CN102181725A

CN102181725A - 一种锌10铁-5碳化硅半固态浆料的机械均匀分散方法

Info

Publication number: CN102181725A
Application number: CN 201110088812
Authority: CN
Inventors: 杜云慧; 张鹏; 刘汉武
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2011-04-10
Filing date: 2011-04-10
Publication date: 2011-09-14

Abstract

本发明公开了一种锌10铁-5碳化硅半固态浆料的机械均匀分散方法，属于锌10铁-5碳化硅半固态浆料的机械均匀分散研究领域，本发明采用机械制备方法，利用双叶片层机械搅拌器，在上下层双面弧形直叶片凹弧面弧度分别为76～78°和30～32°条件下，对锌10铁-5碳化硅半固态浆料进行机械均匀分散，可快速实现碳化硅颗粒的均匀分布，均匀分散时间可缩短到8分20秒。

Description

一种锌10铁-5碳化硅半固态浆料的机械均匀分散方法

技术领域

本发明涉及一种锌10铁-5碳化硅半固态浆料的机械均匀分散方法。

背景技术

公开号：CN1888801A，发明名称：“一种QTi3.5-10石墨半固态浆料机械搅拌制备方法”上，阐述了QTi3.5-10石墨半固态浆料的机械制备方法，即，利用机械搅拌器的双面弧形直叶片旋转时产生的周向运动和向下运动，来打碎QTi3.5钛青铜熔体凝固过程中形成的初生固相，并不断地将双面弧形直叶片上部的石墨颗粒分散到下部的QTi3.5钛青铜熔体中，当QTi3.5钛青铜熔体的周向运动状态接近双面弧形直叶片周向运动状态而导致石墨颗粒的分散效果变差时，机械搅拌器改变旋转方向，利用双面弧形直叶片另一侧的弧形来将双面弧形直叶片上部的石墨颗粒分散到下部的QTi3.5钛青铜熔体中；借助于机械搅拌器的上下移动控制装置，来驱动机械搅拌器进行连续上下运动，从而在整个坩埚范围内，将漂浮在石墨坩埚上部的石墨颗粒分散到QTi3.5钛青铜熔体中，得到石墨颗粒分布均匀的QTi3.5-10石墨半固态浆料。在这种机械制备方法中，机械搅拌器为单叶片层机械搅拌器，采用单层叶片，在叶片与半固态浆料的有效接触范围内，借助叶片对石墨颗粒施加分散作用力，不断地将石墨颗粒分散到半固态浆料中，在专利CN1888801A中公开的机械搅拌器单层双面弧形直叶片凹弧面的弧度为40～90°条件下，单叶片层机械搅拌器及其上下移动控制装置运行即均匀分散10～15min后，可得到石墨颗粒均匀分布的QTi3.5-10石墨半固态浆料。

锌10铁是含铁量为10wt％的锌合金，锌10铁-5碳化硅半固态浆料是含有5wt％碳化硅颗粒和95wt％初生固相颗粒与液相的半固态浆料，采用CN1888801A专利方法、在公开的机械搅拌器单层双面弧形直叶片凹弧面的弧度为40～90°条件下，需要均匀分散10～13分钟后，才能得到碳化硅颗粒均匀分布的锌10铁-5碳化硅半固态浆料。

对于锌10铁-5碳化硅半固态浆料的制备，在实现碳化硅颗粒均匀分布的前提下，机械搅拌器及其上下移动控制装置的运行时间即均匀分散时间越短，能耗越小，成本越低，而且锌10铁-5碳化硅半固态浆料受到的污染也越少，其质量越高，因此可实现碳化硅颗粒均匀分布的锌10铁-5碳化硅半固态浆料的均匀分散时间越短越好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有机械制备方法“均匀分散时间长”的不足，提供一种能够快速实现锌10铁-5碳化硅半固态浆料中碳化硅颗粒均匀分散的方法，进一步缩短实现碳化硅颗粒均匀分布的均匀分散时间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用机械制备方法，利用双叶片层机械搅拌器，在上下层双面弧形直叶片凹弧面弧度分别为76～78°和30～32°的条件下，对锌10铁-5碳化硅半固态浆料进行均匀分散。

