CN220372166U - 一种离心超重力凝固装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种超重力凝固装置。挂杯内的底部装有冷却系统，冷却系统之上安装有加热系统、坩埚和保温系统，坩埚位于加热系统内，加热系统外周的挂杯内设有保温系统；将离心超重力凝固装置安装，放置合金试样，抽真空后启动加热，再启动超重力离心机，直到合金试样完全熔化，控制降温分层析出或者梯度分布降温，当试样完全凝固后，关闭加热并控制处理。本实用新型解决传统离心铸造无法实现可控制备的关键难题，实现超重力条件下高通量材料制备或超重力定向凝固，具有结构简单，操作方便且安全系数较高的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及材料制备、定向凝固技术领域的一种凝固装置，尤其涉及一种离心超重力环境下的定向凝固装置。
背景技术
高通量材料制备是“材料基因组计划”顺利实施的基础。利用超重力场在相同半径处存在一个等超重力场、沿径向存在离心力梯度的特点，借助超重力强化密度差产生的浮力对流效应，通过温度、冷速、超重力参数等因素调控形核长大行为和凝固组织形成顺序，获得具有成分和组织梯度的材料，从而实现材料高通量制备。由于超重力极大地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。虽然传统的离心铸造，也可以实现超重力凝固，但由于凝固过程中无法原位加热和可控冷却，因而无法精确控制凝固过程，因而严重制约了材料微观组织质量的提升。
实用新型内容
为了解决背景技术中存在的问题，本实用新型针对传统离心铸造无法实现可控制备的关键难题，提供一种离心超重力凝固装置，解决了超重力凝固过程中温度梯度难实现的关键难题，从而实现超重力条件下高通量材料制备或超重力定向凝固。
本实用新型采用的技术方案：
装置包括挂杯、加热系统、坩埚、冷却系统和保温系统；挂杯内的底部装有冷却系统，冷却系统之上安装有加热系统、坩埚和保温系统，坩埚位于加热系统内，加热系统外周的挂杯内设有保温系统。
所述的挂杯固定安装在超重力离心机的旋转臂端部。
所述的挂杯包括挂杯腔体和吊耳孔，加热系统、坩埚系统、冷却系统和保温系统置于挂杯腔体中，挂杯腔体的侧部设有用于连接超重力离心机旋转臂端部的吊耳孔。
所述的加热系统包括加热腔、加热炉管、加热丝和保温盖，加热腔分为位于上部的上加热腔和位于上部的下加热腔，下加热腔安装于冷却系统上，上加热腔上端口设置有保温盖；下加热腔内壁设有下加热炉管，下加热炉管上装有下加热丝；上加热腔内壁设有上加热炉管，上加热炉管上装有上加热丝。
所述的坩埚置于加热系统的加热腔内，上部和下部分别设有用于安装热电偶的上热电偶孔和下热电偶孔。
所述的冷却系统包括隔热地板、通气底座、隔热圈、坩埚支撑台和支撑底座；隔热地板安装在挂杯的底部，隔热地板上的中央固定安装有通气底座，通气底座周围的隔热地板上设置隔热圈，通气底座顶部设有空腔，空腔上端设置坩埚支撑台进行封盖，通气底座中部的两侧分别设有进气通道和出气通道，进气通道和出气通道的上端均与空腔连通，进气管和出气管的一端水平穿过隔热圈后伸入到通气底座中并分别连通到进气通道和出气通道的下端；进气管和出气管的另一端从隔热圈穿出后向上延伸布置并分别连接到外部的冷却气源和实验舱外；所述的隔热圈之上设有用于支撑安装保温系统的支撑底座。
所述的保温系统包括连接成一体的外底部隔热圈、中底部隔热圈、内底部隔热圈、第四层隔热腔板、第三层隔热腔板、第二层隔热腔板、第一层隔热腔板、上第一层保温盖、上第二层保温盖和上第三层保温盖；
