PT90217B

PT90217B - Dispositivo para a fabricacao de materiais ceramicos ou ligas metalicas amorfos

Info

Publication number: PT90217B
Application number: PT90217A
Authority: PT
Inventors: Jean-Pol Hiernaut; Jacobus Nicolaas Cornelis Geel; Paul Werner; Joseph Magill
Original assignee: Europ Communities
Priority date: 1988-04-07
Filing date: 1989-04-06
Publication date: 1994-03-31
Also published as: ES2031298T3; LU87192A1; PT90217A; ATE74044T1; WO1989009674A1; DK239690D0; IE891086L; IE64512B1; DK239690A; CA1310491C; GR3004462T3; EP0336335B1; US5068512A; DK167215B1; DE58901008D1; JPH04501583A; EP0336335A1

Description

Dispositivo para a fabricação de materiais cerâmicos ou ligas metálicas amorfos

A presente invenção diz respeito a um dispositivo para a fabricação de materiais cerâmicos ou ligas metálicas amorfos com uma autoclave de alta pressão no qual, em primeiro lugar, se aquece uma peça em bruto da amostra, por meio de raios laser, até à temperatura de fusão e, em seguida, se arrefece bruscamente.

As ligas metálicas amorfas, também chamadas vidros metálicos, sao conhecidas há cerca de vinte anos. Entende-se por tal um corpo sólido não cristalino endurecido, que possui uma estrutura desordenada, que é obtido por arrefecimento de uma massa fundida. 0 arrefecimento faz-se então com uma grande velocidade (da ordem de grandeza de 10 Ks~ ) a uma temperatura à qual a cristalização já não é possível.

Tais substâncias amorfas apresentam propriedades macânicas, eléctricas e químicas novas, que não podem ser obtidas nas variantes correspondentes cristalizadas.

Para a preparação de tais substâncias amorfas é decisiva a elevada velocidade de arrefecimento do material líquido por fusão. Assim, é conhecido um processo no qual o produto fundido proveniente dum cadinho de fusão aquecido por indução flui na periferia de um disco de cobre com um limpador de fita e que roda em torno de um eixo horizontal. Ê também possível introduzir o produto fundido entre dois pequenos discos de cobre que rodam em torno de eixos horizontais ou colocá-lo sobre a superfície de um disco de cobre que roda em torno de um eixo vertical .

Também já foi proposto manter o produto fundido condutor da electricidade, sem qualquer recipiente, magneticamente em suspensão e aquecê-lo por indução de tal modo que a liga não pode ser prejudicada pelas impurezas do cadinho. Nas pesquisas espaciais também já se fez o aquecimento de gotas de um material não condutor, sem cadinho de fusão, por meio de raios laser. As gotas foram aquecidas no espaço por meio de tubeiras de ar mantidas numa posição definida.

Abstraindo do custo que está associado com a mudança da produção de tais ligas para o espaço, não estão ainda satisfatoriamente resolvidos os problemas do posicionamento das amostras e da sua estabilidade. 0 objecto da presente invenção é portanto proporcionar um dispositivo para a fabricação de substâncias amorfas que permita fabricar, no campo da gravidade da terra, tais substâncias amorfas, incluindo as substâncias não condutoras da electricidade, com um elevado grau de pureza. Este problema é resolvido pelo dispositivo com as características indicadas na reivindicação 1. Relativamente às características de formas de realizaçao preferidas da presente invenção, faz-se referência às reivindicações secundárias.

Descreve-se a seguir a presente invenção, com base num exemplo de realização preferido e com referência à figura única do desenho anexo, que mostra esquematicamente e em perspectiva o dispositivo segundo a presente invenção.

dispositivo contém, como elemento essencial, uma

autoclave (1) de forma substancialmente cilíndrica, em cujo ponto médio se encontra a posição de processamento (2), isto é, o ponto onde deve aquecer-se a arrefecer-se uma amostra de forma esférica. A amostra provém de um dispositivo de alimentação de esferas (3), que está montado axialmente na autoclave (1) e mantém preparada uma série de esferas, ou corpos em bruto, com a composição da liga desejada, umas atrás das outras, para o transporte para a posição de processamento (2). Para isso, este dispositivo contém um motor passo-a-passo (4-) e um disco separador (5) accionado por este motor, bem como uma haste oca (6), através da qual uma esfera, libertada de um depósito (7) pode cair para a posição de processamento (2).

