CN205676526U - 一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，包括底座、密闭容器、搅拌杆和超声波探头，密闭容器包括外壳和顶盖，外壳安装在底座上，外壳内设有炉膛，炉膛内侧设有电炉丝，炉膛内设有金属坩埚，顶盖顶部固定有导向壳，导向壳内设有安装座，导向壳上穿设有丝杠，丝杠下端与安装座螺纹连接，超声波探头上端安装在安装座上，安装座上还安装有搅拌电机，搅拌杆上端与搅拌电机输出轴固连，搅拌杆和超声波探头的下部均位于金属坩埚内，外壳底部安装有漏料缸筒，漏料缸筒上端与金属坩埚连通，外壳侧部安装有滑动片。本实用新型能使陶瓷颗粒在金属基体中均匀分散，实现了两者在微米级乃至纳米级的均匀混合，防止金属基体吸气氧化。

Description

一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置

技术领域

本实用新型涉及一种复合材料制备装置，尤其是涉及一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置。

背景技术

陶瓷颗粒增强金属基复合材料具有密度小、比强度高、比模量大等特点，且力学性能和物理性能优良，回收性能、切削加工性能、耐磨性能和耐高温性能均较好，因此被广泛应用于新兴技术领域。

目前，制备铜合金、铝合金、锌合金、镁合金等半固态金属浆料或坯料通常采用机械搅拌装置。由于陶瓷颗粒和金属基体间相容性较差，单一的机械搅拌法制备的陶瓷颗粒增强金属基复合材料通常存在混合不均匀的现象，陶瓷颗粒易产生毫米级团聚现象，而且易形成缩松或气孔，从而使复合材料的物理、化学及力学性能会受到很大影响，严重制约了陶瓷增强金属基复合材料的应用与发展。

超声波作用于金属熔体时，熔体内局部出现拉应力而形成负压，压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和，而从液体逸出，产生大量小气泡，这种效应称为空化。利用超声波震荡产生的空化效应可以使机械搅拌制备的复合材料中的相邻团聚体之间产生有力撞击，从而实现对复合材料微米级乃至纳米级的均匀混合，使陶瓷颗粒在金属基体中分散均匀。

为此，设计一种基于机械搅拌和超声波震荡复合效应的陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置是十分必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其结构简单、设计合理、操作方便且使用安全可靠，通过机械搅拌和超声波震荡的协同效应，能有效使陶瓷颗粒在金属基体中均匀分散，实现了陶瓷颗粒与金属基熔体在微米级乃至纳米级的均匀混合，同时防止金属基体吸气氧化，消除缩松和气孔现象，有利于连续作业。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：包括底座、密闭容器、搅拌杆和超声波探头，所述密闭容器包括外壳和顶盖，所述顶盖设置在外壳的上方且与外壳固定连接，所述外壳固定安装在底座上，所述外壳内设置有炉膛，所述炉膛的内侧设置有电炉丝，所述炉膛内设置有金属坩埚，所述顶盖的顶部固定有导向壳，所述导向壳内设置有安装座，所述导向壳上穿设有丝杠，所述丝杠的下端与安装座螺纹连接且丝杠带动安装座能够沿着导向壳的内壁上下滑动，所述超声波探头的上端安装在安装座上，所述安装座上还安装有搅拌电机，所述搅拌杆的上端与搅拌电机的输出轴固定连接，所述搅拌杆的下部和超声波探头的下部均位于金属坩埚内，所述外壳的底部安装有漏料缸筒，所述漏料缸筒的上端与金属坩埚连通，所述外壳的侧部安装有用于启闭漏料缸筒的滑动片。

上述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述外壳上安装有用于带动顶盖上下移动的外壳移动驱动机构，所述外壳移动驱动机构包括千斤顶和升降连杆，所述千斤顶的活塞杆与升降连杆的一端连接，所述升降连杆的另一端与顶盖连接，所述千斤顶安装在外壳的左侧壁上。