本发明的有益效果是：对于熔体中的颗粒，要想尽快完成其在熔体中的分散，必须加强分散强度。在半固态浆料机械制备方法中，如果在单层叶片对半固态浆料中的颗粒实施分散后，紧接着再利用另一层叶片实施第二次分散，那么，半固态浆料中颗粒的分散效果将会明显好转，实现颗粒均匀分布的均匀分散时间将进一步缩短，本发明就是利用上下层双面弧形直叶片凹弧面弧度优化组合后的双层叶片的连续二次分散，进一步促进了碳化硅颗粒在半固态浆料中的均匀分布，从而达到了缩短均匀分散时间的目的。利用本发明，对锌10铁-5碳化硅半固态浆料进行均匀分散，实现碳化硅颗粒均匀分布的均匀分散时间可缩短到8分20秒，比采用CN1888801A专利方法的最短均匀分散时间10分钟至少缩短了16％。

附图说明

图1为本发明方法对锌10铁-5碳化硅半固态浆料进行均匀分散装置的主视图。

图中，圆形搅拌杆1，双面弧形直叶片2，石墨坩埚3，加热管4，冷却管5，锌10铁-5碳化硅半固态浆料6，堵塞7，上盖8，Ar气管9，底架11，轴瓦12，止推轴承13，电机14，齿轮传动机构15，导向板16，导向槽17，齿条18，电机19，传动机构20，上行程开关21，下行程开关22，支架23。

图2为本发明方法对锌10铁-5碳化硅半固态浆料进行均匀分散装置的A-A视图。

图中，热电偶10。

图3为本发明方法对锌10铁-5碳化硅半固态浆料进行均匀分散装置的B-B局部视图。

图4为采用本发明方法对锌10铁-5碳化硅半固态浆料进行均匀分散后得到的锌10铁-5碳化硅半固态浆料的微观组织。

具体实施方式

结合附图对本发明方法均匀分散锌10铁-5碳化硅半固态浆料中碳化硅颗粒装置的具体说明如下：

均匀分散锌10铁-5碳化硅半固态浆料中碳化硅颗粒装置包括：机械搅拌器及其驱动与上下移动控制装置、石墨坩埚3、上盖8、堵塞7、Ar气管9及热电偶10。

石墨坩埚3采用机械连接方式固定于底架11上，其壁内间隔均布加热管4和冷却管5，分别与外部电源与冷却液供给系统连接。

机械搅拌器为双叶片层机械搅拌器，由圆形搅拌杆1和上下二个叶片层构成，材质为耐热陶瓷，圆形搅拌杆1的下端为方形，其四面与圆形搅拌杆1相切，上下二个叶片层位于圆形搅拌杆1的方形下端，间隔a为20mm，在上下二个叶片层中各有四个除了凹弧面弧度不同以外其它形状与对应分布状态完全相同的双面弧形直叶片2，下层的四个双面弧形直叶片2位于圆形搅拌杆1的方形下端的下部，其根部与圆形搅拌杆1的方形下端的四个表面垂直，互成90°，宽度与圆形搅拌杆1的直径相同，双面弧形直叶片2左右二侧的凹弧面朝下，对称分布，为圆弧形，弧度为30～32°，凹弧面上部与双面弧形直叶片2上表面相切，凹弧面下部的交线与圆形搅拌杆1方形下端的下端面位于同一水平面内，双面弧形直叶片2外端部与石墨坩埚3内壁之间的距离为5mm；上层的四个双面弧形直叶片2位于圆形搅拌杆1的方形下端的上部，凹弧面弧度为76～78°，此双面弧形直叶片2的上表面与圆形搅拌杆1方形下端的上端面位于同一水平面内。

机械搅拌器的驱动装置由电机14、齿轮传动机构15和定位机构构成。定位机构位于圆形搅拌杆1上部，由上下二个轴瓦12进行横向定位，由上下二个止推轴承13进行纵向定位，机械搅拌器驱动装置的电机14、齿轮传动机构15和定位机构分别采用机械连接方式固定于导向板16上，导向板16可在固定于支架23上的导向槽17内进行上下移动。