Relativamente à posição de processamento do dispositivo de alimentação de esferas (3) está montada do lado oposto, na autoclave (1), uma caixa (8), que contém um recipiente (9) para receber amostras prontas, bem como um motor de elevação (10) que suporta através de um eixo (11) um dispositivo acústico de levitação (12) por ressonância. Este último encontrase por baixo da posição de processamento (2) e possui vários discos de cerâmica piezoeléctrica, susceptíveis de ser excitados electricamente.

Entre a posição de processamento (2) e o dispositivo de levitação (12) está ainda introduzida uma cesta de retenção (26) transparente acusticamente e por cima da posição de processamento um disco reflector (13), através de cujo furo central é conduzida a esfera proveniente do depósito (7)· As ondas sonoras provenientes do dispositivo de levitação são reflectidas numa distância de ressonância pelo disco reflector (13), de modo que é possível um posicionamento exacto da esfera, sem derivas, estável, reprodutível e isento de oscilações, sem que a esfera capte impurezas devido ao contacto com uma parede. Este processo funciona com pressões na autoclave de 10 a 1 000 bar e a temperaturas de 1 000 a 4 000°K ou mais, bem como com quaisquer gases inertes, e possibilita a manutenção, sem contacto, de materiais tanto metálicos como não condutores da electricidade. Os diâmetros das esferas podem estar compreendidos entre 0,2 e 2 mm e a duração da levitação pode estender-se até qualquer valor e exige apenas uma pequena potência, quando comparada com a levitação electromagnética por indução. Mediante o reajustamento do motor de elevação (10), a levitação da esfera pode fazer-se exactamente na posição de processamento.

aquecimento de uma esfera na posição de processamento (2) faz-se através de dois raios laser (14) e (15), que podem ser obtidos a partir de um gerador Nd-YAG comum. Os dois raios laser são divididos através de um espelho divisor de raios (16,17), cada um deles em dois raios, que sâo dirigidos por meio de espelhos de desvio (18) e, através da janela (19), para a parede da autoclave (l), na posição de processamento, mais precisamente de modo tal que os raios opostos entre si não podem ofuscar-se e, portanto, os geradores não podem ser perturbados por luz ofuscante. De preferência, os raios laser percorrem respectivamente um trajecto ao longo das arestas de duas pirâmides quadrangulares opostas imaginárias, cujos vértices são formados pela posição de processamento e cujas arestas estão no prolongamento uma das outras.

Cada um dos dois raios laser associados a uma pirâmide situam-se num mesmo plano que é perpendicular ao plano correspondente dos outros raios laser.

Também na posição de processamento, mas perpendicularmente ao eixo da autoclave, há dois estiletes (20) e (21), apoiados de maneira móvel e alinhados um com o outro, cujas faces de topo actuam como cabeças de refrigeração e estão situadas diametralmente opostas reíativamente aos dois lados da posição de processamento. 0 canal de guia do estilete (20) ou (21), respectivamente, é montado sem folga na parede da autoclave (1) e encontra-se sob a sua pressão hidrostática do gás. Por meio de aplicação simultânea de um impulso eléctrico às bobinas de núcleo mergulhador (22) e (23) que actuam nos estiletes, ambos os estiletes são acelerados em sentidos opostos e ressaltam um no outro com uma velocidade de ressalto de por exemplo 12,0 m s”¹. Uma esfera líquida por fusão, que se encontra na posição de processamento, é esmagada entre as superfícies de topo dos estiletes e arrefecida com grande velocidade (superior a 10θ Ks~^) e comprimida para formar um cilindro achatado de 10 a 50 micrómetros de espessura. A velocidade de arrefecimento é susceptível de variar através da aceleração.

A fim de poder seguir-se e influenciar-se o processo de maneira precisa, previu-se um pirómetro de seis comprimentos de onda (24), que é ajustado, através de uma outra janela (25) na parede da autoclave, com a posição de processamento e permite a medição contínua de temperaturas entre 1 200 e 5 000°K. São avaliados por exemplo os comprimentos de onda da luz de

- ό Ζ ,

500 nm, 600 nm, 680 nm, 800 nm, 960 nm e 1 040 nm. 0 aparelho pode efectuar uma medição em microssegundos e definir espacialmente a mancha de medição mínima que pode surgir de 50 micrómetros. Descreve-se um tal pirómetro na revista Temperature, 1982, Vol. 5, pág. 439 a 446.

