CN114739171A - 复合材料制备装置及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料制备装置，其操作使用过程中，利用铝箔纸将原料粉末充分包覆，并将炉内支架连同置于其上的原料一并预先放入坩埚内的铝合金熔体中，有效避免了制备工艺实施前的加料过程中的原料氧化现象，同时，利用进气道将送入坩埚内的氩气导引至坩埚底部，使氩气沿坩埚底部内壁的球面结构自下而上吹向位于炉内支架上的原料，形成向上的卷流，由此不仅可以促进原料充分反应，还能够有效避免反应物氧化和其他杂质的产生，进一步优化复合材料制备的工艺效果，提高制备所得的复合材料的产品质量和材料性能。本发明还公开了一种应用了该复合材料制备装置的复合材料制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及原位自生成陶瓷颗粒增强铝基复合材料制备技术领域，特别涉及一种复合材料制备装置。本发明还涉及一种应用了该复合材料制备装置的复合材料制备方法。
背景技术
颗粒增强铝基复合材料的原材料选用非常广泛，常见的增强相有SiC(碳化硅)、B4C(碳化硼)、Al2O3(氧化铝)、TiB2(二硼化钛)、TiC(碳化钛)、TiB(硼化钛)WC(碳化钨)等，颗粒增强铝基复合材料因其制备成本低廉、制备过程简单、材料各向同性等优点，近年来得到了较快的发展，并且其可根据实际需求通过控制增强颗粒体积分数、颗粒尺寸等相应调整复合材料的性能。其中，搅拌铸造法由于其制备工艺简单、操作简便、设备投资少、生产成本低、可大规模生产等优点，日益受到业内重视。
具体而言，搅拌铸造法实施时，将熔炼好的基体合金熔体注入可抽真空或通氩气保护、并能够对熔体保温的搅拌炉中，然后向合金熔体中加入增强颗粒，并在真空或充氩气条件下采用搅拌器进行高速搅拌，使颗粒均匀分布在合金熔体中。需要控制的主要工艺参数有搅拌器的形状结构、搅拌速度和熔体温度等，相应地，工艺参数需根据基体合金的成分、颗粒的含量和大小尺寸等因素确定。
以反应方案NbB2和TiB2铝基复合材料制备为例。
原材料：氟钛酸钾(K2TiF6)、氟硼酸钾(KBF4)、铌粉(Nb)；
反应方程式：3Nb+6AlB2+3K2TiF6+4Al→3NbB2+3TiB2+6KF+4AlF3；
反应杂质：KAlF4、K3AlF6、2KF及2AlF3等硼盐和钛盐杂质，以及反应不完全的原材料等。
以反应方案NbB2和NbAl3铝基复合材料制备为例。
原材料：二硼化铝(AlB2)、铌粉(Nb)；
反应方程式：2Nb+AlB2+2Al→NbB2+NbAl3。
反应杂质：三氧化二铝等氧化物及反应不完全的原材料等。
针对上述反应方案而言，目前采用的传统方法是从上至下添加原材料，加料过程中会卷入大量气体，增加复合材料熔体的气体含量，而气体容易吸附颗粒聚集，导致颗粒分布不均；同时，长时间暴露在大气环境下，原材料和熔体表面氧化严重，使得复合材料中氧化膜含量增加，降低复合材料的产品质量和性能。
因此，如何减少复合材料制备过程中的原材料氧化，促进原材料充分反应，减少反应杂质，提高复合材料的产品质量和材料性能是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合材料制备装置，该复合材料制备装置能够减少复合材料制备过程中的原材料氧化，促进原材料充分反应，减少反应杂质，提高复合材料的产品质量和材料性能。本发明的另一目的是提供一种应用了该复合材料制备装置的复合材料制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种复合材料制备装置，包括熔炼炉和位于所述熔炼炉一侧的辅助炉，所述熔炼炉的中部具有坩埚，所述坩埚的底部内壁为球面壁，所述熔炼炉的底部设置有连通于所述坩埚的底部与所述辅助炉的底部之间的导料滑槽，所述坩埚与所述辅助炉通过所述导料滑槽相连通形成连通器机构，所述坩埚的内腔的底部设置有与所述导料滑槽对位配合的炉内支架，所述炉内支架的顶部具有能够承载包覆有铝箔纸的原料粉末的载料平台，所述炉内支架为中空结构，且其外周壁上具有若干过滤孔；
