CN210908060U - 一种超重力环境下材料定向凝固熔铸的高温加热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超重力环境下材料定向凝固熔铸的高温加热系统。固定于超重力试验舱中，炉体承载体置于下炉体的下腔体隔热层底部，加热腔体置于炉体承载体上，加热腔体外分别和上炉体的上腔体隔热层、中炉体的中腔体隔热层、下炉体的下腔体隔热层之间填充有莫来石保温层；加热腔体分为上下部分，内部加工有螺旋状凹槽并装有发热体；坩埚支撑座内部有一个用于定向凝固冷却气体通入的通气管道。本实用新型配合超重力环境，可加热高转速条件下材料定向凝固熔铸样品，解决了高速旋转状态下定向凝固熔铸加热的关键难题，填补了国内技术行业的空白，且装备简单、操作方便。

Description

一种超重力环境下材料定向凝固熔铸的高温加热系统

技术领域

本实用新型涉及高温加热领域，尤其涉及一种适用于在超重力环境下给材料定向凝固熔铸的样品高温加热。

背景技术

高压涡轮工作叶片作为航空发动机和燃气轮机热端部件关键组成部分之一，服役时长期工作在高温、高压、高转速、交变负载等耦合加载条件下，是发动机中工作条件最恶劣的转动部件，其使用可靠性直接影响整机性能。在高温合金的发展过程中，工艺对高温合金的发展起着很大的推动作用。通常为了提高高温合金的综合力学性能，采用两种途径：其一是加入大量合金化元素，通过合理的热处理工艺使之产生固溶强化、沉淀强化及晶界强化等，从而保证高温合金具有从室温到高温的良好强度、表明稳定性和较好的塑性；其二是从凝固工艺入手，采用定向凝固工艺，制备晶界平行于主应力轴从而消除有害横向晶界的柱状晶高温合金或制备消除所有晶界的单晶高温合金。

定向及单晶叶片由于消除横向晶界或完全消除晶界，晶体沿[001]特定方向生长，提高初熔温度及固溶处理窗口温度，增加γ数量并细化，大幅度提高了性能，提高使用温度。

目前，几乎所有先进航空发动机均采用单晶高温合金。工业上广泛应用的快速凝固法制备单晶合金，其温度梯度只能达到100K/cm左右，凝固速率很低，导致凝固组织粗大，偏析严重，致使材料的性能千里没有得到充分发挥。微重力下的晶体生长，由于重力加速度减小而有效的抑制了重力造成的无规则热质对流，从而获得溶质分布高度均匀的晶体，但由于成本太高，无法工业化。

单晶合金可以通过在超重力环境下进行制备，但现有技术缺少了超重力环境下实现定向凝固的加热系统。

实用新型内容

本实用新型需要解决的是针对上述超重力、高温试验条件下材料定向凝固熔铸过程中样品加热难的问题，高转速-高温耦合环境下材料定向凝固熔铸，提供一种装配简单、使用方便、安全系数高，且可用于超重力工况的高温加热系统，使得超重力下制备单晶合金具有了可能。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型的高温加热系统固定于超重力试验舱中，所述的高温加热系统包括从上到下依次布置连接的上炉体、中炉体、下炉体以及莫来石保温层、上加热腔外体、下加热腔外体、上加热炉管、下加热炉管、坩埚支撑座和发热体；上炉体主要由上隔热盖、上腔体外壳、上腔体中壳、上腔体隔热层、上腔体下固定盖组成，上腔体外壳、上腔体中壳、上腔体隔热层分别从外到内安装形成上炉三层结构，上隔热盖和上腔体下固定盖分别安装于上炉三层结构的上端和下端使得上炉三层结构固定连接，上腔体外壳和上腔体中壳之间以及上腔体中壳和上腔体隔热层之间均有间隙作为空气隔热层；中炉体主要由中隔热盖、中腔体外壳、中腔体中壳、中腔体隔热层、中腔体下固定盖组成，中腔体外壳、中腔体中壳、中腔体隔热层分别从外到内安装形成中炉三层结构，中隔热盖和中腔体下固定盖分别安装于中炉三层结构的上端和下端使得中炉三层结构固定连接，中腔体外壳和中腔体中壳之间以及中腔体中壳和中腔体隔热层之间均有间隙作为空气隔热层；上炉体的上腔体下固定盖和中炉体的中隔热盖之间固定连接；下炉体主要由下隔热盖、下腔体外壳、下腔体中壳、下腔体隔热层、下腔体下固定盖组成，下腔体外壳、下腔体中壳、下腔体隔热层分别从外到内安装形成下炉三层结构，下隔热盖和下腔体下固定盖分别安装于下炉三层结构的上端和下端使得下炉三层结构固定连接，下腔体外壳和下腔体中壳之间以及下腔体中壳和下腔体隔热层之间均有间隙作为空气隔热层；中炉体的中腔体下固定盖和下炉体的下隔热盖之间固定连接。

