一种玻璃包覆金属超微丝的熔融成形设备的制作方法

本发明涉及到一种金属微丝的生产设备，尤其涉及到一种玻璃包覆金属超微丝的熔融成形设备。

背景技术：

随着电子、通讯、信息工业的发展，对超微金属微丝提出了越来越高的要求，如：直径尺寸微小，强度高、耐强蚀、耐高温、抗辐照以及高绝缘性等。采用常规塑性成形方法难以制备直径为微米级的金属超微丝。近年来，采用熔融纺丝法制备玻璃包覆金属微丝，虽可实现微米级别金属丝的制备，但由于金属熔池悬浮的稳定较差，微丝外径和芯丝直径的尺寸波动较大，难以满足微电子、半导体封装对超微导丝产品性能的要求。

技术实现要素：

针对悬浮玻璃熔融包覆金属微丝生产稳定性的不足，本发明提出一种玻璃包覆金属超微丝的熔融成形设备。

所述超微玻璃包覆金属丝，其特征在于，超微玻璃包覆金属丝的断面结构由玻璃包覆层和金属芯丝层组成，超微玻璃包覆金属丝的外径为0.005-0.4mm，包覆层材质为玻璃，玻璃包覆层厚度为不小于0.002mm且不大于0.01mm。

进一步所述金属芯丝层的材质为工业纯金属或合金；

进一步所述，玻璃的转变温度不高于芯丝层金属的熔点；

进一步所述，本设备处于工作状态时，玻璃置于玻璃熔融坩埚内，加热系统让玻璃处于流体状态，金属熔融坩埚底部外附设有模板，玻璃熔融坩埚底部与模板开设有玻璃包覆金属丝成形的模孔；金属则置于金属熔化管内熔化，金属熔化管下端开口置于模孔的正上方，在熔融玻璃液面和金属液面施加一定压力，然后采用引丝器从模板模孔内引出玻璃液和金属液，熔融玻璃与金属液在模孔内复合、拉出在外经冷却定形、收丝成卷。

该装置由玻璃熔融坩埚、加热系统、加压系统、模板、金属熔化管、收丝系统、冷却系统、连接接头1、连接接头2、截止阀、柔性管组成。

所述玻璃融坩埚采用陶瓷、或陶瓷外套石墨、或石墨、或高温合金材料制成，玻璃熔融坩埚分为炉体和炉盖，两者之间采用螺栓 铜垫、螺栓 玻璃垫、或螺纹的形式实现坩埚容器的封闭，玻璃熔融坩埚与模板之间采用水玻璃紧密贴合在一起，玻璃熔融坩埚底部开设有锥台形通孔，锥台的锥形开口朝上，锥台的锥形顶角为60-150゜，模板直接置于熔融坩埚底部的下面，在坩埚底部锥台形模孔的正下方的模板处开设有微模孔，微模孔必有一段等径孔，等径孔的直径为所制备玻璃包覆金属超微丝的外径，等径孔的高度为0.5-2mm；在玻璃熔融坩埚的炉盖装配有用于压力介质充入的连接接头1，炉盖同时开设有一个为金属熔化管穿过的固定孔，金属液熔化管从固定孔引出玻璃熔融坩埚，金属熔化管、连接接头1与炉盖之间的缝隙采用水玻璃密封。

进一步，所述玻璃融坩埚采用陶瓷外套石墨、或石墨制成时，石墨的外露表面采用外刷耐火涂料防止高温下石墨的氧化。

所述加热系统包含加热元件及附件；加热元件采用电阻丝、或碳化硅棒、或感应器；采用电阻丝作为加热元件时，炉膛断面为圆形，加热元件采用碳化硅棒时，炉膛断面为矩形；加热元件采用感应器时，感应器工作频率不小于1000hz，感应器采用整体式、或螺旋式；附件为温度测量及控制所需部件，但不限于热电偶、温控仪、补偿导线。

进一步，所述玻璃熔融坩埚除传热面及模板微孔处必要露面外，玻璃熔融坩埚外包覆绝热保温材料。

所述金属熔化管采用陶瓷、或陶瓷基复合材料、或高温合金制成，金属熔化管两端开口，金属熔化管下端为变截面结构，靠近玻璃熔融坩埚底部端的横截面越小，金属熔化管最下端的外径小于玻璃熔融坩埚锥台形孔的最大圆直径1mm以上，金属熔化管下端开口的孔径不大于1mm，金属熔化管固定于熔融坩埚底部锥台形孔的正上方，金属熔化管的最下端深入玻璃熔融坩埚锥台形孔的深度不小于1mm，金属熔化管的外管壁与锥台孔的孔壁之间的最小缝隙不小于0.5mm。

