10⁵K/cm温度梯度定向凝固装置及定向凝固方法

摘要

一种105K/cm温度梯度定向凝固装置及定向凝固方法。所述105K/cm温度梯度定向凝固装置的激光器产生的激光水平穿过平透镜进入真空室，垂直且相交于抽拉系统的轴线，用于对预制体加热，并以液态镓铟锡合金作为冷却介质。熔区下表面与液态镓铟锡合金液面间的距离为1～5mm。对预制体进行定向凝固时，使激光功率升高至200～1400W。当预制体区熔后，启动抽拉机构使预制体以1～300μm/s速率移动并冷却，完成预制体的定向凝固。本发明将激光悬浮区熔与液态金属冷却相结合，得到的氧化物共晶自生复合材料组织均匀，细小致密，定向性好，其力学性能及其它功能都明显改善，所生产的功能材料的尺寸和形状能够满足各种光电元器件的应用。

主权项

一种105K/cm温度梯度定向凝固的方法，其特征在于，所述的105K/cm温度梯度定向凝固方法包括以下步骤：第一步，制作预制体；用粉体制作预制体时，通过混料、研磨、压制、烧结和成形，获得预制体，或通过切割从母材取得试棒，并去除表面氧化皮和杂质后，获得预制体；当用粉体制作预制体时，对粉体加压15～25MPa并保压5～10分钟，烧结温度为1200～1600℃并保温2～10小时；第二步，对预制体进行定向凝固；根据激光束的位置确定预制体熔区的位置，并使该熔区的下表面与液态镓铟锡合金液面之间的距离为1mm～5mm；将预制体装夹在定向凝固装置上；抽真空至10‑4Pa，并充入氩气做保护气体；打开激光器，并通过移动同步夹头移动预制体，使激光器产生的波长为630nm的红色激光束交点落在预制体底部，继而开启10.6μm波长的激光束，使激光束交点落在预制体底部；设定激光功率为20W，或使激光功率以50W/min的速率逐步升高至达到200～1400W；当预制体区熔后，启动抽拉机构，使试样按1～300μm/s速率从上至下移动；当熔区移至预制体顶端时，启动抽拉系统中的气缸，使预制体进入液态镓铟锡合金中进行冷却，完成预制体的定向凝固；所述的定向凝固装置包括真空室(2)、冷却水筒(4)、有气缸的抽拉系统(5)、定位螺栓(6)、激光发生器(1)和作为冷却介质的液态镓铟锡合金(9)；激光器(1)位于真空室(2)一侧；在真空室(2)的侧壁上安装有平透镜(3)；液态镓铟锡合金(9)位于冷却水筒(4)内腔；熔区(12)位于冷却水筒(4)上端面的上方，该熔区(12)的下表面与液态镓铟锡合金(9)液面之间的距离为1～5mm。