坩埚支撑座置于下炉体的下腔体隔热层底部，加热腔体置于坩埚支撑座上，加热腔体包括上加热腔外体、下加热腔外体、上加热炉管和下加热炉管，上加热腔外体和下加热腔外体均为套筒结构，上加热腔外体和下加热腔外体分别位于上下同轴固定对接，上加热炉管、下加热炉管分别套装于上加热腔外体、下加热腔外体中，上加热腔外体、下加热腔外体在上炉体的上腔体隔热层、中炉体的中腔体隔热层、下炉体的下腔体隔热层之间填充有莫来石保温层；上加热炉管和下加热炉管的外壁均加工有螺旋状凹槽，螺旋状凹槽装有螺旋状的发热体，发热体产生的热量均匀辐射到上加热炉管和下加热炉管组成的加热炉管，在加热炉管中央形成高温区；坩埚支撑座内部有一个通气管道，通气管道用于定向凝固的冷却气体通入，通气管道上端贯穿出坩埚支撑座顶面作为出口并连通到下加热炉管内部，通气管道下端贯穿出坩埚支撑座最底部后作为入口。

所述的上加热炉管和下加热炉管内部的坩埚支撑座之上安装有坩埚和冷却系统，定向凝固试验的冷却气体通过通气管道通入坩埚底部，通过对坩埚底部冷却，形成一个沿超重力方向的温度梯度而进行定向凝固，并且通过调控冷却气体的通入流量和发热体产生的温度，调控沿超重力方向的温度梯度分布。

工作过程中发热体产生热量，通过辐射加热上加热炉管和下加热炉管，在加热炉管中央形成高温区，通过改变不同高度位置的螺旋状凹槽螺距进而改变不同高度位置的发热体在加热炉管间距，配合坩埚支撑座通气管道通入的冷却气体温度和流量，从坩埚底部开始冷却，形成一个沿超重力方向的温度梯度。

所述的上加热炉管和下加热炉管采用高强度、低导热系数的陶瓷制作。

所述的高温加热系统置于离心机的超重力环境中。

所述的超重力实验舱内还安装有承力架、信号采集器和布线架，高温加热系统的上加热炉管和下加热炉管内安装待定向凝固的材料试样，并设置有温度传感器，温度传感器连接信号采集器，信号采集器输出的导线通过布线架与弱信号导电滑环连接，再与地面测控中心连接；

高温加热系统设置有一路强电独立回路，一路强电独立回路控制加热内部不同高度位置的发热体进行高温加热，将地面一个强电独立回路通过离心离心机主轴导电滑环接入超重力实验舱的布线架；

高温加热系统设置有一路冷却气体回路，一路冷却气体独立回路控制通入的冷却气体流量，将地面一个冷却气体独立回路通过离心离心机主轴导电滑环接入超重力实验舱的冷却气体管路支架和排气管。