所述熔炼炉的顶部设置有自上而下与所述坩埚插装适配的炉盖，所述炉盖上设置有与外部氩气供给装置连通的减压阀，所述炉盖内具有沿气流方向连通于所述减压阀下游的进气道以及沿气流方向连通于所述坩埚下游的排气道，所述进气道的出口端与所述坩埚的底部内壁连通配合；
所述炉盖的中部具有搅拌腔，所述搅拌腔内升降设置有搅拌装置，所述炉盖的顶部还设置有驱动所述搅拌装置运行的电机和旋转传动组件，所述炉盖的底部具有与所述进气道的出口端、所述排气道的入口端以及所述搅拌腔配合的炉内挡板，所述炉内挡板上具有若干沿其周向和径向排布的排气槽，所述搅拌腔与所述坩埚通过各所述排气槽相连通；
所述辅助炉的底部设置有与所述导料滑槽对位连通适配的尾端滤网，所述导料滑槽的末端开闭设置有与外部环境连通的排渣口，所述排渣口位于所述辅助炉的下方，所述导料滑槽的中部开闭设置有保温挡板，所述保温挡板沿物料输送方向位于所述辅助炉及所述排渣口的上游。
优选地，所述搅拌装置包括轴线沿竖直方向延伸的转轴、同轴转动设置于所述转轴中部的上叶片转子和同轴转动设置于所述转轴底端的下叶片转子，所述上叶片转子的直径大于所述下叶片转子的直径，且所述上叶片转子与所述下叶片转子沿竖直方向间隙配合。
优选地，所述转轴的中部设置有沿其径向延伸的搅拌支臂，所述搅拌支臂的外端及所述转轴的中部均设置有辅助搅拌器，各所述辅助搅拌器均沿竖直方向位于所述上叶片转子与所述下叶片转子之间。
优选地，所述熔炼炉的外部设置有能够带动所述炉盖升降和平移的炉外支架。
优选地，所述导料滑槽与所述坩埚连通的槽口处设置有首端滤网。
优选地，所述坩埚的底部内壁上具有若干沿所述坩埚的周向延伸的环形槽，各所述环形槽沿所述坩埚的轴向排布，且各所述环形槽沿所述坩埚的轴向的宽度不等。
优选地，所述排气道至少为4个，且各所述排气道沿所述坩埚的周向等距均布。
优选地，所述炉内支架为自上而下外径递增的锥形支架。
本发明还提供一种复合材料制备方法，采用了如上文所述的复合材料制备装置，包括步骤：
S101，关闭保温挡板，使铝合金熔体在坩埚中保持熔融状态，此时铝合金熔体的温度为680℃～700℃；
S102，将制备反应所需的原料粉末用铝箔纸包裹住后连同可移动支架一起放入熔融的铝合金中，并保证原料粉末平稳放置于载料平台上；
S103，开启减压阀，通过减压阀和进气道向坩埚内通入氩气，同时关闭排气道，由进气道送入坩埚内的氩气沿着坩埚底部的球面内壁吹向位于载料平台上的反应原料，形成自下而上的卷流，同时将搅拌装置缓慢下降至坩埚内的铝合金熔体表面以下，启动搅拌装置以剧烈搅动反应原料，使铝合金熔体内部形成稳定的旋涡，并保持铝合金熔体温度为750℃～770℃；
S104，氩气通入一定量后，造成炉内压力增大，此时开启排气道实施排气，反应时间23min-34min后，开启保温档板，坩埚中的铝合金熔体温度保持在750℃～770℃，保温静置15min，从辅助炉中取出铝基复合材料铝熔体，陶瓷颗粒增强铝基复合材料熔体制备完成；
S105，陶瓷颗粒增强铝基复合材料熔体制备完成后，将炉盖由熔炼炉内移出，将炉盖内壁上附着的反应原材料、氧化物及废气物等渣滓去除，并将炉盖清洗干净；同时把炉内支架取出，并清洗干净；开启排渣口，通过排渣口将导料滑槽内的料渣排出，并将排渣口处的渣滓清理干净；更换尾端滤网，等待下一次制备反应的实施。