上述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述顶盖的顶部通过螺钉和第一销钉固定有密封座，所述密封座位于安装座内，所述搅拌杆和超声波探头均穿过密封座和顶盖，所述搅拌杆与密封座之间设置有第一密封垫，所述超声波探头与密封座之间设置有第二密封垫，所述搅拌杆与顶盖之间设置有第一唇型密封圈，所述超声波探头与顶盖之间设置有第二唇型密封圈。

上述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述外壳上安装有漏料气缸，所述漏料气缸的活塞杆与滑动片连接。

上述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述外壳上安装有对金属坩埚抽真空的抽真空接口和用于测量金属坩埚内压力的压力表。

上述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述外壳为空心结构，所述外壳的下部设置有进水口，所述外壳的上部设置有出水口。

上述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述外壳上安装有热电偶座，所述热电偶座上安装有用于测量炉膛内温度的热电偶。

上述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述外壳上安装有电极密封座，所述电炉丝的两端均连接有电极片，所述电极片的中部设置有密封绝缘套筒，所述电极片安装在电极密封座上。

上述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述外壳与炉膛之间设置有碳毡保温层，所述外壳的上端设置有保温盖板，所述保温盖板与金属坩埚紧密接触。

上述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述外壳通过第一螺栓和第二销钉固定安装在底座上，所述顶盖通过第二螺栓与外壳固定连接。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型结构简单、设计合理且使用安全可靠。

2、本实用新型通过机械搅拌和超声波震荡的协同效应，机械搅拌可以实现宏观上陶瓷颗粒在金属基熔体中的分散，超声波震荡可以解决陶瓷颗粒的团聚问题，能有效使陶瓷颗粒在金属基体中均匀分散，既能实现陶瓷颗粒的宏观混合，又实现了陶瓷颗粒与金属基熔体在微米级乃至纳米级的均匀混合。

3、本实用新型在外壳上安装有对金属坩埚抽真空的抽真空接口，可以防止金属基体吸气氧化，消除缩松和气孔现象，有利于连续作业。

4、本实用新型在使用时，通过转动丝杠可以实现搅拌杆和超声波探头的上下移动，通过操作千斤顶使得顶盖升起，通过操作漏料气缸使得滑动片移动，操作方便，使用安全可靠。

下面通过附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型密封座和顶盖的位置关系示意图。

图3为本实用新型外壳、电炉丝、电极片和密封绝缘套筒的位置关系示意图。

附图标记说明:

1—丝杠； 2—导向壳； 3—安装座；

4—密封座； 5—顶盖； 6—第二螺栓；

7—出水口； 8—压力表； 9—碳毡保温层；

10—抽真空接口； 11—超声波探头； 12—外壳；

13—滑动片； 14—漏料气缸； 15—第一螺栓；

16—底座； 17—漏料缸筒； 18—第二销钉；

19—进水口； 20—炉膛； 21—电极密封座；

22—千斤顶； 23—热电偶座； 24—电炉丝；

25—金属坩埚； 26—搅拌杆； 27—升降连杆；

28—保温盖板； 29—搅拌电机； 30—螺钉；

31-1—第一密封垫； 31-2—第二密封垫； 32—第一销钉；

33-1—第一唇型密封圈； 33-2—第二唇型密封圈； 34—电极片；

35—热电偶； 36—密封绝缘套筒。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括底座16、密闭容器、搅拌杆26和超声波探头11，所述密闭容器包括外壳12和顶盖5，所述顶盖5设置在外壳12的上方且与外壳12固定连接，所述外壳12固定安装在底座16上，所述外壳12内设置有炉膛20，所述炉膛20的内侧设置有电炉丝24，所述炉膛20内设置有金属坩埚25，所述顶盖5的顶部固定有导向壳2，所述导向壳2内设置有安装座3，所述导向壳2上穿设有丝杠1，所述丝杠1的下端与安装座3螺纹连接且丝杠1带动安装座3能够沿着导向壳2的内壁上下滑动，所述超声波探头11的上端安装在安装座3上，所述安装座3上还安装有搅拌电机29，所述搅拌杆26的上端与搅拌电机29的输出轴固定连接，所述搅拌杆26的下部和超声波探头11的下部均位于金属坩埚25内，所述外壳12的底部安装有漏料缸筒17，所述漏料缸筒17的上端与金属坩埚25连通，所述外壳12的侧部安装有用于启闭漏料缸筒17的滑动片13。

