真空罩内真空度≤10^‑3Pa；所述的碳基片由石墨粉末在压制压力20~25MPa和保压时间20~30s条件下压制而成；（2）将空气通过气氛控制系统的分子筛和氧阱通入真空罩内，至真空罩内压力为常压；（3）通过驱动电机调节载物台的高度，使耦合器的下表面与碳基片的上表面之间的距离为超声脉冲波半波长的整数倍；打开加液器，通过加液器向坩埚内加入金属熔体，至金属熔体顶面与振动头下表面接触，然后封闭加液器；所述的金属熔体为铝和/或铝合金熔体；（4）再次开启真空泵系统对真空罩抽真空，至真空罩内真空度≤10^‑3Pa；（5）通过惰性气体系统向真空罩内通入惰性气体至常压；（6）通过加热电阻加热，控制真空罩内温度在700~850℃；（7）通过驱动电机旋转载物台，控制加热电阻、坩埚及碳基片旋转，使金属熔体的氧化膜破裂；（8）通过超声电源向耦合器施加占空比为30~80%的超声脉冲波，耦合器将电能转变成机械振动能；机械振动能通过辐射器将振幅放大，控制垂直振动的振幅在0.05~0.20 mm，将超声波能量耦合到                                                金属熔体中；超声耦合的作用时间为30~300s，通过声能改变液固界面的热力学条件，达到碳铝界面的润湿与界面的结构调控的目的。