相对上述背景技术，本发明所提供的复合材料制备装置，其工作运行过程中，实施复合材料制备时，先关闭保温挡板，使铝合金熔体在坩埚中保持熔融状态，之后将制备反应所需的原料粉末用铝箔纸包裹住后连同可移动支架一起放入熔融的铝合金中，并保证各装有原料粉末的铝箔纸包平稳放置于载料平台上；之后开启减压阀，通过减压阀和进气道向坩埚内通入氩气，同时关闭排气道，由进气道送入坩埚内的氩气沿着坩埚底部的球面内壁吹向位于载料平台上的反应原料，形成自下而上的卷流，同时将搅拌装置缓慢下降至坩埚内的铝合金熔体表面以下，启动搅拌装置以剧烈搅动反应原料，使铝合金熔体内部形成稳定的旋涡；待氩气通入一定量后，造成炉内压力增大，此时开启排气道实施排气，反应一段时间后，开启保温档板，坩埚中的铝合金熔体保温静置一段时间，坩埚中的铝合金熔体经由炉内支架的各过滤孔初步过滤后，在坩埚与辅助炉间的连通器机构原理作用下，经由导料滑槽由坩埚通入辅助炉内，之后可从辅助炉中取出铝基复合材料铝熔体，陶瓷颗粒增强铝基复合材料熔体制备完成；待上述陶瓷颗粒增强铝基复合材料熔体制备完成后，将炉盖由熔炼炉内移出，将炉盖内壁上附着的反应原材料、氧化物及废气物等渣滓去除，并将炉盖清洗干净；同时把炉内支架取出，并清洗干净；开启排渣口，通过排渣口将导料滑槽内的料渣排出，并将排渣口处的渣滓清理干净；更换尾端滤网，等待下一次制备反应的实施。所述复合材料制备装置操作使用过程中，利用铝箔纸将原料粉末充分包覆，并将炉内支架连同置于其上的原料一并预先放入坩埚内的铝合金熔体中，有效避免了制备工艺实施前的加料过程中的原料氧化现象，同时，利用进气道将送入坩埚内的氩气导引至坩埚底部，使氩气沿坩埚底部内壁的球面结构自下而上吹向位于炉内支架上的原料，形成向上的卷流，由此不仅可以促进原料充分反应，还能够有效避免反应物氧化和其他杂质的产生，进一步优化复合材料制备的工艺效果，提高制备所得的复合材料的产品质量和材料性能。
在本发明所提供的复合材料制备方法中，通过依次进行的各操作步骤，利用铝箔纸将原料充分包裹后预先置入铝合金熔体中，有效避免了工艺反应实施之前原料因与大气环境长时间接触而导致的氧化现象，促进了原料的充分反应，工艺实施过程中，利用搅拌装置的辅助配合，进一步促进原料的充分反应，同时利用炉内支架及尾端滤网的协同配合，实现对反应后形成的铝基复合材料熔融体的多级过滤，进一步保证了最终的陶瓷颗粒增强铝基复合材料熔体的制备效果和产品质量，并使其材料性能得以相应提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具体实施方式所提供的复合材料制备装置的装配结构正视图；
图2为图1的侧视图；
图3为图1的俯视图；
图4为图1的后剖图；
图5为图4中搅拌装置的正视图；
图6为图5的侧视图；
图7为图5的俯视图；
图8为图4中炉盖的正剖图；
图9为本发明一种具体实施方式所提供的复合材料制备方法的步骤S101对应的装置结构布局示意图；
图10为本发明一种具体实施方式所提供的复合材料制备方法的步骤S102对应的装置结构布局示意图；
图11为本发明一种具体实施方式所提供的复合材料制备方法的步骤S103对应的装置结构布局示意图；
图12为本发明一种具体实施方式所提供的复合材料制备方法的步骤S104对应的装置结构布局示意图；
图13为本发明一种具体实施方式所提供的复合材料制备方法的步骤S105对应的装置结构布局示意图。
其中，