如图1所示，所述外壳12上安装有用于带动顶盖5上下移动的外壳移动驱动机构，所述外壳移动驱动机构包括千斤顶22和升降连杆27，所述千斤顶22的活塞杆与升降连杆27的一端连接，所述升降连杆27的另一端与顶盖5连接，所述千斤顶22安装在外壳12的左侧壁上。使用时，操作千斤顶22，可实现顶盖5上下移动。

如图1和图2所示，所述顶盖5的顶部通过螺钉30和第一销钉32固定有密封座4，所述密封座4位于安装座3内，所述搅拌杆26和超声波探头11均穿过密封座4和顶盖5，所述搅拌杆26与密封座4之间设置有第一密封垫31-1，所述超声波探头11与密封座4之间设置有第二密封垫31-2，所述搅拌杆26与顶盖5之间设置有第一唇型密封圈33-1，所述超声波探头11与顶盖5之间设置有第二唇型密封圈33-2。

如图1所示，所述外壳12上安装有漏料气缸14，所述漏料气缸14的活塞杆与滑动片13连接。使用时，操作漏料气缸14，可使滑动片13移动，以实现漏料缸筒17启闭。

如图1所示，所述外壳12上安装有对金属坩埚25抽真空的抽真空接口10和用于测量金属坩埚25内压力的压力表8。

如图1所示，所述外壳12为空心结构，所述外壳12的下部设置有进水口19，所述外壳12的上部设置有出水口7。

如图1所示，所述外壳12上安装有热电偶座23，所述热电偶座23上安装有用于测量炉膛20内温度的热电偶35，热电偶35可实时测量炉膛20内的温度。

如图1和图3所示，所述外壳12上安装有电极密封座21，所述电炉丝24的两端均连接有电极片34，所述电极片34的中部设置有密封绝缘套筒36，所述电极片34安装在电极密封座21上。

