CN104190891B - 制备小直径金属单晶线材的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备小直径金属单晶线材的装置，包括进料端水冷铜模、出料端水冷铜模、石英管、加热装置和冷指，内部设置的固液转化装置由石墨块、坩埚和冷指构成，石墨块一端嵌设固定于进料端水冷铜模内侧，另一端与坩埚开口端联接，石墨块与进料端水冷铜模的内部水平设置有贯通的进料通孔，其与坩埚内腔连通，坩埚上方开有溢出口；在坩埚的封口端偏心位置上延伸设置有与其内腔连通的成型导管，该导管与冷指的一端相连通，冷指的另一端嵌设固定于出料端水冷铜模内侧，出料端水冷铜模内部水平设置有出料通孔，出料通孔与冷指相连通，且出料通孔低于送料通孔设置。本发明解决生产时由于送料速度和出料速度不匹配而导致中断生产的技术难题。

Description

制备小直径金属单晶线材的装置

技术领域

本发明属于热性连铸技术领域，主要是涉及纯金属单晶线材的制备技术，具体涉及一种制备小直径金属单晶线材的装置。

背景技术

随着电子工业和通信技术的迅猛发展,对导体金属的性能提出了越来越高的要求，单晶金属线材具有无晶界、高纯度，具有良好的塑性、导电性及高保真信号传输性能，可用于制造高保真通讯器材、设备以及高质量的传输电缆，在电子、通讯、网络、音频、视频等领域中有着广泛的应用前景。

利用热型连铸技术，可以生产出具有外观优美和内部质量好的铸件，是制备金属单晶线材的主要方法。传统的热型连铸技术，是将一定量的金属材料熔化于坩埚内，采用加热铸型，通过冷却器强制冷却作用，使热流沿着拉铸方向单向传导，从而形成定向凝固的条件，从而制得金属单晶线材。传统的热型连铸在实际生产中有以下缺点：1.拉制出的金属单晶线长度受坩埚容量限制；2.坩埚内的金属液需要长时间加热、保温，浪费能源；3.必须严格控制液面高度，为此所提供的设备结构非常复杂。

针对上述问题，专利02145540.6将区域熔炼与热型连铸结合，通过连续送料，连续加热，连续牵引，实现制备长度不受限制、小直径金属线材的思想。该方法通过三个连续，解决了线材长度受限的问题，通过区域熔炼，解决了能源浪费问题，通过送料系统提供的挤压力使金属液进入导流口，取代了复杂的液面高度控制结构。在该专利中，所述的设备包括水冷铜模、石英管、加热装置和冷指，内部设置有纯石墨制备的固液转化装置。但是这种方法在制备小直径金属线材时，存在一个突出的技术问题：即送料速度与出料速度要求严格匹配。一旦送料速度大于出料速度，坩埚内的金属液就会被快速从导流口喷出，中断生产，或者金属液顺着原料回流后凝固，送料卡死，中断生产。一旦送料速度小于出料速度，坩埚内的金属液缺乏驱动力，难以流入导流口，中断生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备小直径金属单晶线材的装置，以解决现有技术存在的生产时由于送料速度和出料速度不匹配而导致中断生产的技术难题。

为克服现有技术存在的问题，本发明提供的技术方案是：一种制备小直径金属单晶线材的装置，包括进料端水冷铜模、出料端水冷铜模、石英管、加热装置和冷指，内部设置有固液转化装置，其特殊之处在于：所述固液转化装置由石墨块、坩埚和冷指构成，石墨块的一端嵌设固定于进料端水冷铜模内侧，另一端与坩埚的开口端联接，石墨块与进料端水冷铜模的内部水平设置有相互贯通的进料通孔，进料通孔与坩埚内腔连通，所述坩埚上方开有溢出口；

在坩埚的封口端的偏心位置上延伸设置有与其内腔连通的成型导管，该成型导管与冷指的一端相连通，冷指的另一端嵌设固定于出料端水冷铜模内侧，出料端水冷铜模内部水平设置有出料通孔，所述出料通孔与冷指相连通，且出料通孔低于送料通孔设置。

上述进料通孔位于坩埚轴线上方，出料通孔位于坩埚轴线下方。

上述坩埚的开口端套设于石墨块的端部。安装方便，紧密，不易泄露。

上述定型导管与冷指为锥形配合。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明的设备是通过液态金属液的高度差作为动力来源，坩埚内腔可容纳20~30ml的液态金属，为送料速度和出料速度的匹配提供缓冲，保证生产连续性。如送入原料的直径为6mm，生产直径为2mm的单晶线材，牵引速度为100mm/min，在送料停止的情况下，坩埚内存储的液态金属仍可以维持生产60~90min；

2、石墨坩埚上方开有溢出口，在送料速度过大的情况下，过量的金属液可从此处溢出，而不会因压力强行送料通道喷出而中断生产；

3、坩埚上的溢出口还具有观察窗口的作用，生产时，便于操作人员观察液面高度，根据液面高度调节送料、出料速度使之匹配。如原料供应过多时，少量的液态金属也可以通过溢出口流出坩埚，在石英管中凝固；