11-熔炼炉；111-坩埚；112-炉内支架；113-载料平台；12-辅助炉；121-尾端滤网；13-导料滑槽；131-排渣口；132-保温挡板；133-首端滤网；14-炉盖；141-减压阀；142-进气道；143-排气道；144-搅拌腔；145-炉内挡板；146-排气槽；147-环形槽；15-搅拌装置；151-转轴；152-上叶片转子；153-下叶片转子；154-搅拌支臂；155-辅助搅拌器；156-电机；157-旋转传动组件；16-炉外支架；21-原料；22-铝合金熔体。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种复合材料制备装置，该复合材料制备装置能够减少复合材料制备过程中的原材料氧化，促进原材料充分反应，减少反应杂质，提高复合材料的产品质量和材料性能；同时，提供一种应用了该复合材料制备装置的复合材料制备方法。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请重点参考图1至图8，并请结合参考图9至图13。
在具体实施方式中，本发明所提供的复合材料制备装置，包括熔炼炉11和位于熔炼炉11一侧的辅助炉12，熔炼炉11的中部具有坩埚111，坩埚111的底部内壁为球面壁，熔炼炉11的底部设置有连通于坩埚111的底部与辅助炉12的底部之间的导料滑槽13，坩埚111与辅助炉12通过导料滑槽13相连通形成连通器机构，坩埚111的内腔的底部设置有与导料滑槽13对位配合的炉内支架112，炉内支架112的顶部具有能够承载包覆有铝箔纸的原料21粉末的载料平台113，炉内支架112为中空结构，且其外周壁上具有若干过滤孔；熔炼炉11的顶部设置有自上而下与坩埚111插装适配的炉盖14，炉盖14上设置有与外部氩气供给装置连通的减压阀141，炉盖14内具有沿气流方向连通于减压阀141下游的进气道142以及沿气流方向连通于坩埚111下游的排气道143，进气道142的出口端与坩埚111的底部内壁连通配合；炉盖14的中部具有搅拌腔144，搅拌腔144内升降设置有搅拌装置15，炉盖14的顶部还设置有驱动搅拌装置15运行的电机156和旋转传动组件157，炉盖14的底部具有与进气道142的出口端、排气道143的入口端以及搅拌腔144配合的炉内挡板145，炉内挡板145上具有若干沿其周向和径向排布的排气槽146，搅拌腔144与坩埚111通过各排气槽146相连通；辅助炉12的底部设置有与导料滑槽13对位连通适配的尾端滤网121，导料滑槽13的末端开闭设置有与外部环境连通的排渣口131，排渣口131位于辅助炉12的下方，导料滑槽13的中部开闭设置有保温挡板132，保温挡板132沿物料输送方向位于辅助炉12及排渣口131的上游。
工作运行过程中，实施复合材料制备时，先关闭保温挡板132，使铝合金熔体22在坩埚111中保持熔融状态，之后将制备反应所需的原料21粉末用铝箔纸包裹住后连同可移动支架一起放入熔融的铝合金中，并保证各装有原料21粉末的铝箔纸包平稳放置于载料平台113上；之后开启减压阀141，通过减压阀141和进气道142向坩埚111内通入氩气，同时关闭排气道143，由进气道142送入坩埚111内的氩气沿着坩埚111底部的球面内壁吹向位于载料平台113上的反应原料21，形成自下而上的卷流，同时将搅拌装置15缓慢下降至坩埚111内的铝合金熔体22表面以下，启动搅拌装置15以剧烈搅动反应原料21，使铝合金熔体22内部形成稳定的旋涡；待氩气通入一定量后，造成炉内压力增大，此时开启排气道143实施排气，反应一段时间后，开启保温档板，坩埚111中的铝合金熔体22保温静置一段时间，坩埚111中的铝合金熔体22经由炉内支架112的各过滤孔初步过滤后，在坩埚111与辅助炉12间的连通