Um comando de execução electrónico, não representado, coordena o funcionamento dos geradores laser, o dispositivo de levitação e os estiletes de arrefecimento, mais concretamente da seguinte maneira:

Em primeiro lugar, enche-se o depósito de esferas (7) do dispositivo de alimentação (3) com cerca de 50 peças em bruto de forma esférica das amostras e depois fecha-se de maneira estanque aos gases. Enche-se depois o autoclave com o gás apropriado para o processo e leva-se à pressão desejada. A seguir, mediante a actuação do motor (4) leva-se uma esfera que constitui uma peça em bruto para o canal de alimentação (6), de onde cai bruscamente para a cesta de retenção (26) sob a posição de processamento (2). Se então se ligar o dispositivo de levitação piezoeléctrico (12), a peça em bruto fica num estado de suspensão na posição de processamento, podendo esse estado ser alterado eventualmente por reajustamento, com o auxílio do motor de elevação (10). Activam-se então durante um curto intervalo de tempo e simultaneamente os dois laser (14) e (15), dependendo a duração do impulso e a energia do impulso da temperatura desejada. A peça em bruto funde então num tempo curto reprodutível, de modo que podem então activar-se as bobinas de núcleo mergulhador (22) e (23) e os estiletes (20) e (21) podem esmagar a amostra líquida por fusão entre si. Depois

do retrocesso rápido dos estiletes e da desligação do dispositivo de levitação, a amostra pronta cai através de um funil para o recipiente de recolha (9) na parte inferior do aparelho.

Pode seguir-se todo o processo através do pirómetro (24).

Depois pode fornecer-se a segunda esfera em bruto do depósito (7) para a posição de processamento e processar-se da mesma maneira.

Deve notar-se que a fabricação de uma amostra demora apenas uma fracção de segundo e que podem fabricar-se sem interrupção tantas amostras quantas as esferas contidas no depósito (7) e no recipiente de recolha (9). Mediante a optimização dos tempos entre o aquecimento e o arrefecimento pode evitar-se a evaporação da amostra antes do arrefecimento, completamente à vontade.

dispositivo é apropriado para os laboratórios de investigação nos quais, por exemplo, se convertem, para ensaios em série, séries de peças em bruto de composição diversa, em ligas amorfas. Podem também fazer-se variar os parâmetros de temperatura e de tempo de esfera para esfera, por meio de uma programação apropriada do comando de execução. Mas a presente invenção é também apropriada para a fabricação de ligas do tipo vítreo sob a forma de plaquetas para fins industriais, desde que se dê ao depósito (7) θ ao recipiente de recolha (9) capacidades suficientemente grandes.

Claims

1.- Dispositivo para a fabricação de materiais cerâmicos ou ligas metálicas amorfos, com um autoclave de alta pressão, no qual em primeiro lugar uma peça em bruto é aquecida por meio de raios laser até ã temperatura de fusão e em seguida arrefecida bruscamente, caracterizado por:

- se situar por baixo de uma posição de processamento (2), na qual a amostra é aquecida e é arrefecida, um dispositivo de levitação acústico (12), que é formado por uma fonte sonora excitada piezoelectricamente e mantém a amostra na posição de processamento (2) sem qualquer contacto,

- a posição de processamento (2) se situar no ponto de intersecção de pelo menos dois raios laser (14,15), que penetram no autoclave através de janelas (19) para aquecer a amostra,

- dois cunhos (20,21) estarem colocados no autoclave (1), opostos, um de cada lado da posição de processamento (2), os quais podem chocar um com o outro electromagneticamente para esmagar a

-9amostra entre si e então arrefecer a mesma bruscamente.

2. - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a posição de processamento (2) se situar no ponto de intersecção de quatro raios laser, propagando-se cada um dos raios laser ao longo de uma aresta de uma pirâmide quadrangular imaginária .

3. - Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, caracteri zado por se derivarem cada dois raios laser opostos de um gerador laser comum (14 ou 15, respectivamente).

4. - Dispositivo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado por um pirómetro de vários comprimentos de onda (24) ser dirigido, através de uma janela (25) na parede do autoclave (1), para a posição de processamento (2).

5. - Dispositivo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado por se prever um dispositivo de comando de execução, programável, que comanda os geradores de raios laser, o dispositivo de levitação (12) e os cunhos (20,21).

6.- Dispositivo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado por ser colocada uma cesta de retenção transoarente acústica entre o disoositivo de levitação (12) e a posição de processamento (2)