第四层隔热腔板、第三层隔热腔板、第二层隔热腔板、第一层隔热腔板均为环形板且从外到内同圆心间隔布置，第三层隔热腔板、第二层隔热腔板、第一层隔热腔板的上端面均分别封盖地固定设有上第三层保温盖、上第二层保温盖、上第一层保温盖，第三层隔热腔板、第二层隔热腔板、第一层隔热腔板的下端面均分别设有中心开孔的外底部隔热圈、中底部隔热圈、内底部隔热圈，外底部隔热圈支撑于冷却系统的支撑底座上面，上第三层保温盖之上还设有用于封盖挂杯上端口的顶盖，上第三层保温盖和顶盖之间通过外层固定螺杆固定连接，外底部隔热圈、中底部隔热圈、内底部隔热圈的中心开孔同心同轴布置。
所述的内底部隔热圈、第一层隔热腔板和上第一层保温盖之间围成内层隔热腔，内层隔热腔内容置加热系统和坩埚，内层隔热腔内的顶部固定布置加热系统的保温盖；
将第四层隔热腔板和外底部隔热圈、上第三层保温盖焊接在一起，同时通过四个外层固定螺杆与顶盖固定，而顶盖通过螺钉与挂杯固定，能够增加第一层、第二层和第三层隔热腔的刚度；
第一层和第二层隔热腔通过内层固定螺杆与上第二层保温盖连接，形成一个整体结构，提供保温系统的整体结构强度和刚度，能够保证保温系统的稳定性。
内底部隔热圈、第一层隔热腔板和上第一层保温盖焊接在一起，形成一个内层隔热腔。中底部隔热圈、第二层隔热腔板和上第二层保温盖焊接在一起，形成一个第二层隔热腔。外底部隔热圈、第三层隔热腔板和上第三层保温盖焊接在一起，形成一个第三层隔热腔。
本实用新型装置的试验过程必须满足抗高温条件、特殊气氛环境、高G值、冷却气体降温等要求，确保装置安全稳定运行。考虑运行环境和超重力带来的影响，本实用新型结构模块化设计，实验准备周期短，凝固过程安全可靠，符合高强度轻质量。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型能解决传统离心铸造无法实现可控制备的关键难题，从而实现超重力条件下高通量材料制备或超重力定向凝固。
本实用新型具有结构简单，操作方便且安全系数较高的优点，适合1g-5000g超重力环境，温度从室温-1700℃，定向凝固时温度梯度不低于10℃/cm。
附图说明
图1是本实用新型装置的整体结构图；
图2是挂杯1结构示意图，包括挂杯腔体1-1和吊耳孔1-2；
图3是加热系统2结构示意图，包括上加热腔2-1、上加热炉管2-2、上加热丝2-3、下加热腔2-4、下加热炉管2-5、下加热丝2-6和保温盖2-7；
图4是坩埚3结构示意图，包括上热电偶孔3-1和下热电偶孔3-2；
图5是冷却系统4结构示意图，包括隔热地板4-1、通气底座4-2、隔热圈4-3、左转接头4-4、进气管4-5、进气通道4-6、右转接头4-7、出气管4-8、出气通道4-9、坩埚支撑台4-10、支撑底座4-11、右固定孔4-12、左固定孔4-13、环形凸台4-14、空腔4-15；
图6是保温系统5结构示意图，包括外底部隔热圈5-1、中底部隔热圈5-2、内底部隔热圈5-3、第四层隔热腔板5-4、第三层隔热腔板5-5、第二层隔热腔板5-6、第一层隔热腔板5-7、上第一层保温盖5-8、上第二层保温盖5-9、上第三层保温盖5-10、顶盖5-11、外层固定螺杆5-12、内层固定螺杆5-13；
图7是挂杯1在离心机上的布置示意图；
图8是离心超重力凝固装置与离心机的连接示意图；
图9是超重力条件下材料高通量制备的工艺路线图；
图10是超重力条件下定向凝固的工艺路线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，装置包括挂杯1、加热系统2、坩埚3、冷却系统4和保温系统5；挂杯1内的底部装有冷却系统4，冷却系统4之上安装有加热系统2、坩埚3和保温系统5，坩埚3位于加热系统2内，加热系统2外周的挂杯1内设有保温系统5。