器机构原理作用下，经由导料滑槽13由坩埚111通入辅助炉12内，之后可从辅助炉12中取出铝基复合材料铝熔体，陶瓷颗粒增强铝基复合材料熔体制备完成；待上述陶瓷颗粒增强铝基复合材料熔体制备完成后，将炉盖14由熔炼炉11内移出，将炉盖14内壁上附着的反应原材料、氧化物及废气物等渣滓去除，并将炉盖14清洗干净；同时把炉内支架112取出，并清洗干净；开启排渣口131，通过排渣口131将导料滑槽13内的料渣排出，并将排渣口131处的渣滓清理干净；更换尾端滤网121，等待下一次制备反应的实施。所述复合材料制备装置操作使用过程中，利用铝箔纸将原料21粉末充分包覆，并将炉内支架112连同置于其上的原料21一并预先放入坩埚111内的铝合金熔体22中，有效避免了制备工艺实施前的加料过程中的原料21氧化现象，同时，利用进气道142将送入坩埚111内的氩气导引至坩埚111底部，使氩气沿坩埚111底部内壁的球面结构自下而上吹向位于炉内支架112上的原料21，形成向上的卷流，由此不仅可以促进原料21充分反应，还能够有效避免反应物氧化和其他杂质的产生，进一步优化复合材料制备的工艺效果，提高制备所得的复合材料的产品质量和材料性能。
需要说明的是，实际应用中，炉内支架112为自上而下外径递增的锥形支架。该锥形结构有助于进一步优化炉内支架112的应力分布及其承重性能，保证炉内支架112结构稳定可靠，从而保证放置于载料平台113上的原料21更加平稳。当然，炉内支架112的具体结构和形状并不局限于此，工作人员可以依据实际工况需求灵活选择和调整，原则上，只要是能够满足所述复合材料制备装置的实际应用需要均可。
具体来说，实际应用中，坩埚111优选为石墨碳化硅坩埚111，以满足高温处理环境的工艺需求，当然，工作人员也可以依据实际工况需求灵活选择和调整坩埚111的具体材质，原则上，只要是能够满足所述复合材料制备装置的实际应用需要均可。
进一步地，熔炼炉11的外部设置有能够带动炉盖14升降和平移的炉外支架16。制备工艺实施前，炉盖14不与熔炼炉11对位扣合，以便将铝箔纸包覆的原料21置入坩埚111内，工艺实施前的准备工作完毕后，可由炉外支架16通过摆臂等动作组件带动炉盖14移动至熔炼炉11对位处，再将炉盖14适度下移以便使炉盖14与坩埚111对位扣合；单次制备工艺实施完毕后，可通过炉外支架16将炉盖14由熔炼炉11上移开，以便对炉盖14及坩埚111等主要功能组件实施清洗和检修维护作业，以便后续工艺实施之用。
相应地，能够带动搅拌装置15往复升降的驱动机构可以是集成于炉盖14主体结构上的升降机构，也可以是集成设置于炉外支架16上的升降机构，工作人员可以依据实际工况需求并结合安装空间等因素灵活选择和调整，原则上，只要是能够满足所述复合材料制备装置的实际应用需要均可。
请着重参考图5至图7。
具体地，搅拌装置15包括轴线沿竖直方向延伸的转轴151、同轴转动设置于转轴151中部的上叶片转子152和同轴转动设置于转轴151底端的下叶片转子153，上叶片转子152的直径大于下叶片转子153的直径，且上叶片转子152与下叶片转子153沿竖直方向间隙配合。工艺实施过程中，由于陶瓷颗粒的密度大于铝合金，故而陶瓷颗粒易自发发生聚集沉降，有鉴于此，在设备运行过程中，通过具有较大直径的上叶片转子152与具有较小直径的下叶片转子153同轴转动并协同配合，能够带动陶瓷颗粒在搅拌过程中始终处于悬浮状态，克服陶瓷颗粒聚集沉降引起的颗粒长大，使陶瓷颗粒充分参与反应，细化颗粒尺寸，从而既能够在轴向吸入颗粒和使颗粒悬浮，又能够在径向和周向带动颗粒运动，既能使颗粒细化，又能使原材料充分反应，优化工艺效果。
