一种激光加热气体悬浮高温撞击急冷装置的制作方法

本发明涉及材料研究制备，具体是一种激光加热气体悬浮高温撞击急冷装置。

背景技术：

1、无容器技术是一种超常技术，用于研究新材料，研究新的物理现象，凝固机理。激光加热其他悬浮装置是一种利用无容器技术，实现高温材料的高温熔化加热，实现快速凝固的一种科学研究和材料设备的装置。目前的无容器技术的主要问题在于：1、高温熔体无法快速冷却，凝固结晶等研究进程迟缓；2、无法研究实施以不同速度不同温度的高温基板与自由落体的样品撞击；3、高温撞击速度快，瞬间即逝，观察熔滴与基板相撞的瞬间状况难度大。因此，针对上述问题提出一种激光加热气体悬浮高温撞击急冷装置。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种激光加热气体悬浮高温撞击急冷装置。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种激光加热气体悬浮高温撞击急冷装置，包括喷嘴分合机构、悬浮炉体、高速相机一、高速相机二、堵落控制机构、驱动执行件、托盘、撞击基板、上层板、光学平台和下层板，所述驱动执行件的输出端与所述托盘底部连接，且位于所述托盘上的加热区域设有撞击基板，所述撞击基板位于悬浮炉体中的中部导管底端端口的正下方，且位于撞击基板顶部的同水平面周围分布设有高速相机一和高速相机二，所述中部导管底端的端口处设有堵落控制机构；

3、所述喷嘴分合机构包括喷嘴组件块、半锥槽、半圆孔槽、分合连接头和喷嘴分合气缸，分别位于两个喷嘴组件块上的半锥槽之间形成一个物料放置锥槽，且物料放置锥槽底部通过拼合在一起的两个半圆孔槽与位于所述悬浮炉体中的矩形凹面内部空间连通，位于所述喷嘴分合气缸输出端的两个分合连接头分别与两个所述喷嘴组件块连接；

4、拼合在一起的两个所述半圆孔槽与所述中部导管形成一个共中心线的自由落体孔道，且中部导管顶端端口与所述矩形凹面内部空间连通，所述中部导管与位于所述悬浮炉体中的气体导入嘴连通。

5、优选的，所述悬浮炉体还包括上圆筒、喷嘴放置凹面、冷却水出接头、下圆筒、冷却水进接头、密封套管和连接环板，所述上圆筒筒口与所述下圆筒筒口密封连接，且上圆筒顶端端面开设有喷嘴放置凹面，所述上圆筒上和所述下圆筒上分别连通设有冷却水出接头和冷却水进接头，位于所述下圆筒内的密封套管内与所述中部导管的对应部分密封固定连接，所述上圆筒通过连接环板与所述上层板的对应部位固定连接。

6、优选的，所述冷却水出接头和冷却水进接头均通过管体与外接冷却水循环制冷设备连接。

7、优选的，所述矩形凹面设置在同一个悬浮炉体中的喷嘴放置凹面内底部，所述中部导管和气体导入嘴均设置在同一个悬浮炉体中的上圆筒上的不同位置处。

8、优选的，所述堵落控制机构包括堵头、连接座和推拉气缸，所述堵头一端的端面通过移动与所述中部导管的底端端口相互密封接触，且堵头另一端与位于所述推拉气缸输出端上的连接座固定连接，所述推拉气缸的缸体部分通过对应的气缸固定板与所述上层板底部固定连接，所述推拉气缸型号不仅限为4v210-08。

9、优选的，所述喷嘴组件块底部的部分表面与位于所述矩形凹面端口处的周围表面相互滑动接触，且两个喷嘴组件块底部的部分表面之间形成的遮盖区域远大于所述矩形凹面端口。

10、优选的，所述托盘上的加热区域热源包括置于托盘上的加热器加热和照射在撞击基板上的激光加热。

11、优选的，所述驱动执行件包括加速气缸和加速电机，且驱动执行件安装在下层板底部，其中加速电机运行转速为0-150r/min，且托盘速度范围与电机运行转速一样。

12、优选的，所述上层板顶部一侧通过连接杆与位于喷嘴分合气缸缸体部分上的气缸固定板相互固定连接，且上层板底部四角处与位于下层板四角处的支杆结构对应连接，位于下层板四角处的每一个支杆结构底端与光学平台的对应部位固定连接，所述喷嘴分合气缸型号为hfkl16。

13、优选的，所述物料放置锥槽内气动悬浮的所定尺寸的颗粒总质量为10-50mg，且所定尺寸的颗粒与撞击基板顶部表面之间间距为50-500mm。

14、本发明的有益效果是：

15、一、通过高速状态下的托盘带动连接的撞击基板处于同高速状态，并结合高温熔滴自由落体，实现高温熔滴与高温高速的撞击基板之间的撞击，同时可利用撞击加速冷却，解决现有无容器技术设备中无法快速冷却的问题；

16、二、通过控制撞击基板的加热温度，可以控制撞击基板在不同温度进行凝固结晶以及相选择凝固，以便制备新型高性能材料，对于在不同温度不同速度进行撞击的材料进行高速相机的观察分析，可以研究高温材料的高温性能、受损机理和服役寿命；

17、三、通过高速相机一和高速相机二组成高速撞击的观察系统，实现熔滴与撞击基板相撞的瞬间的高速观察；通过喷嘴分合机构与悬浮炉体之间的结合使用，起到对所定尺寸的颗粒实施气动悬浮的作用，实现无容器技术。