本实用新型实现了超重力环境下实现定向凝固的加热系统，使得在超重力下能进行晶体生长，通过增大重力加速度而加强浮力对流，当浮力对流增强到一定程度时，就转化为层流状态，即重新层流化，同样抑制了无规则的热质对流。在加速旋转过程中造成液相强迫对流，由于极大的改变热质传输过程而引起了界面形貌的显著变化，导致糊状区宽度显著减小。液相快速流动引起界面前沿液相中的温度梯度极大的提高，非常有利于液相溶质的均匀混合和材料的平界面生长，枝晶生长形态发生显著的变化，由原来具有明显主轴的枝晶变为无明显主轴的穗状晶，穗状晶具有细密的显微组织。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型可在超重力环境下对需定向凝固熔铸的材料样品进行高温加热，可实现在离心载荷-热载荷耦合条件下材料定向凝固熔铸和加热，可有效解决超重力、高温试验条件下材料定向凝固熔铸加热的问题，具有结构简单，操作方案且安全系数较高的优点。

本实用新型配合超重力环境，可加热高转速条件下材料定向凝固熔铸样品，例如高温合金的定向及单晶晶体生长，解决了高速旋转状态下材料定向凝固熔铸加热的关键难题，填补了国内技术行业的空白，且装备简单、操作方便。本实用新型适合1g-2000g超重力环境下，加热温度从常温-10℃。

附图说明

图1是高温加热系统的主视图；

图2为坩埚支撑座的结构剖视图；

图3为加热炉管的结构局部放大图；

图4为发热体的结构示意图；

图5为本实用新型所在的材料定向凝固熔铸系统的电气连接结构示意图。

图6为本实用新型安装有坩埚和冷却系统所在的定向凝固熔铸结构示意图。

具体实施方式

现结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，高温加热系统固定于超重力试验舱中，高温加热系统包括从上到下依次布置连接的上炉体、中炉体、下炉体以及莫来石保温层16、上加热腔外体17、下加热腔外体18、上加热炉管19、下加热炉管20、坩埚支撑座21和发热体22；上隔热盖1、上腔体外壳2、上腔体中壳3、上腔体隔热层4、上腔体下固定盖5、中隔热盖6、中腔体外壳7、中腔体中壳8、中腔体隔热层9、中腔体下固定盖10、下隔热盖11、下腔体外壳12、下腔体中壳13、下腔体隔热层14、下腔体下固定盖15组成一个三个炉体构成的圆筒状高温加热系统的外壳，主要用来在超重力环境下固定高温加热系统，且在超重力环境下起到保护炉体的作用，总体形成了一个高温炉。

上炉体主要由上隔热盖1、上腔体外壳2、上腔体中壳3、上腔体隔热层4、上腔体下固定盖5组成，上腔体外壳2、上腔体中壳3、上腔体隔热层4分别从外到内安装形成上炉三层结构，上隔热盖1和上腔体下固定盖5分别安装于上炉三层结构的上端和下端使得上炉三层结构固定连接，上隔热盖1用来固定上炉体的上炉三层结构且起到隔热保温作用；上腔体外壳2和上腔体中壳3之间以及上腔体中壳3和上腔体隔热层4之间均有间隙作为空气隔热层，空气隔热层起到隔热保温的作用防止炉内热量散失。

中炉体主要由中隔热盖6、中腔体外壳7、中腔体中壳8、中腔体隔热层9、中腔体下固定盖10组成，中腔体外壳7、中腔体中壳8、中腔体隔热层9分别从外到内安装形成中炉三层结构，中隔热盖6和中腔体下固定盖10分别安装于中炉三层结构的上端和下端使得中炉三层结构固定连接，中隔热盖6用来固定中炉体的中炉三层结构且起到隔热保温作用，中隔热盖6具有隔热保温作用，防止热量在超重力作用下向下传导；中腔体外壳7和中腔体中壳8之间以及中腔体中壳8和中腔体隔热层9之间均有间隙作为空气隔热层，空气隔热层起到隔热保温的作用防止炉内热量散失；上炉体的上腔体下固定盖5和中炉体的中隔热盖6之间固定连接，上腔体下固定盖5和中隔热盖6连接用来连接上炉体和中炉体。