更具体地，转轴151的中部设置有沿其径向延伸的搅拌支臂154，搅拌支臂154的外端及转轴151的中部均设置有辅助搅拌器155，各辅助搅拌器155均沿竖直方向位于上叶片转子152与下叶片转子153之间。各辅助搅拌器155可以是套装在转轴151或搅拌支臂154上的、具有沿辅助搅拌器155自身周向设置的若干搅拌斜齿的转动组件，利用各辅助搅拌器155与上叶片转子152和下叶片转子153协同配合，能够进一步优化坩埚111内熔融态物料的搅拌效果，使陶瓷颗粒在铝合金熔体22内的分布更加均匀，反应更加充分，产品制备效果和材料性能得以进一步提高。
另一方面，导料滑槽13与坩埚111连通的槽口处设置有首端滤网133。炉内支架112、首端滤网133及尾端滤网121沿物料输送方向依次布置并协同配合，形成三级过滤机构，从而能够大幅优化坩埚111内反应后形成的陶瓷颗粒增强铝基复合材料熔融体的过滤效果，将混合于熔融体内的杂质滤除，保证输送至辅助炉12内的陶瓷颗粒增强铝基复合材料熔体更加纯净，从而进一步提高制备得到的产品质量和材料性能。
请着重参考图8。
另外，搅拌腔144的底部内壁上具有若干沿搅拌腔144的周向延伸的环形槽147，各环形槽147沿搅拌腔144的轴向排布，且各环形槽147沿搅拌腔144的轴向的宽度不等。这些宽度尺寸不一的环形槽147依次排布形成波纹条结构，易于吸附工艺实施过程中反应不完全的原材料及反应残留物等，以便每次工艺反应完毕后能够快速高效地对这些附着物进行清理，避免后续工艺过程中合金熔体受到污染，保证工艺效果和产品质量。
此外，排气道143至少为4个，且各排气道143沿坩埚111的周向等距均布。多个排气道143沿周向均布的结构，有助于进一步优化坩埚111内部气体排放效率，保证坩埚111内部各个位置处的气体均能够被同步高效排出，避免局部气体淤积和排放不畅，保证所述复合材料制备装置的整体工作效率。
请着重参考图9至图13。
在具体实施方式中，本发明一种具体实施方式中所提供的复合材料制备方法，采用了如上文所述的复合材料制备装置，包括：
步骤S101，关闭保温挡板132，使铝合金熔体22在坩埚111中保持熔融状态，此时铝合金熔体22的温度为680℃～700℃。
步骤S102，将制备反应所需的原料21粉末用铝箔纸包裹住后连同可移动支架一起放入熔融的铝合金中，并保证装有原料21粉末的铝箔纸包平稳放置于载料平台113上。
步骤S103，开启减压阀141，通过减压阀141和进气道142向坩埚111内通入氩气，同时关闭排气道143，由进气道142送入坩埚111内的氩气沿着坩埚111底部的球面内壁吹向位于载料平台113上的反应原料21，形成自下而上的卷流，同时将搅拌装置15缓慢下降至坩埚111内的铝合金熔体22表面以下，启动搅拌装置15以剧烈搅动反应原料21，使铝合金熔体22内部形成稳定的旋涡，并保持铝合金熔体22温度为750℃～770℃。
在此期间，搅拌装置15的转动和升降作业相关驱动机构需要保持开启，将搅拌装置15下降至距离炉内支架112的顶部5mm处，同时调节搅拌速度，促进增强颗粒在铝合金熔体22中分布均匀，之后如此反复3次以上，并同步调节搅拌速度，促进增强颗粒在铝合金熔体22中分布均匀并反应完全。
步骤S104，氩气通入一定量后，造成炉内压力增大，此时开启排气道143实施排气，反应时间23min-34min后，开启保温档板，坩埚111中的铝合金熔体22温度保持在750℃～770℃，保温静置15min，从辅助炉12中取出铝基复合材料铝熔体，陶瓷颗粒增强铝基复合材料熔体制备完成。