机械搅拌器上下移动控制装置由电机19、传动机构20、上行程开关21和下行程开关22构成。传动机构20由齿条18与齿轮、涡轮与蜗杆传动构成，齿条18的下端与机械搅拌器驱动装置的导向板16采用机械连接方式连接，电机19的转向由上行程开关21、下行程开关22控制，也就是，当机械搅拌器的上层双面弧形直叶片2向上移动到半固态浆料6上方时，齿条18的上部触动下行程开关22，电机19改变转向，使机械搅拌器向下移动；当机械搅拌器的下层双面弧形直叶片2向下移动到石墨坩埚3底部时，齿条18的上部触动上行程开关21，电机19改变转向，使机械搅拌器向上移动，机械搅拌器上下移动控制装置的电机19、传动机构20、上行程开关21、下行程开关22采用机械连接方式固定于支架23上。

Ar气管9固定于上盖8的孔内，热电偶10固定于石墨坩埚3的侧壁内，其端部与半固态浆料6接触，堵塞7位于石墨坩埚3底部。

机械搅拌器的功率为5kW，机械搅拌器每隔1～3分钟改变一次旋转方向，转速为3～5转/秒，机械搅拌器的连续上下移动速度控制在5～20mm/s。

一种锌10铁-5碳化硅半固态浆料的机械均匀分散方法，利用机械搅拌器的双面弧形直叶片旋转时产生的周向运动和向下运动，来打碎锌10铁熔体凝固过程中形成的初生固相，并不断地将双面弧形直叶片上部的碳化硅颗粒分散到下部的锌10铁熔体中，当锌10铁熔体的周向运动状态接近双面弧形直叶片周向运动状态而导致碳化硅颗粒的分散效果变差时，机械搅拌器改变旋转方向，利用双面弧形直叶片另一侧的弧形来将双面弧形直叶片上部的碳化硅颗粒分散到下部的锌10铁熔体中；并且借助于机械搅拌器的上下移动控制装置，来驱动机械搅拌器进行连续上下运动，从而在整个坩埚范围内，将漂浮在石墨坩埚上部的碳化硅颗粒分散到锌10铁熔体中，得到碳化硅颗粒分布均匀的锌10铁-5碳化硅半固态浆料，包括以下步骤：

步骤1，制备锌10铁熔体，温度控制在1050℃；

步骤2，按95％和5％的质量百分比将上述锌10铁熔体与230目的碳化硅颗粒倒入石墨坩埚3中，坩埚由其壁内的加热管4预热到850℃，盖上上盖8后，接通Ar气以防氧化；

步骤3，启动机械搅拌器及其上下移动控制装置，对锌10铁熔体与碳化硅颗粒进行搅拌，同时，关闭加热管4的电源并向石墨坩埚3壁内的冷却管5内接通冷却水进行冷却，将锌10铁熔体冷却至830～867℃均匀分散温度后，关闭冷却水，打开并调节加热管4的电源，使锌10铁熔体温度稳定在该均匀分散温度，均匀分散一定时间后，得到组织均匀的锌10铁-5碳化硅半固态浆料6。

实施方式一，在机械搅拌器的转速为3转/秒、上下移动速度为5mm/s、每隔3分钟改变一次旋转方向、均匀分散温度为830℃下，在双叶片层机械搅拌器的上下层双面弧形直叶片凹弧面弧度分别为76°和30°时，实现碳化硅颗粒均匀分布的锌10铁-5碳化硅半固态浆料的均匀分散时间为8分20秒。

实施方式二，在机械搅拌器的转速为5转/秒、上下移动速度为15mm/s、每隔2分钟改变一次旋转方向、均匀分散温度为830℃下，在双叶片层机械搅拌器的上下层双面弧形直叶片凹弧面弧度分别为76°和32°时，实现碳化硅颗粒均匀分布的锌10铁-5碳化硅半固态浆料的均匀分散时间为8分10秒。