下炉体主要由下隔热盖11、下腔体外壳12、下腔体中壳13、下腔体隔热层14、下腔体下固定盖15组成，下腔体外壳12、下腔体中壳13、下腔体隔热层14分别从外到内安装形成下炉三层结构，下隔热盖11和下腔体下固定盖15分别安装于下炉三层结构的上端和下端使得下炉三层结构固定连接，下隔热盖11用来固定下炉体的下炉三层结构且起到隔热保温作用，下隔热盖11具有隔热保温作用，防止热量在超重力作用下向下传导，下腔体下固定盖15用来将高温加热系统固定在超重力试验装置的底部。下腔体外壳12和下腔体中壳13之间以及下腔体中壳13和下腔体隔热层14之间均有间隙作为空气隔热层，空气隔热层起到隔热保温的作用防止炉内热量散失；中炉体的中腔体下固定盖10和下炉体的下隔热盖11之间固定连接，中腔体下固定盖10和下隔热盖11连接用来连接中炉体和下炉体。

整个炉体通过上隔热盖1、上腔体下固定盖5、中隔热盖6、中腔体下固定盖10、下隔热盖11和下腔体下固定盖15四个地方对炉体进行加强，提高整个炉体在超重力环境下的刚度和强度，防止炉体运行过程中变形和破坏。上腔体下固定盖5和中隔热盖6、中腔体下固定盖10和下隔热盖11之间通过高强螺栓联接，方便安装及维护。

如图2所示，坩埚支撑座21置于下炉体的下腔体隔热层14底部，加热腔体置于坩埚支撑座21上，坩埚支撑座21置于超重力试验舱底面上，坩埚支撑座21用来支撑整个炉体重量，以及超重力作用下产生的压应力，同时隔热，防止热量在超重力下通过热传导到超重力试验装置的底部。加热腔体包括上加热腔外体17、下加热腔外体18、上加热炉管19和下加热炉管20，上加热腔外体17和下加热腔外体18均为套筒结构，上加热腔外体17和下加热腔外体18分别位于上下同轴固定对接，下加热腔外体18底端固定于坩埚支撑座21的边缘，上加热炉管19、下加热炉管20分别套装于上加热腔外体17、下加热腔外体18中，上加热腔外体17、下加热腔外体18在上炉体的上腔体隔热层4、中炉体的中腔体隔热层9、下炉体的下腔体隔热层14之间填充有莫来石保温层16。

如图3所示，上加热炉管19和下加热炉管20的外壁均加工有螺旋状凹槽22-1，螺旋状凹槽22-1装有螺旋状的发热体22，如图4所示，螺旋状凹槽22-1能有效地固定发热体防止在超重力下下滑，发热体22产生的热量均匀辐射到上加热炉管19和下加热炉管20组成的加热炉管，在由上加热炉管19和下加热炉管20组成的加热炉管中央形成高温区；上加热腔外体17用来安装上加热炉管19，上加热腔外体17和上加热炉管19用来给装置上部分加热。下加热腔外体18用来安装下加热炉管20，下加热腔外体18和下加热炉管20用来给装置下部分加热。

上加热腔外体17和下加热腔外体18的上下环形端面沿圆周开设有多个用于连接上隔热盖1的贯穿通孔，轴连接件/杆连接件穿过上隔热盖1套装于上加热腔外体17和下加热腔外体18同一轴向的贯穿通孔中。

本实用新型的加热炉管和发热体22的结构设计，这样能发热体22防止发热体在超重力环境下脱落，并且还能通过调整螺旋状凹槽不同位置处的螺距调整加热效果。

如图2所示，坩埚支撑座21内部有一个通气管道21-1，通气管道21-1用于定向凝固的冷却气体通入，通气管道21-1上端贯穿出坩埚支撑座21顶面作为出口并连通到下加热炉管20内部，通气管道21-1下端贯穿出坩埚支撑座21最底部后作为入口，连通到坩埚支撑座21和下腔体隔热层14之间的空间，