所述加压系统包含一根软管、2根直管、液面自动监测计、自动升降台；软管分别与2根直管相连形成u形管，u形管两端采用柔性管分别与玻璃熔融坩埚炉盖的连接接头1，及金属液熔化管的上端开口相连，与金属液熔化管开口端相连端装配有用于保护性气体充入的连接接头2和截止阀，在u形底部放入不与液态金属反应的液体，u形管一边固定不同，另外一边则固定于移动升降台，采用液面自动监测计监测u形管内液面的变化，移动升降台的垂直升降则与液面自动监测计监测的液面高度差之间实现联动，以保证熔融玻璃液面与熔化金属液面两者压力差值的恒定。

进一步，所述冷却机构采用水雾或风冷形式实现，冷却机构置于模板模孔的侧下方；

进一步，所述收丝器采用电机带动收丝卷轴来实现，收丝器置于模板下方，收丝卷轴可沿处于水平面的直线段做双向移动，收丝卷轴沿直线段的移动方向与模板模孔的轴线方向垂直。

本发明的优点在于：

1）与熔融纺丝法相比，无需考虑悬浮力、熔融玻璃温度、金属液重量的变化导致金属坠落的影响，其熔池稳定性提高，采用模板微孔成形微丝，其直径恒定；

2）生产效率提高，熔融纺丝法因为悬浮力的限制，熔融金属质量受到严格限制，无法实现连续性生产；

3）玻璃熔融坩埚、金属液熔化管的压力采用u形管调控，可通过u形管两端液面高差调整压力之差值，、装置简单、投资少、压力调整精度高、装置稳定性高；

4）在充入液体位置与金属液导管之间安装有压力计及充保护性气体的开关，在加热时可充入保护性气体，可免于金属的氧化，节省了保护性气体费用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。图中（1）为为加热系统，采用电阻丝、或碳硅棒、或感应器；（2）为玻璃熔融坩埚，采用陶瓷材料制成；（3）为熔融玻璃；（4）为金属熔化管，采用陶瓷、或陶瓷基复合材料、或高温合金制成，金属熔化管两端开口，金属熔化管下端为变截面结构；（5）为连接接头1,；（6）为截止阀，采用球阀、或闸阀；（7）为连接接头2；（8）为加压系统，包含一根软管、2根直管、液面自动监测计、自动升降台；（9）为柔性管，采用橡胶、或铜及铜合金、或铝合金制成；（10）为熔化芯丝金属；（11）为模板采用高温合金或陶瓷、或陶瓷基复合材料制成：（12）为玻璃包覆金属超微丝；（13）为收丝机构采用电机带动收丝卷轴来实现，收丝器置于模板下方，收丝卷轴可在一个方向做反复移动，收丝卷轴的移动方向与模板模孔的轴线方向垂直；（14）为冷却机构，采用风冷或水雾冷却形式实现，冷却机构置于模板模孔的侧下方。

具体实施方式

例1

该装置由玻璃熔融坩埚、加热系统、加压系统、模板、金属熔化管、收丝系统、冷却系统、连接接头1、连接接头2、截止阀、柔性管组成。图1为本发明的结构示意图。图中（1）为为加热系统，采用电阻丝；（2）为玻璃熔融坩埚，采用陶瓷材料制成，非传热面包覆绝热棉保温；玻璃熔融坩埚底部开设有锥台形模孔，锥台的锥形开口朝上，锥台的锥形顶角为120-150゜，模板直接置于熔融坩埚底部的下面，在坩埚底部锥台形模孔的正下方的模板处开设有微模孔，微模孔必有一段等径孔，等径孔的直径为所制备玻璃包覆金属超微丝的外径，等径孔的高度为0.5-1.5mm；（3）为熔融玻璃；（4）为金属熔化管，采用陶瓷制成，金属熔化管两端开口，金属熔化管下端为变截面结构；金属熔化管下端为变截面结构，靠近玻璃熔融坩埚底部端的横截面越小，金属熔化管最下端的外径小于玻璃熔融坩埚锥台形孔的最大圆直径1mm，金属熔化管下端开口的孔径为0.5mm，金属熔化管固定于熔融坩埚底部锥台形孔的正上方，金属熔化管的最下端深入玻璃熔融坩埚锥台形孔的深度为2mm，金属熔化管的外管壁与锥台孔的孔壁之间的最小缝隙为1mm。（5）为连接接头1,；（6）为截止阀，采用球阀；（7）为连接接头2，采用球阀制成；（8）为加压系统，包含一根软管、2根直管、液面自动监测计、自动升降台；（9）为柔性管，采用铜制成；（10）为熔化芯丝金属；（11）为模板采用陶瓷材料制成：（12）为玻璃包覆金属超微丝；（13）为收丝机构采用电机带动收丝卷轴来实现，收丝器置于模板下方，收丝卷轴可在一个方向做反复移动，收丝卷轴的移动方向与模板模孔的轴线方向垂直；（14）为冷却机构，采用风冷实现，冷却机构置于模板模孔的侧下方。