CN1114721C - 一种半螺旋选晶器 - Google Patents
一种半螺旋选晶器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1114721C CN1114721C CN 99113400 CN99113400A CN1114721C CN 1114721 C CN1114721 C CN 1114721C CN 99113400 CN99113400 CN 99113400 CN 99113400 A CN99113400 A CN 99113400A CN 1114721 C CN1114721 C CN 1114721C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- spiral
- crystal selector
- semi
- crystal
- selector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 230000007306 turnover Effects 0.000 claims description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000011257 shell material Substances 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 3
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
一种半螺旋选晶器，其特征在于：该选晶器的结构为，在螺旋管沿母线展开平面上，按照确定的升角和半径缠绕，在螺旋管截面上限定在180°范围内，到达边界时折返方向，向相反方向同角度同半径缠绕。本发明具有高的选晶能力，并且制备工艺简单，效率高。
Description
本发明涉及高温合金单晶的制备技术，特别提供了一种用于高温合金单晶生长的半螺旋选晶器。
坩埚单晶熔体生长技术可以划分为两大类：籽晶法和选晶法，理论上而言，应用籽晶法可以制备使任何晶体取向与生长方向平行的单晶，但工艺复杂；而选晶法由于立方系合金的择优生长特性所决定，只能生长[001]取向与生长方向一致的单晶，但单晶制备工艺简单，更幸运的是单晶合金在[001]取向往往获得最佳的力学性能，所以选晶法成为单晶高温合金制备的最广泛的技术。
Higginbotham G.J.S在文献1(Higginbotham G，J.S.，From research tocosteffective directional solidification and single-crystal production andintegrated approach，Materials and Technology，Vol.2，1986，No.5，P.442-460)中提到四种单晶选晶器：a.分段转折式；b.倾斜式；c.尺度限制式；d.螺旋式。陈健等人的发明专利文献2(陈健，郑启，于洋，唐亚俊，胡壮麒，一种金属材料的制备技术，专利申请号：95110277.X)中介绍了一种缩颈式选晶器，实际上与Higginbotham的尺寸限制式本质上可以划分在一个类型，R.A.Laudise的文献3(R.A.Laudise，The growth of single crystals，Prentice Hall ihc.1970)叙述了一种葫芦串式选晶器，更是该类选晶器的发展，都是应用截面尺度变化起到选晶的作用，但从单一缩颈变成多重缩颈结构，选晶效果可以进一步。本发明人在Ni基高温合金单晶制备工艺试验中，曾经对分段转折式选晶器，多重缩颈式选晶器和螺旋选晶器进行对比试验发现，螺旋选晶器具有最突出的选晶作用，选晶成功率最高，晶粒淘汰率也最大，这也是螺旋选晶器技术在单晶叶片工艺上获得最广泛应用的原因。
试验发现螺旋选晶器运用晶体生长方向三维连续变化，结合了晶体生长的择优生长特性，同时选晶路径较长，部分包含了缩颈式，倾斜式选晶器的特性，达到良好的选晶作用，但螺旋选晶器本身结构复杂，加之选晶器还包含起晶器，过渡段等部分，目前只能手工分别制作，手工组合，造成选晶器制备工艺复杂，效率低下，工艺重复性差，实际影响单晶生长。
本发明的目的在于提供一种半螺旋选晶器，其具有高的选晶能力，并且制备工艺简单，效率高。
本发明提供了一种半螺旋选晶器，其特征在于：该选晶器的结构为，在螺旋管沿母线展开平面上，按照确定的升角和半径缠绕，在螺旋管截面上限定在180°范围内，到达边界时折返方向，向相反方向同角度同半径缠绕，螺旋升角α为10-45°，环绕曲率半径R为3-15mm，回绕转折曲率半径r为2-5mm，螺旋选晶器断面直径d为4-8mm，有效缠绕圈数1-10圈，最好为1-3圈。
本发明发展的“半螺旋选晶器”技术，关键特征是180°回绕，而不是360°环绕，构成“半螺旋”结构(见图1和图2)。所谓“半螺旋”结构是相对典型螺旋结构而言，典型螺旋选晶器结构为，在螺旋管沿某母线展开平面上按照确定的升角α，并且在该螺旋管截面上沿固定半径R连续360°缠绕，形似弹簧。而半螺旋选晶器结构，按照同样确定的升角和半径缠绕，但在螺旋管截面上限定在180°范围内，到达边界时折返方向，向相反方向同角度同半径缠绕。本发明用石膏材料制造模具，用高强度糊状中温模料制备半螺旋选晶器，压力压注成形。再运用熔模精密铸造工艺，与铸件熔模，浇铸系统熔模组合成整体模组，制备型壳(铸型)；在专用定向凝固单晶炉中，加热型壳，浇铸镍基单晶高温合金，并定向凝固，制备单晶铸件。
本发明半螺旋选晶器具有如下特点：
1、在保持了螺旋选晶器的晶体生长方向三维连续变化的基本特征的前提下，由360°环绕改为180°回绕，选晶机理不变。
2、因半螺旋回绕结构，在回绕转折处形成新的转折结构，使转折结构和螺旋结构结合起来，必然增强选晶器的选晶特性。
3、同理，因半螺旋回绕结构，可以实现利用简单模具成形。模具设计为上下对开结构，实现简单分型和出模。
4、可以实现选晶器部分与起晶器，过渡段整体一次模具成形。
总之，本发明可以提高选晶器的选晶能力，制备效率，以及选晶器的一致性，改善单晶制备质量和生产率。下面通过实施例详述本发明。
附图1半螺旋选晶器的形貌照片
实施例1：
采用石膏材料制造对开模具，将半螺旋选晶器，起晶器和过渡段整体一次压注成形，压注压力大于500N，压制材料为高强度中温模料，螺旋升角α为10°，环绕曲率半径R为8mm，回绕转折曲率半径r为2mm，螺旋选晶器断面直径d为5mm，有效缠绕圈数为1.5圈。并将整体选晶器与准备好的铸件熔模，浇铸系统熔模组合成整体模组。利用熔模铸造技术，以上述整体模组为母模，制备陶瓷型壳，耐火材料为刚玉质粉料和砂子，粘结剂为硅溶胶。熔出模料之后的型壳经过焙烧，在真空定向单晶炉上浇铸镍基单晶高温合金(DD98X)，并通过定向凝固生长单晶。
实施例2：
螺旋选晶器制备工艺同例1，参数变化为，升角α＝35°，缠绕半径R＝10mm，回绕折转曲率半径r＝3mm，螺旋断面直径d＝7mm，有效缠绕圈数为2圈。后续工序与工艺和实施例1完全相同。
Claims (2)
1、一种半螺旋选晶器，其特征在于：该选晶器的结构为，在螺旋管沿母线展开平面上，按照确定的升角和半径缠绕，在螺旋管截面上限定在180°范围内，到达边界时折返方向，向相反方向同角度同半径缠绕，螺旋升角α为10-45°，环绕曲率半径R为3-15mm，回绕转折曲率半径r为2-5mm，螺旋选晶器断面直径d为4-8mm，有效缠绕圈数1-10圈。