本实用新型装置用于安装在超重力离心机上，受超重力离心机驱动离心旋转。
具体地，如图7所示，挂杯1固定安装在超重力离心机的旋转臂端部，超重力离心机的旋转臂的两端均分别连接安装有一个挂杯1。
如图2所示，挂杯1主要用来安装加热系统2、坩埚3、冷却系统4和保温系统5。包括挂杯腔体1-1和吊耳孔1-2，加热系统2、坩埚系统3、冷却系统4和保温系统5置于挂杯腔体1-1中，挂杯腔体1-1的侧部设有用于连接超重力离心机旋转臂端部的吊耳孔1-2，挂杯1通过吊耳孔1-2与离心机旋转臂的圆盘转子连接。
具体实施中，挂杯腔体1-1和吊耳孔1-2一体加工，能够确保挂杯1的强度。
如图3所示，加热系统2主要功能是给加热坩埚3，包括加热腔、加热炉管、加热丝和保温盖2-7，加热腔上端口设置有保温盖2-7，加热腔分为位于上部的上加热腔2-1和位于上部的下加热腔2-4，下加热腔2-4安装于冷却系统4的支撑底座4-11上，上加热腔2-1上端口设置有保温盖2-7；下加热腔2-4内壁设有下加热炉管2-5，下加热炉管2-5上装有下加热丝2-6；上加热腔2-1内壁设有上加热炉管2-2，上加热炉管2-2上装有上加热丝2-3。
具体实施中，上加热丝2-3安装在上加热炉管2-2的凸台上，然后放置在上加热腔2-1内，组成加热系统2的上加热区；下加热丝2-6安装在下加热炉管2-5的凸台上，然后放置在下加热腔2-4内，组成加热系统2的下加热。然后将组装后的上加热丝2-3、上加热炉管2-2和上加热腔2-1放置在组装后的下加热丝2-6、下加热炉管2-5和下加热腔2-4的上方，保温盖2-7安装在上加热腔2-1的上方，用于保温，防止热量散失。
如图8所示，加热系统2通过离心机圆盘转臂上的电缆，通过电气滑环与地面的供电系统连接。
如图4所示，坩埚3置于加热系统2的加热腔内，坩埚3主要用来放置熔炼的合金，根据熔炼温度和合金类型选择不同的坩埚材料，上部和下部分别设有用于安装热电偶的上热电偶孔3-1和下热电偶孔3-2。
上热电偶孔3-1用来安装热电偶，控制上加热区温度。下热电偶孔3-2用来安装热电偶，控制下加热区温度。熔炼时，可根据熔炼温度，旋转安装不同型号的热电偶。
如图8所示，热电偶通过离心机圆盘转臂上的固定支架，通过电气滑环与地面的温控系统连接。
如图5所示，冷却系统4主要用来控制凝固过程的降温速率，设计了气冷结构。包括隔热地板4-1、通气底座4-2、隔热圈4-3、坩埚支撑台4-10和支撑底座4-11；隔热地板4-1安装在挂杯1的挂杯腔体1-1的底部，通过隔热地板4-能够防止加热系统2工作时产生的热量向挂杯1传导；隔热地板4-1上的中央固定安装有通气底座4-2，通气底座4-2周围的隔热地板4-1上设置隔热圈4-3，通气底座4-2顶部设有空腔4-15，空腔4-15上端设置坩埚支撑台4-10进行封盖，坩埚支撑台4-10固定于通气底座4-2顶端，通气底座4-2中部的两侧分别设有进气通道4-6和出气通道4-9，进气通道4-6和出气通道4-9的上端均与空腔4-15连通，进气管4-5和出气管4-8的一端水平穿过隔热圈4-3后伸入到通气底座4-2中并分别连通到进气通道4-6和出气通道4-9的下端，进气管4-5和出气管4-8的一端分别经左转接头4-4、右转接头4-7和进气通道4-6和出气通道4-9的下端连通；进气管4-5和出气管4-8的另一端从隔热圈4-3穿出后向上延伸布置并分别连接到外部的冷却气源和实验舱外；隔热圈4-3之上设有用于支撑安装保温系统5的支撑底座4-11，进气管4-5和出气管4-8的另一端分别穿设过支撑底座4-11上开设的左固定孔4-13、右固定孔4-12。