如图6所示，上加热炉管19和下加热炉管20内部的坩埚支撑座21之上安装有坩埚和冷却系统，定向凝固试验的冷却气体通过通气管道21-1通入坩埚底部，通过对坩埚底部冷却，形成一个沿超重力方向的温度梯度而进行定向凝固，并且通过调控冷却气体的通入流量和发热体22产生的温度，调控沿超重力方向的温度梯度分布。

工作过程中发热体22产生热量，通过辐射加热上加热炉管19和下加热炉管20，在加热炉管中央形成高温区，通过改变不同高度位置的螺旋状凹槽22-1螺距进而改变不同高度位置的发热体22在加热炉管间距，配合坩埚支撑座21通气管道21-1通入的冷却气体温度和流量，从坩埚底部开始冷却，形成一个沿超重力方向的温度梯度。

上加热炉管19和下加热炉管20采用高强度、低导热系数的陶瓷制作。

本实用新型具体实施中还要求包括发热体22的选型、高强度炉管17加工的螺旋状凹槽螺距、高强度炉管17的材料类型。

发热体22的选型：不同的发热体22允许使用的最高温度和对使用环境的要求不一样，需结合此装置的具体使用条件最高工作温度、真空环境和超重力环境)确定发热体22类型。如铁铬铝电热合金丝和铂金丝等。

上加热炉管19、下加热炉管20加工的螺旋状凹槽螺距：发热体22在超重力条件下容易拉升变形，甚至断裂。需考虑发热体22布局设计外还得考虑发热体22所带来的一系列变化影响，如防止在超重力条件下发热体22变形移动严重时断裂，从而影响设备的整体运行。

上加热炉管19、下加热炉管20的材料类型：根据发热体22类型和使用温度要求，确定上加热炉管19和下加热炉管20的材料类型。为防止超重力下上加热炉管19、下加热炉管20自重造成的变形，高温加热装置炉体设计为三层分体式，每层单独加固保温层。

高温加热系统置于离心机的超重力环境中。超重力试验舱为超重力环境下材料定向凝固的试验舱，置于离心机的吊篮中。

如图5所示，超重力实验舱内还安装有承力架、信号采集器和布线架，高温加热系统的上加热炉管19和下加热炉管20内安装待定向凝固的材料试样，并设置有温度传感器，温度传感器连接信号采集器，信号采集器输出的导线通过布线架与弱信号导电滑环连接，再与地面测控中心连接；高温加热系统设置有一路强电独立回路，一路强电独立回路控制加热内部不同高度位置的发热体22进行高温加热，将地面一个强电独立回路通过离心离心机主轴导电滑环接入超重力实验舱的布线架；高温加热系统设置有一路冷却气体回路，一路冷却气体独立回路控制通入的冷却气体流量，将地面一个冷却气体独立回路通过离心离心机主轴导电滑环接入超重力实验舱的冷却气体管路支架和排气管。

具体实施中，具体实施中，将控制高温加热装置的一个独立控温温度延长导线接入信号采集器，信号采集器将接受的温度信号，从模拟信号转变为数字信号；数字信号通过布线架与信号滑环连接，再与地面测控中心连接。

炉温由固定或焊接在待测试样上的温度传感器通过控温仪和测控系统控制。

本实用新型装置安装使用时，先将下腔体下固定盖15通过螺栓固定于超重力试验装置底部，坩埚支撑座21安装于下腔体下固定盖15上，下腔体外壳12、下腔体中壳13、下腔体隔热层14通过螺栓与下腔体下固定盖15连接，下隔热盖11通过螺栓与中腔体下固定盖10连接，中腔体中壳8、中腔体隔热层9、中腔体下固定盖10通过螺栓与中腔体下固定盖10连接，再通过螺栓与上腔体下固定盖5、中隔热盖6连接。