步骤S105，陶瓷颗粒增强铝基复合材料熔体制备完成后，将炉盖14由熔炼炉11内移出，将炉盖14内壁上附着的反应原材料、氧化物及废气物等渣滓去除，并将炉盖14清洗干净；同时把炉内支架112取出，并清洗干净；开启排渣口131，通过排渣口131将导料滑槽13内的料渣排出，并将排渣口131处的渣滓清理干净；更换尾端滤网121，等待下一次制备反应的实施。
综上可知，本发明中提供的复合材料制备装置，其工作运行过程中，实施复合材料制备时，先关闭保温挡板，使铝合金熔体在坩埚中保持熔融状态，之后将制备反应所需的原料粉末用铝箔纸包裹住后连同可移动支架一起放入熔融的铝合金中，并保证各装有原料粉末的铝箔纸包平稳放置于载料平台上；之后开启减压阀，通过减压阀和进气道向坩埚内通入氩气，同时关闭排气道，由进气道送入坩埚内的氩气沿着坩埚底部的球面内壁吹向位于载料平台上的反应原料，形成自下而上的卷流，同时将搅拌装置缓慢下降至坩埚内的铝合金熔体表面以下，启动搅拌装置以剧烈搅动反应原料，使铝合金熔体内部形成稳定的旋涡；待氩气通入一定量后，造成炉内压力增大，此时开启排气道实施排气，反应一段时间后，开启保温档板，坩埚中的铝合金熔体保温静置一段时间，坩埚中的铝合金熔体经由炉内支架的各过滤孔初步过滤后，在坩埚与辅助炉间的连通器机构原理作用下，经由导料滑槽由坩埚通入辅助炉内，之后可从辅助炉中取出铝基复合材料铝熔体，陶瓷颗粒增强铝基复合材料熔体制备完成；待上述陶瓷颗粒增强铝基复合材料熔体制备完成后，将炉盖由熔炼炉内移出，将炉盖内壁上附着的反应原材料、氧化物及废气物等渣滓去除，并将炉盖清洗干净；同时把炉内支架取出，并清洗干净；开启排渣口，通过排渣口将导料滑槽内的料渣排出，并将排渣口处的渣滓清理干净；更换尾端滤网，等待下一次制备反应的实施。所述复合材料制备装置操作使用过程中，利用铝箔纸将原料粉末充分包覆，并将炉内支架连同置于其上的原料一并预先放入坩埚内的铝合金熔体中，有效避免了制备工艺实施前的加料过程中的原料氧化现象，同时，利用进气道将送入坩埚内的氩气导引至坩埚底部，使氩气沿坩埚底部内壁的球面结构自下而上吹向位于炉内支架上的原料，形成向上的卷流，由此不仅可以促进原料充分反应，还能够有效避免反应物氧化和其他杂质的产生，进一步优化复合材料制备的工艺效果，提高制备所得的复合材料的产品质量和材料性能。
此外，本发明提供的采用了该复合材料制备装置的复合材料制备方法，其通过依次进行的各操作步骤，利用铝箔纸将原料充分包裹后预先置入铝合金熔体中，有效避免了工艺反应实施之前原料因与大气环境长时间接触而导致的氧化现象，促进了原料的充分反应，工艺实施过程中，利用搅拌装置的辅助配合，进一步促进原料的充分反应，同时利用炉内支架及尾端滤网的协同配合，实现对反应后形成的铝基复合材料熔融体的多级过滤，进一步保证了最终的陶瓷颗粒增强铝基复合材料熔体的制备效果和产品质量，并使其材料性能得以相应提高。
以上对本发明所提供的复合材料制备装置以及应用了该复合材料制备装置的复合材料制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种复合材料制备装置，其特征在于，包括熔炼炉和位于所述熔炼炉一侧的辅助炉，所述熔炼炉的中部具有坩埚，所述坩埚的底部内壁为球面壁，所述熔炼炉的底部设置有连通于所述坩埚的底部与所述辅助炉的底部之间的导料滑槽，所述坩埚与所述辅助炉通过所述导料滑槽相连通形成连通器机构，所述坩埚的内腔的底部设置有与所述导料滑槽对位配合的炉内支架，所述炉内支架的顶部具有能够承载包覆有铝箔纸的原料粉末的载料平台，所述炉内支架为中空结构，且其外周壁上具有若干过滤孔；
所述熔炼炉的顶部设置有自上而下与所述坩埚插装适配的炉盖，所述炉盖上设置有与外部氩气供给装置连通的减压阀，所述炉盖内具有沿气流方向连通于所述减压阀下游的进气道以及沿气流方向连通于所述坩埚下游的排气道，所述进气道的出口端与所述坩埚的底部内壁连通配合；
