规模连续生产大磁致伸缩材料的方法及装置.pdf

本发明公开了一种规模连续生产大磁致伸缩材料的方法及装置,它采用铽、镝等稀土金属与铁等过渡族金属为原料,以装料、装模管、冶炼、浇注、定向结晶等具体步骤生产获得该材料,其装置是双层真空炉体,分炉体、炉盖两部分,炉盖顶部设有进料罐、观察口、测温传感器,炉体内设有熔炼炉、保温定向装置,炉体外壁设有真空管道、充气管道、观察口、炉门。本发明能规模连续生产,使生产成本降低,质量得到保证。

1、一种规模连续生产大磁致伸缩材料的方法，其特征在于采用铽、镝
等稀土金属与铁等过渡族金属为原料，以下述具体步骤生产获得具有大磁致
伸缩效应的定向结晶晶体：
a、配料
将纯度为99.9％以上的稀土金属铽、镝等和过渡族金属铁等合金元素按
如下成分配制成若干份：
R_xM_2-y其中：x＝0.5～1.5，y＝0～0.5，R为稀土元素中的至少一种，M
为过渡族元素中的至少一种，或直接采用以上成分的合金作为原料；
b、装料和装模管
上述原料配制完成后，将每份配好的原料或合金原料分别放入进料罐中
的每个无底料盒中，使其可进入冶炼坩埚内，盖好进料罐上盖，打开炉门，
将多根模管按合金原料份数分组装在托盘上固定好，并使其中一组模管的上
口对准保温定向炉的下口，提升拉晶杆，使托盘上移至该组模管的上部与浇
注坩埚的口接触上，关紧炉门，抽真空使炉体内的真空度达到5×10^-3Pa以
上；
c、冶炼和均匀化
加热冶炼坩埚中的原料使之熔化，原料首先加热到1400～1700℃保温1～
60分钟，使原料合金化，然后降温至1250～1400℃保温1～60分钟，采用合金
为原料，直接加温至1250～1400℃保温1～60分钟，使合金充分均匀化，停止
加热，合金在冶炼坩埚中静置10秒～20分钟，使合金中的杂质上浮至合金熔
体表面；
d、浇注
上述冶炼和均匀化完成后，冶炼坩埚自动翻转一定角度，合金从冶炼坩
埚中浇出，通过浇注坩埚进入模管，浇注缓慢进行，最后在冶炼坩埚中剩余
一些合金熔体杂质，这些杂质保留在冶炼坩埚中；
e、定向结晶
浇注之前将保温定向炉预热，炉内上段温度控制在1180～1290℃，下段
的温度控制在600～1180℃，合金浇注到模管中后由拉晶杆向下以0.5～15毫米
/分钟的速度移出保温定向炉，合金经冷却而凝固，形成多根定向结晶棒
材；
f、换模管
定向结晶结束后，装有合金的模管被完全从保温定向炉中拉出，转动拉
晶杆并向上提升，这样另一组模管的上部便可与浇注坩埚口接触，为下一炉
的工作做好准备；
g、下一炉的装料、冶炼、浇注、定向结晶
转动进料罐上的手柄，进料罐中的料盒随之转动，其中一个料盒中的原
料就可进到冶炼坩埚内，进行下一炉的冶炼、浇注、定向结晶。
2、一种生产权利要求1所述材料的装置，其特征在于该装置为双层真空
炉体，分炉体(1)、炉盖(2)两部分，炉盖(2)顶部设有进料罐(3)、
观察口(4)、测温传感器(5)，炉体(1)内设有熔炼炉(6)、保温定向
装置(7)，炉体(1)外壁设有真空管道(9)、充气管道(8)、观察口
(10)、炉门(11)，炉体(1)与炉盖(2)通过螺钉(44)和密封圈(
45)连接。
3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述的进料罐(3)上设有
手柄(38)、盖(39)、内部设有数个无底料盒(40)、底部设有导料口
(41)，盖(39)中部、手柄(38)外围设有压紧螺钉(42)、密封圈(
43)。
4、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述的熔炼炉(6)包括坩
埚(12)、感受器(13)、线圈框架(15)、电极(16)，坩埚(12)置于
中部外部周边依次设有感受器(13)、线圈框架(15)，线圈框架(15)内
设有线圈(14)，电极(16)连在线圈框架(15)上并可伸出炉体(1)。
5、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述的保温定向装置(7)
由保温定向炉(17)、水冷盘(18)、托架(19)、循环冷却器(20)、拉
晶杆(21)组成，水冷盘(18)、循环冷却器(20)依次置于保温定向炉
(17)下部，水冷盘(18)与保温定向炉(17)之间设有隔热片(22)、与
循环冷却器(20)之间设有固定板(23)，托架(19)固定于循环冷却器
(20)之下与拉晶杆(21)连接，拉晶杆(21)下端伸出炉体(1)外。
6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述的保温定向炉(17)由
固定板(26)、(23)固定在炉体(1)内，外部设有绝缘保温层(27)、
外壁上、下设有电极(28)、(29)、热电耦(30)、(31)，电极、热电
耦伸出炉体(1)外，保温定向炉(17)包括电阻加热炉(24)、电阻加热
炉(25)，电阻加热炉(24)置于电阻加热炉(25)之上。
7、根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述的电阻加热炉(24)内
置有一坩埚(32)，电阻加热炉(25)内设有数根模管(33)，模管(33)
一端伸入电阻加热炉(24)与坩埚(32)接触，一端伸出电阻加热炉(25)
与循环冷却器(20)接触，模管(33)外围设有导热层(34)。
8、根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述的循环冷却器(20)由
水盘(35)、水管(49)、(36)、(37)、水冷头(38)组成，水盘(
35)上设有数组模管(33)，水冷头(38)外围设有软性耐温材料(39)，
并伸入模管(33)、内设接水管(36)并与水盘(35)连通，水管(37)置
于拉晶杆(21)内与水管(36)连通。

规模连续生产大磁致伸缩材料的方法及装置

本发明涉及以稀土金属、铁为原料生产一种具有伸缩性能的材料的方法
及装置，具体地说是一种规模连续生产大磁致伸缩材料的方法及装置。