将莫来石保温层16直接放置在陶瓷的加热炉管19、20和下腔体隔热层14、中腔体隔热层9、上腔体隔热层4之间。莫来石保温层16既可以起到缓冲作用又可以隔绝热量。

高温加热系统可重复使用，仅需要通过更换合适的发热体2和加热炉管19、20以满足不同的实验要求，具有结构简单且安全系数较高的优点。

本实用新型装置的力学性能测试工作过程如下：

第一步：将超重力实验舱置于离心机的吊篮中，在超重力实验舱内放置高温加热装置，并通过安装在加热装置内的坩埚熔化试样；

第三步：将布置在坩埚周围的测温热电偶的导线和信号采集器连接，信号采集器将接收温度模拟信号，并将模拟信号转变为数字信号；

第四步：一个强电独立回路分别连接到上加热炉管19和下加热炉管20，在加热区形成高温区；

第五步：离心机的转轴上安装转速计，将安装在离心机转轴上的转速计信号线与弱信号导电滑环连接，利用加热装置上一个热电偶控制高温炉的实时温度和加热速率，利用转速计控制离心机转速，利用以下公式计算定向凝固时坩埚中心位置的离心应力F：

F＝m·a＝m·R(2πN/60)²

其中，m为坩埚中熔体的质量；a为离心加速度，计算公式为a＝R(2πN/60)²，R为坩埚中心位置到离心机转轴轴线的有效距离；N为离心机的转速。

本实用新型能通过热电偶独立控制高温加热装置的加热温度，与通气管道21-1通入坩埚底部的冷却气量，对坩埚底部冷却，形成一个沿超重力方向的温度梯度。通过调控通入流量和温度，调控温度梯度。

Claims (6)

1.一种超重力环境下材料定向凝固熔铸的高温加热系统，其特征在于：

所述的高温加热系统固定于超重力实验舱中，所述的高温加热系统包括从上到下依次布置连接的上炉体、中炉体、下炉体以及莫来石保温层(16)、上加热腔外体(17)、下加热腔外体(18)、上加热炉管(19)、下加热炉管(20)、坩埚支撑座(21)和发热体(22)；上炉体主要由上隔热盖(1)、上腔体外壳(2)、上腔体中壳(3)、上腔体隔热层(4)、上腔体下固定盖(5)组成，上腔体外壳(2)、上腔体中壳(3)、上腔体隔热层(4)分别从外到内安装形成上炉三层结构，上隔热盖(1)和上腔体下固定盖(5)分别安装于上炉三层结构的上端和下端使得上炉三层结构固定连接，上腔体外壳(2)和上腔体中壳(3)之间以及上腔体中壳(3)和上腔体隔热层(4)之间均有间隙作为空气隔热层；中炉体主要由中隔热盖(6)、中腔体外壳(7)、中腔体中壳(8)、中腔体隔热层(9)、中腔体下固定盖(10)组成，中腔体外壳(7)、中腔体中壳(8)、中腔体隔热层(9)分别从外到内安装形成中炉三层结构，中隔热盖(6)和中腔体下固定盖(10)分别安装于中炉三层结构的上端和下端使得中炉三层结构固定连接，中腔体外壳(7)和中腔体中壳(8)之间以及中腔体中壳(8)和中腔体隔热层(9)之间均有间隙作为空气隔热层；上炉体的上腔体下固定盖(5)和中炉体的中隔热盖(6)之间固定连接；下炉体主要由下隔热盖(11)、下腔体外壳(12)、下腔体中壳(13)、下腔体隔热层(14)、下腔体下固定盖(15)组成，下腔体外壳(12)、下腔体中壳(13)、下腔体隔热层(14)分别从外到内安装形成下炉三层结构，下隔热盖(11)和下腔体下固定盖(15)分别安装于下炉三层结构的上端和下端使得下炉三层结构固定连接，下腔体外壳(12)和下腔体中壳(13)之间以及下腔体中壳(13)和下腔体隔热层(14)之间均有间隙作为空气隔热层；中炉体的中腔体下固定盖(10)和下炉体的下隔热盖(11)之间固定连接；