2、按照权利要求1所述半螺旋选晶器，其特征在于：有效缠绕圈数1-3圈。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 99113400 CN1114721C (zh) | 1999-11-03 | 1999-11-03 | 一种半螺旋选晶器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 99113400 CN1114721C (zh) | 1999-11-03 | 1999-11-03 | 一种半螺旋选晶器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1295140A CN1295140A (zh) | 2001-05-16 |
| CN1114721C true CN1114721C (zh) | 2003-07-16 |
Family
ID=5276593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 99113400 Expired - Fee Related CN1114721C (zh) | 1999-11-03 | 1999-11-03 | 一种半螺旋选晶器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1114721C (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102205391B (zh) * | 2011-04-28 | 2012-11-28 | 上海交通大学 | 用于高温合金单晶生长的螺旋选晶器的制备装置及方法 |
| CN102794402B (zh) * | 2012-08-21 | 2014-07-16 | 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 | 一种单晶叶片螺旋选晶器的压型模具 |
| CN103834990B (zh) * | 2014-03-20 | 2016-06-29 | 北京科技大学 | 一种制备定向凝固材料的选晶器及其应用 |
| CN105019023B (zh) * | 2015-08-26 | 2017-08-11 | 江苏中电振华晶体技术有限公司 | 一种泡生法生长蓝宝石晶体的引晶方法 |
| CN105414482B (zh) * | 2015-11-11 | 2017-11-07 | 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 | 一种高强度陶瓷起始段及其制作方法 |
| CN107520403B (zh) * | 2017-07-21 | 2019-12-10 | 中国科学院金属研究所 | 一种高强度单晶铸件用螺旋选晶器的制备方法 |
-
1999
- 1999-11-03 CN CN 99113400 patent/CN1114721C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1295140A (zh) | 2001-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1652960B1 (en) | Sputtering target and method for production thereof | |
| EP1580306A2 (en) | Single crystal investment cast components and methods of making same | |
| CN1114721C (zh) | 一种半螺旋选晶器 | |
| US20100058977A1 (en) | Single crystal seed | |
| GB2128516A (en) | Casting articles having a predetermined crystalline orientation | |
| JPS58181790A (ja) | 単結晶物品及びその鋳造方法 | |
| CN103668461A (zh) | 一种镍基超合金Rene80定向生长柱晶及单晶合金制备及零部件制造方法 | |
| CN105074047B (zh) | 圆筒型溅射靶及其制造方法 | |
| CN109695054A (zh) | 用于籽晶法的单晶零件三维取向可控的定向凝固起始端结构和定向凝固方法 | |
| CN112695377B (zh) | 一种制备[011]或[111]取向单晶高温合金的模壳及方法 | |
| CN107034388A (zh) | 镍基单晶高温合金涡轮叶片的制备工艺 | |
| CN100430530C (zh) | 一种籽晶法凝固定向起始端结构及其应用 | |
| US4548255A (en) | Mold with starter and selector sections for directional solidification casting | |
| CN111168004A (zh) | 一种基于具有籽晶块内嵌结构螺旋选晶器的凝胶注模一体化铸型成型单晶零件的方法 | |
| CN112453357B (zh) | 台体型籽晶制备重型燃机用大尺寸单晶叶片的方法 | |
| EP0092496B1 (en) | Mold with starter and selector sections for directional solidification casting | |
| RU2492025C1 (ru) | Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией | |
| KR102098303B1 (ko) | 금속 합금 조성물, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 성형품 | |
| EP1076119A1 (en) | Apparatus and method for manufacture a directionally solidified columnar grained article | |
| CN110306237A (zh) | 一种设计高效选晶器的方法 | |
| EP0608213A1 (en) | Apparatus for growing hollow crystalline bodies from the melt | |
| CN207659553U (zh) | 一种c型选晶器 | |
| CN114941169A (zh) | 一种块体单晶镍的无熔融制备方法 | |
| CN103834990A (zh) | 一种制备定向凝固材料的选晶器及其应用 | |
| CN114775041B (zh) | 一种[111]取向单晶高温合金的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |