CN110257898A - 基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉 - Google Patents

基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉 Download PDF

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朱鑫涛
朱德本
朱玉棠
刘杰
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    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
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Abstract

本发明属于单晶叶片应用技术领域，具体公开了基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉，包括炉体、炉盖、炉胆、进气腔体、密封圈、进气口、出气口、圆形中空密封筒、隔热挡圈、石墨烯颗粒、旋转控制杆、单晶叶片连接座、加热器壳体和加热器元件。本发明的基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉的有益效果在于：其设计结构合理，高温梯度2‑3 K/mm，生产成本低（因为抽拉速率高），组织性能提高，可通过抽气灵活改变热场参数等，能对单晶叶片完成高效、稳定的定向凝固作业，提高模壳的强度（石墨烯和本身的模壳表面反应，形成致密的结构提高了强度（可免去在模具表面包裹碳纤维的成本）以及透气性提高（因为是纳米颗粒，热传导性能好）。

Description

基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉
技术领域
本发明属于单晶叶片应用技术领域，具体涉及基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉。
背景技术
单晶叶片是只有一个晶粒的铸造叶片，定向结晶叶片消除了对空洞和裂纹敏感的横向晶界，使全部晶界平行于应力轴方向，从而改善了合金的使用性能。
单晶高温合金做的涡轮叶片非常好用，能够在一定应力条件下长期工作的金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，已成为军民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料。
在单晶叶片制备工艺中，存在对单晶叶片进行冷却凝固的工序，其冷却凝固的合理性将直接影响所制备的冷却凝固质量。现有的用于的单晶叶片的单晶叶片结构，其设计不合理，具有以下：1、低梯度和不均匀的温度梯度（1 K/mm），2、生产成本高（抽拉速率低、容易形成铸造缺陷等），3、低的组织性能（枝晶臂间距大、容易形成偏析、缩孔等），4、由于屏蔽不良和绝缘不良，挡板性能不佳等缺点。
因此，基于上述问题，本发明提供基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉，其设计结构合理，生产成本低（因为抽拉速率高），组织性能提高，可通过抽气灵活改变热场参数等，能对单晶叶片完成高效、稳定的定向凝固作业。
技术方案：本发明提供基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉，包括炉体、炉盖，及设置在炉体内的炉胆，及设置在炉体、敞开式炉胆底部连接面的进气腔体、密封圈，及设置在在炉体上的进气口、出气口，及与敞开式炉胆连接的圆形中空密封筒，及与圆形中空密封底面连接的隔热挡圈，及设置在敞开式炉胆内的石墨烯颗粒，及依次贯穿炉体、密封圈、敞开式炉胆的旋转控制杆，及设置在旋转控制杆一端的单晶叶片连接座，及设置在隔热挡圈上的加热器壳体，及设置在加热器壳体内的加热器元件，其中，单晶叶片通过旋转控制杆、单晶叶片连接座进行一定的旋转动作，所述敞开式炉胆底部内均布通气孔，且通气孔直径尺寸小于石墨烯颗粒的直径尺寸，隔热挡圈内设置单晶叶片旋转通孔。
本技术方案的，所述基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉，还包括两端分别与圆形中空密封筒底部外壁、敞开式炉胆内壁连接圆形斜支撑板，其中，圆形斜支撑板内均匀设置出气孔，且出气孔直径尺寸小于石墨烯颗粒的直径尺寸。
本技术方案的，所述石墨烯颗粒将圆形斜支撑板表面均匀覆盖。
本技术方案的，所述进气口的进气惰性气体。
与现有技术相比，本发明的基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉的有益效果在于：其设计结构合理，高温梯度2-3 K/mm，生产成本低（因为抽拉速率高），组织性能提高，可通过抽气灵活改变热场参数等，能对单晶叶片完成高效、稳定的定向凝固作业，提高模壳的强度（石墨烯和本身的模壳表面反应，形成致密的结构提高了强度（可免去在模具表面包裹碳纤维的成本）以及透气性提高（因为是纳米颗粒，热传导性能好）。
附图说明
图1是本发明的基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉的结构示意图；
图2是本发明的基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉的单晶叶片旋转状态下石墨烯颗粒的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例
如图1和图2所示的基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉，包括炉体1、炉盖5，及设置在炉体1内的炉胆2，及设置在炉体1、敞开式炉胆2底部连接面的进气腔体7、密封圈8，及设置在在炉体1上的进气口6、出气口11，及与敞开式炉胆2连接的圆形中空密封筒3，及与圆形中空密封筒3底面连接的隔热挡圈4，及设置在敞开式炉胆2内的石墨烯颗粒14，及依次贯穿炉体1、密封圈8、敞开式炉胆2的旋转控制杆9，及设置在旋转控制杆9一端的单晶叶片连接座15，及设置在隔热挡圈4上的加热器壳体12，及设置在加热器壳体12内的加热器元件13，其中，单晶叶片通过旋转控制杆9、单晶叶片连接座15进行一定的旋转动作（单晶叶片一端贯隔热挡圈4位于加热器壳体12内，其中，隔热挡圈4内的单晶叶片通孔未标出，旋转控制杆9的旋转驱动部件图1中未标出），所述敞开式炉胆2底部内均布通气孔（图1中未标出），且通气孔直径尺寸小于石墨烯颗粒14的直径尺寸（防止石墨烯颗粒14坠入进气腔体7内），隔热挡圈4内设置单晶叶片旋转通孔（图1中未标出）。
进一步优选的，本技术方案的，所述基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉，还包括两端分别与圆形中空密封筒3底部外壁、敞开式炉胆2内壁连接圆形斜支撑板10，其中，圆形斜支撑板10内均匀设置出气孔（图1中未标出），且出气孔直径尺寸小于石墨烯颗粒14的直径尺寸；及所述石墨烯颗粒14将圆形斜支撑板10表面均匀覆盖，保证单晶叶片定向凝固作业的效率；及所述进气口6的进气惰性气体，保证单晶叶片定向凝固作业的安全。
本结构的基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉，一方面其设计结构合理，高温梯度2-3 K/mm，生产成本低（因为抽拉速率高），组织性能提高，可通过抽气灵活改变热场参数等，能对单晶叶片完成高效、稳定的定向凝固作业，提高模壳的强度（石墨烯和本身的模壳表面反应，形成致密的结构提高了强度（可免去在模具表面包裹碳纤维的成本）以及透气性提高（因为是纳米颗粒，热传导性能好），另一方面在凝固冷却过程中，由于石墨烯颗粒受热膨胀，挤出气泡，圆形斜支撑板10（即挡板，采用石墨烯有间隙结构纳米材料），单晶叶片通过旋转控制杆9、单晶叶片连接座15进行一定的旋转动作，而带动周边的石墨烯颗粒进行一定的跟动旋转，旋转移动的石墨烯颗粒内部间隙排出气泡在凝固冷却过程中，通过石墨烯颗粒受热膨胀，挤出气泡，同时气泡在排出过程中，形成负压，正好将模壳里的气孔排出，提高了铸件的组织性能，降低了孔隙率。
本结构的基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉，定向凝固额单晶叶片具有枝晶臂间距优化的（组织性能提高），高梯度表现，提高了抽拉速率、出气率、透气性，生产成本降低，生产效率提高（因为凝固时间变少了）。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉，其特征在于：包括炉体（1）、炉盖（5），及设置在炉体（1）内的炉胆（2），及设置在炉体（1）、敞开式炉胆（2）底部连接面的进气腔体（7）、密封圈（8），及设置在在炉体（1）上的进气口（6）、出气口（11），及与敞开式炉胆（2）连接的圆形中空密封筒（3），及与圆形中空密封筒（3）底面连接的隔热挡圈（4），及设置在敞开式炉胆（2）内的石墨烯颗粒（14），及依次贯穿炉体（1）、密封圈（8）、敞开式炉胆（2）的旋转控制杆（9），及设置在旋转控制杆（9）一端的单晶叶片连接座（15），及设置在隔热挡圈（4）上的加热器壳体（12），及设置在加热器壳体（12）内的加热器元件（13），其中，单晶叶片通过旋转控制杆（9）、单晶叶片连接座（15）进行一定的旋转动作，所述敞开式炉胆（2）底部内均布通气孔，且通气孔直径尺寸小于石墨烯颗粒（14）的直径尺寸，隔热挡圈（4）内设置单晶叶片旋转通孔。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉，其特征在于：所述基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉，还包括两端分别与圆形中空密封筒（3）底部外壁、敞开式炉胆（2）内壁连接圆形斜支撑板（10），其中，圆形斜支撑板（10）内均匀设置出气孔，且出气孔直径尺寸小于石墨烯颗粒（14）的直径尺寸。
3.根据权利要求2所述的基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉，其特征在于：所述石墨烯颗粒（14）将圆形斜支撑板（10）表面均匀覆盖。
4.根据权利要求1所述的基于石墨烯颗粒定向凝固单晶叶片的真空炉，其特征在于：所述进气口（6）的进气惰性气体。
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