坩埚支撑座(21)置于下炉体的下腔体隔热层(14)底部，加热腔体置于坩埚支撑座(21)上，加热腔体包括上加热腔外体(17)、下加热腔外体(18)、上加热炉管(19)和下加热炉管(20)，上加热腔外体(17)和下加热腔外体(18)均为套筒结构，上加热腔外体(17)和下加热腔外体(18)分别位于上下同轴固定对接，上加热炉管(19)、下加热炉管(20)分别套装于上加热腔外体(17)、下加热腔外体(18)中，上加热腔外体(17)、下加热腔外体(18)在上炉体的上腔体隔热层(4)、中炉体的中腔体隔热层(9)、下炉体的下腔体隔热层(14)之间填充有莫来石保温层(16)；上加热炉管(19)和下加热炉管(20)的外壁均加工有螺旋状凹槽(22-1)，螺旋状凹槽(22-1)装有螺旋状的发热体(22)，发热体(22)产生的热量均匀辐射到上加热炉管(19)和下加热炉管(20)组成的加热炉管，在加热炉管中央形成高温区；坩埚支撑座(21)内部有一个通气管道(21-1)，通气管道(21-1)用于定向凝固的冷却气体通入，通气管道(21-1)上端贯穿出坩埚支撑座(21)顶面作为出口并连通到下加热炉管(20)内部，通气管道(21-1)下端贯穿出坩埚支撑座(21)最底部后作为入口。

2.根据权利要求1所述的一种超重力环境下材料定向凝固熔铸的高温加热系统，其特征在于：所述的上加热炉管(19)和下加热炉管(20)内部的坩埚支撑座(21)之上安装有坩埚和冷却系统，定向凝固试验的冷却气体通过通气管道(21-1)通入坩埚底部，通过对坩埚底部冷却，形成一个沿超重力方向的温度梯度而进行定向凝固，并且通过调控冷却气体的通入流量和发热体(22)产生的温度，调控沿超重力方向的温度梯度分布。

3.根据权利要求1所述的一种超重力环境下材料定向凝固熔铸的高温加热系统，其特征在于：工作过程中发热体(22)产生热量，通过辐射加热上加热炉管(19)和下加热炉管(20)，在加热炉管中央形成高温区，通过改变不同高度位置的螺旋状凹槽(22-1)螺距进而改变不同高度位置的发热体(22)在加热炉管间距，配合坩埚支撑座(21)通气管道(21-1)通入的冷却气体温度和流量，从坩埚底部开始冷却，形成一个沿超重力方向的温度梯度。

4.根据权利要求1所述的一种超重力环境下材料定向凝固熔铸的高温加热系统，其特征在于：所述的上加热炉管(19)和下加热炉管(20)采用高强度、低导热系数的陶瓷制作。

5.根据权利要求1所述的一种超重力环境下材料定向凝固熔铸的高温加热系统，其特征在于：所述的高温加热系统置于离心机的超重力环境中。

6.根据权利要求1所述的一种超重力环境下材料定向凝固熔铸的高温加热系统，其特征在于：超重力实验舱内安装有承力架、信号采集器和布线架，高温加热系统的上加热炉管(19)和下加热炉管(20)内安装待定向凝固的材料试样，并设置有温度传感器，温度传感器连接信号采集器，信号采集器输出的导线通过布线架与弱信号导电滑环连接，再与地面测控中心连接；

高温加热系统设置有一路强电独立回路，一路强电独立回路控制内部不同高度位置的发热体(22)进行高温加热，将地面一个强电独立回路通过离心机主轴导电滑环接入超重力实验舱的布线架；

高温加热系统设置有一路冷却气体回路，冷却气体回路控制通入的冷却气体流量，将地面一个冷却气体独立回路通过离心机主轴导电滑环接入超重力实验舱的冷却气体管路支架和排气管。

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