通气底座4-2顶端面边缘设有用于定位安装加热系统2的环形凸台4-14。
通气底座4-2平放在隔热地板4-1上部，工作时在离心力作用下使隔热地板4-1与通气底座4-2紧密接触，并支撑整个加热系统2和坩埚3的离心重量。
安装时，进气管4-5穿过支撑底座4-11的左固定孔4-13，再通过左转接头4-4与进气管4-5联通，组成冷却系统4的进气通道。出气管4-8穿过支撑底座4-11的右固定孔4-12，再通过右转接头4-7与出气管4-8联通，组成冷却系统4的出气通道。
坩埚支撑台4-10安装在通气底座4-2上部的凹槽中并封盖空腔4-15，坩埚3直接放在坩埚支撑台4-10的上面，加热系统2安装在环形凸台4-14内部，防止系统运行时加热系统2和坩埚3的左右移动。
坩埚支撑台4-10的作用是支撑坩埚3和加热系统2在超重力下产生的压力，所以坩埚支撑台4-10的材料为高强石墨材料。
如图8所示，进气管4-5通过离心机圆盘转臂上的通气支架、离心机滑环与实验舱外的冷却气源相连，为冷却系统提供冷却气体。出气管4-8通过离心机圆盘转臂上的通气支架、离心机滑环相连，直接通到实验舱外。
工作时，通气底座4-2用来连接坩埚3、加热系统2和冷却系统4，其中冷却气体通过进气管4-5、进气通道4-6通入到坩埚支撑台4-10下面的空腔4-15，利用坩埚3底部与冷却气体的热交换，降低坩埚3中熔体温度，冷却后的气体再通过出出气通道4-9、出气管4-8和离心机圆盘转子的通气支架、离心机滑环排到挂杯1的外面。通过控制通气流量、压力和超重力大小来改变坩埚沿超重力方向的温度分布，从而控制熔体冷却速度，实现超重力凝固过程的可控可调。
如图6所示，保温系统5主要功能是防止加热系统3的热量向四周传导，包括连接成一体的外底部隔热圈5-1、中底部隔热圈5-2、内底部隔热圈5-3、第四层隔热腔板5-4、第三层隔热腔板5-5、第二层隔热腔板5-6、第一层隔热腔板5-7、上第一层保温盖5-8、上第二层保温盖5-9和上第三层保温盖5-10；
第四层隔热腔板5-4、第三层隔热腔板5-5、第二层隔热腔板5-6、第一层隔热腔板5-7均为环形板且从外到内同圆心间隔布置，相邻隔热腔板之间具有环形间隙，第三层隔热腔板5-5、第二层隔热腔板5-6、第一层隔热腔板5-7的上端面均分别封盖地固定设有上第三层保温盖5-10、上第二层保温盖5-9、上第一层保温盖5-8，相邻保温盖之间平行布置且具有间隙，上第三层保温盖5-10、上第二层保温盖5-9、上第一层保温盖5-8分别将第三层隔热腔板5-5、第二层隔热腔板5-6、第一层隔热腔板5-7的上端面密封封盖，第三层隔热腔板5-5、第二层隔热腔板5-6、第一层隔热腔板5-7的下端面均分别设有均中心开孔的外底部隔热圈5-1、中底部隔热圈5-2、内底部隔热圈5-3，相邻隔热圈之间平行布置且具有间隙，外底部隔热圈5-1支撑于冷却系统4的支撑底座4-11上面，上第三层保温盖5-10之上还设有用于封盖挂杯1的挂杯腔体1-1上端口的顶盖5-11，上第三层保温盖5-10和顶盖5-11之间通过外层固定螺杆5-12固定连接，外底部隔热圈5-1、中底部隔热圈5-2、内底部隔热圈5-3的中心开孔同心同轴从下到上布置。
内底部隔热圈5-3、第一层隔热腔板5-7和上第一层保温盖5-8之间围成内层隔热腔，内层隔热腔内容置加热系统2和坩埚3，内层隔热腔内的顶部固定布置加热系统2的保温盖2-7。中底部隔热圈5-2、第二层隔热腔板5-6和上第二层保温盖5-9之间围成第二层隔热腔，外底部隔热圈5-1、第三层隔热腔板5-5和上第三层保温盖5-10之间围成第三层隔热腔，外底部隔热圈5-1、第四层隔热腔板5-4和上第三层保温盖5-10之间围成第四层隔热腔。
