УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АМОРФНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ИЛИ СПЛАВОВ МЕТАЛЛОВ Российский патент 1995 года по МПК C22C1/02 C04B35/64 

Изобретение относится к устройству для изготовления аморфных керамических материалов или металлических сплавов с помощью автоклава высокого давления, в котором заготовка пробы сначала нагревается с помощью лазерных лучей до температуры плавления, а затем резко охлаждается.

Задачей изобретения является обеспечение возможности изготовления в гравитационном поле Земли атмосферных субстанций с высокой степенью частоты.

На чертеже представлено устройство, общий вид.

Устройство содержит автоклав 1 преимущественно цилиндрической формы, в центре которого находится место 2, в котором имеющая форму сферы проба должна нагреваться и охлаждаться. Проба выходит из устройства 3 для подвода шариков, которое аксиально укреплено на автоклаве и имеет последовательно размещенные шарики или заготовки с составом желаемого сплава для поочередной транспортировки в позицию 2 процесса. С этой целью устройство содержит шаговый электродвигатель 4 и приводимый в действие последним отсекающий диск 5, а также полый шток 6, через который деблокированный относительно магазина 7 шарик может быть переведен в позицию 2 процесса.

Противоположно устройству 3 для подвода шариков по отношению к позиции процесса на автоклаве смонтирован корпус 8 с резервуаром 9 для приема готовых проб, а также подвижный электродвигатель 10, который с помощью ходового винта 11 несет акустическое резонансное левитационное устройство 12. Последнее находится ниже позиции 2 процесса и оснащено несколькими электрически возбуждаемыми пьезокерамическими дисками.

Между позицией 2 процесса и левитационным устройством 12 дополнительно расположена акустически проницаемая улавливающая корзина 26, а выше позиции процесса - отражательный диск 13, через центральное отверстие которого осуществляется подвод шариков из магазина 7. Исходящие от левитационного устройства звуковые волны отражаются на способном к резонансу расстоянии от отражательного диска 13, в результате чего обеспечивается возможность точного, свободного от дрейфа, повторяемого, стабильного и свободного от колебаний позиционирования шариков без какой-либо опасности того, что шарики будут загрязнены в результате контакта со стенкой. Этот метод действует при давлениях в автоклаве от 10 до 1000 бар и при температурах от 1000 до 4000К и выше, а также при использовании любых инертных газов и обеспечивает бесконтактное удержание как металлических, так и не проводящих электрический ток материалов.

Диаметр шариков может составлять от 0,2 до 2 мм, причем длительность левитации может расширяться любым образом и требует лишь небольшой мощности, приблизительно сравнимой с электромагнитной индукционной левитацией. За счет регулировки подъемного электродвигателя 10 шарик может точно левитироваться в позицию процесса.

Нагрев шарика в позиции 2 процесса осуществляется с помощью двух лазерных лучей 14 и 15, которые могут быть отведены от одного общего генератора Nd-УАG. Оба лазерных луча распределяются каждый с помощью зеркал 16 и 17 для деления лучей на два луча, которые через отклоняющее зеркало 18 и окно 19 в стенке автоклава 1 направляются в позицию 2 процесса, а именно таким образом, что противолежащие лучи не диафрагмируются и следовательно генераторы не могут быть разрушены в результате воздействия слепящего света.

В предпочтительном случае два лазерных луча проходят вдоль кромок двух противолежащих четырехсторонних пирамид, острия которых образованы позицией процесса и кромки которых переходят друг в друга. По два приданных одной пирамиде лазерных луча расположены в одной плоскости, проходящей перпендикулярно к соответствующей плоскости других лазерных лучей.

Также предусмотрены ориентированными на позицию процесса, но направленными перпендикулярно к оси автоклава два пуансона 20 и 21, которые укреплены подвижно и на одной прямой и торцовые поверхности которых действуют в качестве охлаждающих головок, располагаясь диаметрально противоположно по обеим сторонам от позиции процессов. Направляющий канал для пуансона 20 или 21 герметически встроен в стенку автоклава и находится под его гидростатическим давлением газа. За счет одновременного приложения электрического импульса к воздействующим на пуансон подвижным катушкам 22 и 23 оба пуансона претерпевают встречное ускорение и соударяются со скоростью соударения, составляющей, например, 12,0 мс^-1. При этом присутствующий в виде жидкого расплава шарик, находящийся в позиции процесса, расплющивается между торцовыми поверхностями пуансонов и охлаждается с высокой скоростью (более 10⁶ Кс^-1), сжимаясь в виде плоского цилиндра с толщиной от 10 до 50 мкм. Скорость охлаждения может варьироваться посредством изменения ускорения.