所述炉盖的中部具有搅拌腔，所述搅拌腔内升降设置有搅拌装置，所述炉盖的顶部还设置有驱动所述搅拌装置运行的电机和旋转传动组件，所述炉盖的底部具有与所述进气道的出口端、所述排气道的入口端以及所述搅拌腔配合的炉内挡板，所述炉内挡板上具有若干沿其周向和径向排布的排气槽，所述搅拌腔与所述坩埚通过各所述排气槽相连通；
所述辅助炉的底部设置有与所述导料滑槽对位连通适配的尾端滤网，所述导料滑槽的末端开闭设置有与外部环境连通的排渣口，所述排渣口位于所述辅助炉的下方，所述导料滑槽的中部开闭设置有保温挡板，所述保温挡板沿物料输送方向位于所述辅助炉及所述排渣口的上游。
2.如权利要求1所述的复合材料制备装置，其特征在于，所述搅拌装置包括轴线沿竖直方向延伸的转轴、同轴转动设置于所述转轴中部的上叶片转子和同轴转动设置于所述转轴底端的下叶片转子，所述上叶片转子的直径大于所述下叶片转子的直径，且所述上叶片转子与所述下叶片转子沿竖直方向间隙配合。
3.如权利要求2所述的复合材料制备装置，其特征在于，所述转轴的中部设置有沿其径向延伸的搅拌支臂，所述搅拌支臂的外端及所述转轴的中部均设置有辅助搅拌器，各所述辅助搅拌器均沿竖直方向位于所述上叶片转子与所述下叶片转子之间。
4.如权利要求1所述的复合材料制备装置，其特征在于，所述熔炼炉的外部设置有能够带动所述炉盖升降和平移的炉外支架。
5.如权利要求1所述的复合材料制备装置，其特征在于，所述导料滑槽与所述坩埚连通的槽口处设置有首端滤网。
6.如权利要求1所述的复合材料制备装置，其特征在于，所述搅拌腔的底部内壁上具有若干沿所述搅拌腔的周向延伸的环形槽，各所述环形槽沿所述搅拌腔的轴向排布，且各所述环形槽沿所述搅拌腔的轴向的宽度不等。
7.如权利要求1所述的复合材料制备装置，其特征在于，所述排气道至少为4个，且各所述排气道沿所述坩埚的周向等距均布。
8.如权利要求1所述的复合材料制备装置，其特征在于，所述炉内支架为自上而下外径递增的锥形支架。
9.一种复合材料制备方法，采用了如权利要求1至8中任一项所述的复合材料制备装置，其特征在于，包括步骤：
S101，关闭保温挡板，使铝合金熔体在坩埚中保持熔融状态，此时铝合金熔体的温度为680℃～700℃；
S102，将制备反应所需的原料粉末用铝箔纸包裹住后连同可移动支架一起放入熔融的铝合金中，并保证装有原料粉末的铝箔纸包平稳放置于载料平台上；
S103，开启减压阀，通过减压阀和进气道向坩埚内通入氩气，同时关闭排气道，由进气道送入坩埚内的氩气沿着坩埚底部的球面内壁吹向位于载料平台上的反应原料，形成自下而上的卷流，同时将搅拌装置缓慢下降至坩埚内的铝合金熔体表面以下，启动搅拌装置以剧烈搅动反应原料，使铝合金熔体内部形成稳定的旋涡，并保持铝合金熔体温度为750℃～770℃；
S104，氩气通入一定量后，造成炉内压力增大，此时开启排气道实施排气，反应时间23min-34min后，开启保温档板，坩埚中的铝合金熔体温度保持在750℃～770℃，保温静置15min，从辅助炉中取出铝基复合材料铝熔体，陶瓷颗粒增强铝基复合材料熔体制备完成；
S105，陶瓷颗粒增强铝基复合材料熔体制备完成后，将炉盖由熔炼炉内移出，将炉盖内壁上附着的反应原材料、氧化物及废气物等渣滓去除，并将炉盖清洗干净；同时把炉内支架取出，并清洗干净；开启排渣口，通过排渣口将导料滑槽内的料渣排出，并将排渣口处的渣滓清理干净；更换尾端滤网，等待下一次制备反应的实施。
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