具体实施中，外底部隔热圈5-1、中底部隔热圈5-2、内底部隔热圈5-3均为圆圈形板，厚度可以根据加热系统2的最高温度进行选材。第四层隔热腔板5-4、第三层隔热腔板5-5、第二层隔热腔板5-6、第一层隔热腔板5-7均为圆筒形板，为金属隔热屏或陶瓷隔热屏，其厚度可以根据加热系统2的最高温度进行选材。上第一层保温盖5-8、上第二层保温盖5-9、上第三层保温盖5-10均为平圆板，厚度可以根据加热系统2的最高温度进行选材。顶盖5-11为WMo合金材料。外层固定螺杆5-12、内层固定螺杆5-13均为WMo金属螺杆。
内底部隔热圈5-3、第一层隔热腔板5-7和上第一层保温盖5-8焊接在一起，形成一个内层隔热腔。中底部隔热圈5-2、第二层隔热腔板5-6和上第二层保温盖5-9焊接在一起，形成一个第二层隔热腔。外底部隔热圈5-1、第三层隔热腔板5-5和上第三层保温盖5-10焊接在一起，形成一个第三层隔热腔。
将第四层隔热腔板5-4和外底部隔热圈5-1、上第三层保温盖5-10焊接在一起，同时通过四个外层固定螺杆5-12与顶盖5-11固定，而顶盖5-11通过螺钉与挂杯1固定，能够增加第一层、第二层和第三层隔热腔的刚度。
第一层和第二层隔热腔通过内层固定螺杆5-13与上第二层保温盖5-9连接，形成一个整体结构，提供保温系统5的整体结构强度和刚度，能够保证保温系统5的稳定性。
如图8所示，组装好装置，其加热系统2的电缆线延伸到挂杯1的外面，再通过离心机圆盘转臂上的电缆，通过电气滑环与地面的供电系统连接。控温热电偶延伸到挂杯1的外面，再通过离心机圆盘转臂上的固定支架，通过电气滑环与地面的温控系统连接。
冷却气体可以为液氮、压缩空气等，冷却气体温度不高于5℃，压力不高于5MPa，但压力可控可调。根据温度梯度要求，冷却气体类型可以改变。
本实用新型适合1g-5000g超重力环境，温度从室温-1700℃。
离心超重力凝固装置与离心机接口见图8。
本实用新型的离心超重力凝固装置的加热系统2包括但不限于两个独立加热区，为此在使用过程中，可以实现一套系统两种凝固方案，具体说明如下：
1、第一套凝固方案：离心超重力的材料高通量制备，见图9。
实验前，根据熔铸合金类型，确定合金熔化温度和离心主机转速。下面详细说明该实用新型的使用和运行过程：
第一步：将离心超重力凝固装置安装在超重力离心机的旋转臂的圆盘转子上，上面的加热系统2、热电偶、冷却系统4通过离心机圆盘转臂上的电缆支架、通气支架以及电气滑环分别与地面的供电系统、温控系统和冷却气源连接，将所需凝固的合金试样放置在离心超重力凝固装置的坩埚3中；
第二步：启动真空系统，使超重力离心机的实验舱内的真空度达到10-2Pa；
第三步：待实验舱内的真空度达到10-2Pa后，启动离心超重力凝固装置中的加热系统2；
第四步：待通过热电偶检测的坩埚3温度达到合金试样熔点的0.8倍时，启动超重力离心机；具体可一边加热，一边启动超重力离心机。
第五步：待超重力离心机的转速达到实验设定的转速后，通过加热系统2持续加热坩埚3直到合金试样完全熔化变为熔体，并在实验设定的转速下保持10分钟；
第六步：通过地面的温控系统控制加热系统2的加热功率，保持超重力离心机工作，控制加热系统2中的上下加热腔内的降温速率，即上加热区和下加热区的降温速率，使熔体中的密度不同的元素有足够的时间在离心力作用下分层析出，使凝固的合金试样在不同高度处有不同的合金成分，达到单次制备多种合金成分的目的，从而实现超重力凝固的材料高通量制备；
第七步：当试样完全凝固后，关闭加热系统2，并判断处理：