实施方式三，在机械搅拌器的转速为4转/秒、上下移动速度为20mm/s、每隔1分钟改变一次旋转方向、均匀分散温度为850℃下，在双叶片层机械搅拌器的上下层双面弧形直叶片凹弧面弧度分别为78°和30°时，实现碳化硅颗粒均匀分布的锌10铁-5碳化硅半固态浆料的均匀分散时间为8分20秒。

实施方式四，在机械搅拌器的转速为4转/秒、上下移动速度为10mm/s、每隔2分钟改变一次旋转方向、均匀分散温度为867℃下，在双叶片层机械搅拌器的上下层双面弧形直叶片凹弧面弧度分别为77°和31°时，实现碳化硅颗粒均匀分布的锌10铁-5碳化硅半固态浆料的均匀分散时间为8分10秒。

实施方式五，在机械搅拌器的转速为5转/秒、上下移动速度为15mm/s、每隔3分钟改变一次旋转方向、均匀分散温度为850℃下，在双叶片层机械搅拌器的上下层双面弧形直叶片凹弧面弧度分别为78°和32°时，实现碳化硅颗粒均匀分布的锌10铁-5碳化硅半固态浆料的均匀分散时间为8分10秒。

可见，在双叶片层机械搅拌器的上下层双面弧形直叶片凹弧面弧度分别为76～78°和30～32°条件下，对锌10铁-5碳化硅半固态浆料进行机械均匀分散，实现碳化硅颗粒均匀分布的均匀分散时间可缩短到8分20秒。

附图4为采用本发明方法对锌10铁-5碳化硅半固态浆料进行机械均匀分散后得到的锌10铁-5碳化硅半固态浆料的微观组织。图中白色块状区域为碳化硅颗粒，灰色球形或椭球形区域为初生固相颗粒，其它区域为后生固相，可见，碳化硅颗粒分布非常均匀。可见，本发明可快速实现锌10铁-5碳化硅半固态浆料中碳化硅颗粒的均匀分散。

Claims

1.一种锌10铁-5碳化硅半固态浆料的机械均匀分散方法，利用机械搅拌器的双面弧形直叶片旋转时产生的周向运动和向下运动，来打碎锌10铁熔体凝固过程中形成的初生固相，并不断地将双面弧形直叶片上部的碳化硅颗粒分散到下部的锌10铁熔体中，当锌10铁熔体的周向运动状态接近双面弧形直叶片周向运动状态而导致碳化硅颗粒的分散效果变差时，机械搅拌器改变旋转方向，利用双面弧形直叶片另一侧的弧形来将双面弧形直叶片上部的碳化硅颗粒分散到下部的锌10铁熔体中；并且借助于机械搅拌器的上下移动控制装置，来驱动机械搅拌器进行连续上下运动，从而在整个坩埚范围内，将漂浮在石墨坩埚上部的碳化硅颗粒分散到锌10铁熔体中，得到碳化硅颗粒分布均匀的锌10铁-5碳化硅半固态浆料，包括以下步骤：

步骤1，制备锌10铁熔体，温度控制在1050℃；

步骤2，按95％和5％的质量百分比将上述锌10铁熔体与230目的碳化硅颗粒倒入石墨坩埚中，坩埚由其壁内的加热管预热到850℃，盖上上盖后，接通Ar气以防氧化；

步骤3，启动机械搅拌器及其上下移动控制装置，对锌10铁熔体与碳化硅颗粒进行搅拌，同时，关闭加热管的电源并向石墨坩埚壁内的冷却管内接通冷却水进行冷却，将锌10铁熔体冷却至830～867℃均匀分散温度后，关闭冷却水，打开并调节加热管的电源，使锌10铁熔体温度稳定在该均匀分散温度，均匀分散一定时间后，得到组织均匀的锌10铁-5碳化硅半固态浆料；

其特征在于，机械搅拌器为双叶片层机械搅拌器，其上下层双面弧形直叶片凹弧面弧度分别为76～78°和30～32°。