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原文传递微重力状态下的液态金属凝固原位观察装置及观测方法

专利名称：	微重力状态下的液态金属凝固原位观察装置及观测方法
摘要：	本发明公开了一种微重力状态下的液态金属凝固原位观察装置及观测方法，装置包括超声悬浮系统和声场可视化系统；所述超声悬浮系统用于将液态金属样品悬浮于空中，所述声场可视化系统用于对所产生的声驻波场进行显示、以及对微重力状态下液态金属冷却过程中的声驻波场变化进行实时观测。本发明能够在微重力状态下对液态金属的凝固过程进行原位观察。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	东南大学
发明人：	孙东科;王学舟;倪中华;毛士麟
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910207956.1
公开号：	CN110031501A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	王美章
分类号：	G01N25/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	210096 江苏省南京市江宁区东南大学路2号
主权项：	1.一种微重力状态下的液态金属凝固原位观察装置，其特征在于，包括超声悬浮系统，用于将液态金属样品悬浮于空中，包括：支撑底座，所述支撑底座的上部与一透明罩体密封连接，透明罩体内部为一密闭的空腔；超声波换能器，固定设置在所述透明罩体的内部上方，超声波换能器下端通过变幅杆与声发射端连接；声反射端，通过可升降机构设置在透明罩体内部位于所述声发射端的正下方；超声波发生器，设置在透明罩体外部，超声波发生器的信号输入端通过线路与超声波换能器的信号接收端连接；液态金属，悬浮放置在透明罩体内位于所述声发射端和声反射端之间；声场可视化系统，设置在透明罩体外部，用于对所产生的声驻波场进行显示、以及对微重力状态下液态金属冷却过程中的声驻波场变化进行实时观测，包括：光源、前凸透镜、后凸透镜、刀口、观测相机，其中，所述光源、前凸透镜放置在透明罩体外部一侧，所述光源放置在前凸透镜的第一焦点处；所述后凸透镜、刀口、观测相机依次放置在透明罩体外部另一侧，所述刀口放置在后凸透镜的第二焦点处，所述前凸透镜第一焦点处的光源出射光，通过前凸透镜后转变为平行光，穿过透明声场，通过后凸透镜的第二焦点处被刀口切割，最后在观测相机中成像；冷却机构，设置在透明罩体内底部，用于对所述液态金属进行冷却。 2.根据权利要求1所述的微重力状态下的液态金属凝固原位观察装置，其特征在于，所述可升降机构为电动调节支座。 3.根据权利要求2所述的微重力状态下的液态金属凝固原位观察装置，其特征在于：所述电动调节支座通过放置在支撑底座中的步进电机及单片机控制。 4.根据权利要求1所述的微重力状态下的液态金属凝固原位观察装置，其特征在于，所述冷却机构为设置在所述透明罩体内位于支撑底座上呈环形固定的冷却铜管，冷却铜管内设有经过液氮冷却的气态氮流。 5.根据权利要求1所述的微重力状态下的液态金属凝固原位观察装置，其特征在于，所述声反射端表面为平面或者凹球形面。 6.根据权利要求1所述的微重力状态下的液态金属凝固原位观察装置，其特征在于：所述透明罩的透明光学材料为光学石英玻璃，所述透明罩与所述支撑底座之间采用增强柔性垫密封。 7.根据权利要求1所述的微重力状态下的液态金属凝固原位观察装置，其特征在于：所述超声波换能器通过支撑杆与支撑底座固定连接，所述支撑杆为中空柱体，所述超声波换能器的输入走线通过支撑杆连接到所述支撑底座，并在密闭空腔外部与超声波发生器连接。 8.一种基于权利要求1~7中任一所述的微重力状态下的液态金属凝固原位观察装置的观测方法，其特征在于，首先，开启声场可视化系统，打开超声波发生器，调节发生器的输出功率和频率，根据声场可视化系统中观测相机实时得到的图像，调节声发射端与声反射端之间距离到谐振距离，根据可视化的声场在悬浮节点处添加液态金属样品；然后，打开冷却机构进行冷却；在此过程中，根据观测相机得到的声场图像，通过升降机构实时调节声反射端高度，以保持稳定悬浮状态；与此同时，观测相机记录微重力状态下液态金属的凝固过程；最后，将凝固后的样品取出剖开，用金相显微镜进行观察和分析。
所属类别：	发明专利