当通过热电偶检测的坩埚3温度降低到合金固相线温度以下时，关闭超重力离心机；
当通过热电偶检测的坩埚3温度降低到200℃以下时，关闭真空系统。
2、第二套凝固方案：离心超重力的材料定向凝固，见图10
实验前，根据熔铸合金类型，确定合金熔化温度、温度梯度和离心主机转速。下面详细说明该实用新型的使用和运行过程：
第一步：将离心超重力凝固装置安装在超重力离心机的旋转臂的圆盘转子上，上面的加热系统2、热电偶、冷却系统4通过离心机圆盘转臂上的电缆支架、通气支架以及电气滑环分别与地面的供电系统、温控系统和冷却气源连接，将所需凝固的合金试样放置在离心超重力凝固装置的坩埚3中；
第二步：启动真空系统，使超重力离心机的实验舱内的真空度达到10-2Pa；
第三步：待实验舱内的真空度达到10-2Pa后，启动离心超重力凝固装置中的加热系统2；
第四步：待通过热电偶检测的坩埚3温度达到合金试样熔点的0.8倍时，启动超重力离心机；具体可一边加热，一边启动超重力离心机。
第五步：待超重力离心机的转速达到实验设定的转速后，通过加热系统2持续加热坩埚3直到合金试样完全熔化，并在实验设定的转速下保持10分钟；
第六步：
通过地面的温控系统控制加热系统2的加热功率，保持超重力离心机工作，控制加热系统2中的上加热腔内的温度不变、降低下加热腔内的温度，即保持上加热区温度不变，降低下加热区温度，同时控制冷却系统4开始工作对坩埚3底部进行降温，从而在坩埚3中形成一个从底部到顶部温度逐渐变高的温度梯度，从而实现超重力条件下的定向凝固；
具体实施过程中，通过凝固所需的温度梯度，通过计算确定合金熔体单位时间降低温度所需的冷却气量，然后再确定通入冷却气体的温度、压力和流量来控制凝固界面的位置，从而在凝固前沿的液-固界面形成所需的温度梯度。
试验过程中，通过改变超重力大小，冷却气体的温度、流量、压力和时间，来实现凝固过程中温度梯度的可控可调，再将冷却系统4与加热系统2配合工作，实现不同的温度梯度要求。
第七步：当试样完全凝固后，关闭加热系统2，并判断处理：
当通过热电偶检测的坩埚3温度降低到合金固相线温度以下时，关闭超重力离心机；
当通过热电偶检测的坩埚3温度降低到200℃以下时，关闭加热系统2、冷却系统4和真空系统。
Claims (8)
1.一种离心超重力凝固装置，其特征在于：
包括挂杯（1）、加热系统（2）、坩埚（3）、冷却系统（4）和保温系统（5）；挂杯（1）内的底部装有冷却系统（4），冷却系统（4）之上安装有加热系统（2）、坩埚（3）和保温系统（5），坩埚（3）位于加热系统（2）内，加热系统（2）外周的挂杯（1）内设有保温系统（5）。
2.根据权利要求1所述的一种离心超重力凝固装置，其特征在于：
所述的挂杯（1）固定安装在超重力离心机的旋转臂端部。
3.根据权利要求1所述的一种离心超重力凝固装置，其特征在于：
所述的挂杯（1）包括挂杯腔体（1-1）和吊耳孔（1-2），加热系统（2）、坩埚（3）、冷却系统（4）和保温系统（5）置于挂杯腔体（1-1）中，挂杯腔体（1-1）的侧部设有用于连接超重力离心机旋转臂端部的吊耳孔（1-2）。
4.根据权利要求1所述的一种离心超重力凝固装置，其特征在于：
所述的加热系统（2）包括加热腔、加热炉管、加热丝和保温盖（2-7），加热腔分为位于上部的上加热腔（2-1）和位于上部的下加热腔（2-4），下加热腔（2-4）安装于冷却系统（4）上，上加热腔（2-1）上端口设置有保温盖（2-7）；下加热腔（2-4）内壁设有下加热炉管（2-5），下加热炉管（2-5）上装有下加热丝（2-6）；上加热腔（2-1）内壁设有上加热炉管（2-2），上加热炉管（2-2）上装有上加热丝（2-3）。