4、定型导管和冷指之间采用锥形配合放入设计，便于轴线对齐，两者联接处不留间隙，液态金属在有支撑的条件下进行凝固，避免了以往热型连铸时固液界面处于悬空状态，容易塌陷中断生产的问题；

5、将以往容易消耗的纯石墨制备的固液转化装置分解成石墨块和坩埚两部分，石墨块可以长期使用，降低生产成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A-A剖面图；

图3是坩埚的局剖结构示意图；

图4是图3的B-B剖视图。

附图标记说明如下：

1-原料；2-进料端水冷铜模；3-橡胶圈；4-石墨块；5-坩埚；6-熔融金属液；7-加热装置；8-石英管；9-冷指；10-单晶线材；11-成型导管；12-出料端水冷铜模；13-溢出口。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地说明。

参见图1、图2、图3和图4，一种制备小直径金属单晶线材的装置，包括进料端水冷铜模2、出料端水冷铜模12、石英管8、加热装置7和冷指9，内部设置有固液转化装置。所述固液转化装置由石墨块4、坩埚5和冷指9构成，石墨块4的一端嵌设固定于进料端水冷铜模2内侧，另一端与坩埚5的开口端联接，坩埚5的开口端套设于石墨块4的端部，石墨块4与进料端水冷铜模2的内部水平设置有相互贯通的进料通孔，进料通孔与坩埚5内腔连通，所述坩埚5上方开有溢出口13；在坩埚5的封口端的偏心位置上延伸设置有与其内腔连通的成型导管11，该成型导管11与冷指9的一端相连通且两者为锥形配合，冷指9的另一端嵌设固定于出料端水冷铜模12内侧，出料端水冷铜模12内部水平设置有出料通孔，所述出料通孔与冷指9相连通，且出料通孔低于送料通孔设置。本实施例中，所述进料通孔位于坩埚5轴线上方，出料通孔位于坩埚5轴线下方。

本设备安装时，先将石墨块4卡入进料端水冷铜模2中，进料通道位于轴线上方并与进料端水冷铜模2中的进料通道对齐；将坩埚5的开口端套在石墨块4上，旋转坩埚5，使其上延伸的成型导管11位于坩埚6的轴线下方；在进料端水冷铜模2上设置石英管8，两者之间设置有橡胶圈3，出料端水冷铜模12上先固定冷指9，最后进行对接，石英管8安装于出料端水冷铜模12上，两者之间设置橡胶圈3，冷指9与成型导管11对接。

进料通道由石墨块4和进料端水冷铜模2中的两段内部通孔组成，且水平位于坩埚的轴线上方；出料通道实质上由定型导管11、冷指9和出料端水冷铜模12中的三段内部通孔组成，且水平位于坩埚的轴线下方。

工作时：杆状原料经进料通道进入石墨坩埚；引晶丝经送料通道从反方向进入坩埚；启动感应加热系统，加热坩埚至高于金属熔点约200度的温度；启动送料系统，将杆状原料通过送料通道连续送入坩埚6并熔化；当石墨坩埚内腔中的液态金属达到一定要求的程度后，启动牵引系统，液态金属经成型导管11成型，再经冷指9定型（液固界面大致位于冷指的左端），最后通过出料端水冷铜模12上的出料通道将引晶丝缓慢拉出。

以下提供一个具体实施例：Φ2mm单晶铜线材的制备：

a)准备导流口为Φ2mm的石墨坩埚和内径为Φ2mm的冷凝器，将各组件按上述方法安装。

b)启动感应加热系统加热石墨坩埚至1300度左右，启动送料系统，以30mm/min的速度将Φ6mm的无氧紫铜杆连续送入坩埚熔化。

c)送料4min后，启动牵引系统，将引晶丝缓慢引出。将引丝速度缓慢调节到既定速度100mm/min，送料速度调至11mm/min，使送料、牵引速度相互匹配。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种制备小直径金属单晶线材的装置，包括进料端水冷铜模（2）、出料端水冷铜模（12）、石英管（8）、加热装置（7）和冷指（9），石英管（8）内部设置有固液转化装置，其特征在于：所述固液转化装置由石墨块（4）、坩埚（5）和冷指（9）构成，石墨块（4）的一端嵌设固定于进料端水冷铜模（2）内侧，另一端与坩埚（5）的开口端联接，石墨块（4）与进料端水冷铜模（2）的内部水平设置有相互贯通的进料通孔，进料通孔与坩埚（5）内腔连通，所述坩埚（5）上方开有溢出口（13）；在坩埚（5）的封口端的偏心位置上延伸设置有与其内腔连通的成型导管（11），该成型导管（11）与冷指（9）的一端相连通，冷指（9）的另一端嵌设固定于出料端水冷铜模（12）内侧，出料端水冷铜模（12）内部水平设置有出料通孔，所述出料通孔与冷指（9）相连通，且出料通孔低于进料通孔设置。

2.根据权利要求1所述的制备小直径金属单晶线材的装置，其特征在于：所述进料通孔位于坩埚（5）轴线上方，出料通孔位于坩埚（5）轴线下方。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的制备小直径金属单晶线材的装置，其特征在于：所述坩埚（5）的开口端套设于石墨块（4）的端部。

4.根据权利要求3所述的制备小直径金属单晶线材的装置，其特征在于：所述成型导管（11）与冷指（9）为锥形配合。