如图1所示，所述外壳12与炉膛20之间设置有碳毡保温层9，所述外壳12的上端设置有保温盖板28，所述保温盖板28与金属坩埚25紧密接触。

如图1所示，所述外壳12通过第一螺栓15和第二销钉18固定安装在底座16上，所述顶盖5通过第二螺栓6与外壳12固定连接。

本实用新型的工作原理为：首先通过转动丝杠1使得安装座3上升，则安装座3带动搅拌杆26和超声波探头11均升起；然后松开第二螺栓6，通过操作千斤顶22使得升降连杆27上升，使顶盖5升起，转动顶盖5使其从外壳12上移开，并取出保温盖板28后，将配置好的金属和陶瓷颗粒的混合物一起置于金属坩埚25内；再盖上保温盖板28，将顶盖5复位，并用第二螺栓6紧固。在抽真空接口10处外接真空泵将金属坩埚25抽至真空状态，这时接通电源，设定炉膛20的加热温度、加热时间和保温时间，使电炉丝24通电，对炉膛20和金属坩埚25加热，热电偶35实时测量炉膛20的温度，进而控制电炉丝24通电与否。待金属熔化后，转动丝杠1使搅拌杆26和超声波探头11均下降至浆料中，接通搅拌电机29和超声波探头11的电源，在搅拌杆26的搅拌作用和超声波探头11的震荡效应的综合作用下，使陶瓷颗粒在金属基体中分散均匀。搅拌、震荡一定时间后，切断电炉丝24、搅拌电机29和超声波探头11的电源，在漏料缸筒17的正下方放置成型模具，操作漏料气缸14使滑动片13移动，则复合浆料在重力作用下通过漏料缸筒17流出，进入模具中，实现铸造成型，获得优质的陶瓷颗粒增强金属基复合材料的铸件。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：包括底座(16)、密闭容器、搅拌杆(26)和超声波探头(11)，所述密闭容器包括外壳(12)和顶盖(5)，所述顶盖(5)设置在外壳(12)的上方且与外壳(12)固定连接，所述外壳(12)固定安装在底座(16)上，所述外壳(12)内设置有炉膛(20)，所述炉膛(20)的内侧设置有电炉丝(24)，所述炉膛(20)内设置有金属坩埚(25)，所述顶盖(5)的顶部固定有导向壳(2)，所述导向壳(2)内设置有安装座(3)，所述导向壳(2)上穿设有丝杠(1)，所述丝杠(1)的下端与安装座(3)螺纹连接且丝杠(1)带动安装座(3)能够沿着导向壳(2)的内壁上下滑动，所述超声波探头(11)的上端安装在安装座(3)上，所述安装座(3)上还安装有搅拌电机(29)，所述搅拌杆(26)的上端与搅拌电机(29)的输出轴固定连接，所述搅拌杆(26)的下部和超声波探头(11)的下部均位于金属坩埚(25)内，所述外壳(12)的底部安装有漏料缸筒(17)，所述漏料缸筒(17)的上端与金属坩埚(25)连通，所述外壳(12)的侧部安装有用于启闭漏料缸筒(17)的滑动片(13)。

2.按照权利要求1所述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述外壳(12)上安装有用于带动顶盖(5)上下移动的外壳移动驱动机构，所述外壳移动驱动机构包括千斤顶(22)和升降连杆(27)，所述千斤顶(22)的活塞杆与升降连杆(27)的一端连接，所述升降连杆(27)的另一端与顶盖(5)连接，所述千斤顶(22)安装在外壳(12)的左侧壁上。

3.按照权利要求1或2所述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述顶盖(5)的顶部通过螺钉(30)和第一销钉(32)固定有密封座(4)，所述密封座(4)位于安装座(3)内，所述搅拌杆(26)和超声波探头(11)均穿过密封座(4)和顶盖(5)，所述搅拌杆(26)与密封座(4)之间设置有第一密封垫(31-1)，所述超声波探头(11)与密封座(4)之间设置有第二密封垫(31-2)，所述搅拌杆(26)与顶盖(5)之间设置有第一唇型密封圈(33-1)，所述超声波探头(11)与顶盖(5)之间设置有第二唇型密封圈(33-2)。

4.按照权利要求1或2所述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述外壳(12)上安装有漏料气缸(14)，所述漏料气缸(14)的活塞杆与滑动片(13)连接。

5.按照权利要求1或2所述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述外壳(12)上安装有对金属坩埚(25)抽真空的抽真空接口(10)和用于测量金属坩埚(25)内压力的压力表(8)。

6.按照权利要求1或2所述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述外壳(12)为空心结构，所述外壳(12)的下部设置有进水口(19)，所述外壳(12)的上部设置有出水口(7)。

7.按照权利要求1或2所述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述外壳(12)上安装有热电偶座(23)，所述热电偶座(23)上安装有用于测量炉膛(20)内温度的热电偶(35)。

8.按照权利要求1或2所述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述外壳(12)上安装有电极密封座(21)，所述电炉丝(24)的两端均连接有电极片(34)，所述电极片(34)的中部设置有密封绝缘套筒(36)，所述电极片(34)安装在电极密封座(21)上。

9.按照权利要求1或2所述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述外壳(12)与炉膛(20)之间设置有碳毡保温层(9)，所述外壳(12)的上端设置有保温盖板(28)，所述保温盖板(28)与金属坩埚(25)紧密接触。

10.按照权利要求3所述的一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料制备装置，其特征在于：所述外壳(12)通过第一螺栓(15)和第二销钉(18)固定安装在底座(16)上，所述顶盖(5)通过第二螺栓(6)与外壳(12)固定连接。