技术特征：

1.一种激光加热气体悬浮高温撞击急冷装置，其特征在于：包括喷嘴分合机构（1）、悬浮炉体（2）、高速相机一（3）、高速相机二（4）、堵落控制机构（5）、驱动执行件（6）、托盘（7）、撞击基板（9）、上层板（10）、光学平台（12）和下层板（11），所述驱动执行件（6）的输出端与所述托盘（7）底部连接，且位于所述托盘（7）上的加热区域设有撞击基板（9），所述撞击基板（9）位于悬浮炉体（2）中的中部导管（215）底端端口的正下方，且位于撞击基板（9）顶部的同水平面周围分布设有高速相机一（3）和高速相机二（4），所述中部导管（215）底端的端口处设有堵落控制机构（5）；

2.根据权利要求1所述的一种激光加热气体悬浮高温撞击急冷装置，其特征在于：所述悬浮炉体（2）还包括上圆筒（210）、喷嘴放置凹面（211）、冷却水出接头（214）、下圆筒（220）、冷却水进接头（221）、密封套管（222）和连接环板（230），所述上圆筒（210）筒口与所述下圆筒（220）筒口密封连接，且上圆筒（210）顶端端面开设有喷嘴放置凹面（211），所述上圆筒（210）上和所述下圆筒（220）上分别连通设有冷却水出接头（214）和冷却水进接头（221），位于所述下圆筒（220）内的密封套管（222）内与所述中部导管（215）的对应部分密封固定连接，所述上圆筒（210）通过连接环板（230）与所述上层板（10）的对应部位固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种激光加热气体悬浮高温撞击急冷装置，其特征在于：所述冷却水出接头（214）和冷却水进接头（221）均通过管体与外接冷却水循环制冷设备连接。

4.根据权利要求1所述的一种激光加热气体悬浮高温撞击急冷装置，其特征在于：所述矩形凹面（212）设置在同一个悬浮炉体（2）中的喷嘴放置凹面（211）内底部，所述中部导管（215）和气体导入嘴（213）均设置在同一个悬浮炉体（2）中的上圆筒（210）上的不同位置处。

5.根据权利要求1所述的一种激光加热气体悬浮高温撞击急冷装置，其特征在于：所述堵落控制机构（5）包括堵头（510）、连接座（520）和推拉气缸（530），所述堵头（510）一端的端面通过移动与所述中部导管（215）的底端端口相互密封接触，且堵头（510）另一端与位于所述推拉气缸（530）输出端上的连接座（520）固定连接，所述推拉气缸（530）的缸体部分通过对应的气缸固定板（13）与所述上层板（10）底部固定连接，所述推拉气缸（530）型号不仅限为4v210-08。

6.根据权利要求1所述的一种激光加热气体悬浮高温撞击急冷装置，其特征在于：所述喷嘴组件块（110）底部的部分表面与位于所述矩形凹面（212）端口处的周围表面相互滑动接触，且两个喷嘴组件块（110）底部的部分表面之间形成的遮盖区域远大于所述矩形凹面（212）端口。

7.根据权利要求1所述的一种激光加热气体悬浮高温撞击急冷装置，其特征在于：所述托盘（7）上的加热区域热源包括置于托盘（7）上的加热器（8）加热和照射在撞击基板（9）上的激光加热。

8.根据权利要求1所述的一种激光加热气体悬浮高温撞击急冷装置，其特征在于：所述驱动执行件（6）包括加速气缸和加速电机，且驱动执行件（6）安装在下层板（11）底部，其中加速电机运行转速为0-1500r/min，且托盘（7）速度范围与电机运行转速一样。

9.根据权利要求1所述的一种激光加热气体悬浮高温撞击急冷装置，其特征在于：所述上层板（10）顶部一侧通过连接杆与位于喷嘴分合气缸（130）缸体部分上的气缸固定板（13）相互固定连接，且上层板（10）底部四角处与位于下层板（11）四角处的支杆结构对应连接，位于下层板（11）四角处的每一个支杆结构底端与光学平台（12）的对应部位固定连接，所述喷嘴分合气缸（130）型号为hfkl16。

10.根据权利要求1所述的一种激光加热气体悬浮高温撞击急冷装置，其特征在于：所述物料放置锥槽内气动悬浮的所定尺寸的颗粒总质量为10-50mg，且所定尺寸的颗粒与撞击基板（9）顶部表面之间间距为50-500mm。

技术总结本发明公开了一种激光加热气体悬浮高温撞击急冷装置，涉及材料研究制备技术领域，包括喷嘴分合机构、悬浮炉体、高速相机一、高速相机二、堵落控制机构、驱动执行件、托盘和撞击基板。本发明的有益之处在于：通过高速状态下的托盘带动连接的撞击基板处于同高速状态，实现自由落体的高温熔滴与高温高速的撞击基板之间的撞击，可利用撞击加速冷却，解决现有无容器技术设备中无法快速冷却的问题，对于在不同温度不同速度进行撞击的材料进行高速相机的观察分析，可以研究高温材料的高温性能、受损机理和服役寿命；通过控制撞击基板在不同温度进行凝固结晶以及相选择凝固，以便制备新型高性能材料；实现熔滴与撞击基板相撞的瞬间的高速观察。技术研发人员：朱效庆,谢淑燕,余野建定受保护的技术使用者：常州蓝泰光电科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18