5.根据权利要求1所述的一种离心超重力凝固装置，其特征在于：
所述的坩埚（3）置于加热系统（2）的加热腔内，上部和下部分别设有用于安装热电偶的上热电偶孔（3-1）和下热电偶孔（3-2）。
6.根据权利要求1所述的一种离心超重力凝固装置，其特征在于：
所述的冷却系统（4）包括隔热地板（4-1）、通气底座（4-2）、隔热圈（4-3）、坩埚支撑台（4-10）和支撑底座（4-11）；隔热地板（4-1）安装在挂杯（1）的底部，隔热地板（4-1）上的中央固定安装有通气底座（4-2），通气底座（4-2）周围的隔热地板（4-1）上设置隔热圈（4-3），通气底座（4-2）顶部设有空腔（4-15），空腔（4-15）上端设置坩埚支撑台（4-10）进行封盖，通气底座（4-2）中部的两侧分别设有进气通道（4-6）和出气通道（4-9），进气通道（4-6）和出气通道（4-9）的上端均与空腔（4-15）连通，进气管（4-5）和出气管（4-8）的一端水平穿过隔热圈（4-3）后伸入到通气底座（4-2）中并分别连通到进气通道（4-6）和出气通道（4-9）的下端；进气管（4-5）和出气管（4-8）的另一端从隔热圈（4-3）穿出后向上延伸布置并分别连接到外部的冷却气源和实验舱外；所述的隔热圈（4-3）之上设有用于支撑安装保温系统（5）的支撑底座（4-11）。
7.根据权利要求1所述的一种离心超重力凝固装置，其特征在于：
所述的保温系统（5）包括连接成一体的外底部隔热圈（5-1）、中底部隔热圈（5-2）、内底部隔热圈（5-3）、第四层隔热腔板（5-4）、第三层隔热腔板（5-5）、第二层隔热腔板（5-6）、第一层隔热腔板（5-7）、上第一层保温盖（5-8）、上第二层保温盖（5-9）和上第三层保温盖（5-10）；第四层隔热腔板（5-4）、第三层隔热腔板（5-5）、第二层隔热腔板（5-6）、第一层隔热腔板（5-7）均为环形板且从外到内同圆心间隔布置，第三层隔热腔板（5-5）、第二层隔热腔板（5-6）、第一层隔热腔板（5-7）的上端面均分别封盖地固定设有上第三层保温盖（5-10）、上第二层保温盖（5-9）、上第一层保温盖（5-8），第三层隔热腔板（5-5）、第二层隔热腔板（5-6）、第一层隔热腔板（5-7）的下端面均分别设有中心开孔的外底部隔热圈（5-1）、中底部隔热圈（5-2）、内底部隔热圈（5-3），外底部隔热圈（5-1）支撑于冷却系统（4）的支撑底座（4-11）上面，上第三层保温盖（5-10）之上还设有用于封盖挂杯（1）上端口的顶盖（5-11），上第三层保温盖（5-10）和顶盖（5-11）之间通过外层固定螺杆（5-12）固定连接，外底部隔热圈（5-1）、中底部隔热圈（5-2）、内底部隔热圈（5-3）的中心开孔同心同轴布置。
8.根据权利要求7所述的一种离心超重力凝固装置，其特征在于：
所述的内底部隔热圈（5-3）、第一层隔热腔板（5-7）和上第一层保温盖（5-8）之间围成内层隔热腔，内层隔热腔内容置加热系统（2）和坩埚（3），内层隔热腔内的顶部固定布置加热系统（2）的保温盖（2-7）；将第四层隔热腔板（5-4）和外底部隔热圈（5-1）、上第三层保温盖（5-10）焊接在一起，同时通过四个外层固定螺杆（5-12）与顶盖（5-11）固定，而顶盖（5-11）通过螺钉与挂杯（1）固定，能够增加第一层、第二层和第三层隔热腔的刚度；第一层和第二层隔热腔通过内层固定螺杆（5-13）与上第二层保温盖（5-9）连接，形成一个整体结构，提供保温系统（5）的整体结构强度和刚度，能够保证保温系统（5）的稳定性。
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