Для того, чтобы обеспечить возможность точного слежения за процессом, и при необходимости возможность оказания влияния на процесс, предусмотрен работающий на шести длинах волн пирометр 24, который через следующее окно 25 в стенке автоклава направлен на позицию процесса и обеспечивает возможность непрерывного измерения температур в диапазоне от 1200 до 5000К. Осуществляется оценка, например, длин световых волн 500, 600, 680, 800, 960 и 1040 нм. Устройство способно выполнять измерение в микросекундах при пространственной разрешающей способности 50 мкм применительно к минимальному размеру измерительного пятна.

Электронная система управления процессом координирует функцию лазерных генераторов, левитационного устройства и охлаждающих пуансонов следующим образом.

Сначала магазин 7 шариков подводящего устройства 3 заполняется приблизительно 50-ю имеющими форму шариков заготовками пробы, после чего герметично запирается. После этого автоклав заполняется пригодным для процесса газом и в нем устанавливается необходимое давление. После этого в результате срабатывания электродвигателя 4 один шарик заготовки направляется в подводящий канал 6, откуда он падает в улавливающую корзину 26 точно под позицией 2 процесса.

После включения пьезокерамического левитационного устройства 12 заготовка, находящаяся в позиции процесса, переводится в парящее состояние, которое при необходимости может быть изменено за счет дополнительной юстировки с помощью подъемного электродвигателя 10. После этого кратковременно и одновременно активируются оба лазера 14 и 15, причем длительность импульса и энергия импульса зависят от желаемой температуры. В этом случае заготовка расплавляется в течение воспроизводимого непродолжительного времени, в результате чего теперь могут быть активированы подвижные катушки 22 и 23 и находящаяся в виде жидкого расплава проба может быть расплющена пуансонами 20 и 21. После отвода пуансона в исходные позиции и отключения левитационного устройства готовая проба падает через воронку в приемный резервуар 9, расположенный в нижней части устройства.

Процесс может контролироваться с помощью пирометра 24.

После этого из магазина 7 в позицию 2 процесса может быть передана вторая заготовка, обрабатывающаяся там аналогичным образом.

Следует отметить, что изготовление пробы занимает долю секунды и что непрерывно могут быть изготовлены столько проб, сколько может вместить магазин 7 и приемный резервуар 9. За счет оптимизации временного процесса, протекающего между моментами нагрева и охлаждения, при желании можно полностью предотвратить испарение пробы перед охлаждением.

Устройство пригодно для использования в исследовательской лаборатории, в которой, например, серии заготовок с различным составом должны быть преобразованы в аморфные сплавы для исследования типовых рядов. Возможно также варьирование параметров температуры и кремния для каждого отдельного шарика за счет соответствующего программирования системы управления проточками процесса. Устройство шахты пригодно и для изготовления сплавов в виде стекла в форме пластинок для промышленных целей, поскольку магазин 7 и приемный резервуар 9 могут иметь достаточно большую вместимость.

Сущность изобретения: устройство для изготовления аморфного керамического материала или металлических сплавов содержит автоклав высокого давления, в котором сначала заготовка пробы нагревается с помощью лазерных лучей до температуры плавления и затем резко охлаждается. В соответствии с изобретением проба бесконтактно удерживается в автоклаве с помощью акустического левитационного устройства. На позицию процесса направлены лазерные лучи, которые через окно проникают в автоклав и нагревают пробу. Расплавленная проба попадает затем в область между двумя соударяющимися пуансонами, расплющивается ими и тем самым резко охлаждается. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АМОРФНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ИЛИ СПЛАВОВ МЕТАЛЛОВ, содержащее автоклав высокого давления с центральной рабочей зоной для размещения нагреваемой, а затем быстро охлаждаемой заготовки, отличающееся тем, что оно снабжено источником лазерных лучей с оптической системой, установленным с возможностью подачи, по меньшей мере двух лазерных лучей через отверстия в автоклаве с пересечением их в рабочей зоне для нагрева заготовки, расположенным под рабочей зоной акустическим левитационным устройством в виде пьезоэлектрически возбуждаемого источника звуковых волн для бесконтактного удержания заготовки и двумя пуансонами для деформирования и быстрого охлаждения заготовки, установленными противоположно друг другу по обе стороны рабочей зоны. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптическая система установлена с возможностью пересечения в одной точке четырех лазерных лучей, каждый из которых проходит вдоль крышки воображаемой четырехсторонней пирамиды. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что два противоположных лазерных луча отводятся от одного общего генератора. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено работающим на нескольких длинах волн пирометром, а в стенке автоклава выполнено окно для работы пирометров. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено программируемой системой управления работой лазерных генераторов, левитационного устройства и пуансона. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено акустически проницаемой улавливающей корзиной, установленной между левитационным устройством и точкой пересечения лазерных лучей.