JP7297889B2 - マルチ結晶粒セレクタ装置、セレクタ装置を使用して柱状結晶粒物品を製造するための方法、及びセレクタ装置を使用して製造された柱状結晶粒物品 - Google Patents

Description

本明細書に記載される主題は、方向性凝固による金属部品の製造に関する。

多数の部品を、方向性凝固技術を使用して形成することができる。方向性凝固（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）（ＤＳ）技術は、結晶粒を特定の方向に整列させた材料の凝固を可能にする。鋳造材料の機械的及び冶金的特性を改善するために、方向性の単結晶構造を生成することができる。これらの構造を、合金の溶融物を鋳造することによって製造することができる。鋳造品の凝固の最中の熱伝達条件が、凝固前面が成長方向に沿って進行して、一次柱状結晶又は結晶粒を生じさせ、溶融物からの二次結晶粒の核生成を回避又は低減するように制御される。

しかしながら、方向性凝固には欠点がないわけではない。鋳造の最中に、金属が合金の液相線温度と固相線温度との間で冷めるとき、典型的には固形分の体積分率が９０％を超えるにつれて、熱間割れが発生する可能性がある。鋳造品の表面において、熱間割れは、曲がりくねっていることが多く、多数の金属ブリッジを有している。破断面に、典型的には、いくらかの粒内破壊を有する樹枝状構造が現れる。熱間割れは、通常は、等軸又は柱状の樹枝状結晶粒の粒界に沿って伝播して観察される。熱間割れは、典型的には、単結晶の樹枝間の領域に沿って伝播したり、低角度の境界に沿って伝播したりすることはない。

熱間割れの発生の頻度を低減するための１つの解決策として、方向性凝固鋳造品の引き出し速度を遅くすることが試みられている。しかしながら、この試みは、鋳造炉のスループットを著しく低下させ、鋳造による部品のコストを増加させる可能性がある。さらに、引き出し速度を遅くすると、結晶粒度が大きくなり、歪みが少数の粒界に集中するため、熱間割れに対する感受性が高まる可能性がある。また、引き出し速度を遅くすると、樹枝アーム間の間隔が大きくなり、溶体化熱処理に長い時間が必要になる可能性がある。これも、工場におけるスループットを低下させ、部品のコストを増加させる可能性がある。さらに、より遅い引き出し速度は、フレックルなどの他の鋳造欠陥につながる可能性がある。

方向性凝固におけるもう１つの問題は、結晶粒度の制御が困難になる可能性である。翼形部などの部品の設計者は、部品の剛性及び振動周波数を計算するときに、金属合金の剛性を考慮する。微細な結晶粒の等軸ミクロ組織を有する部品の場合、剛性は等方性であり、各方向で均一であると仮定することができる。単結晶部品の場合には、部品を設計するときに、各々の結晶学的方向の剛性も考慮することができる。方向性凝固の部品については、柱状結晶粒が互いにランダムに整列しているため、軸（例えば、柱状）方向の剛性が、結晶学的に整列した方向の剛性であると仮定される一方で、面内剛性は、面内結晶学的剛性の平均であると仮定される。この仮定は、結晶粒が大きくなり、翼形部に及ぶにつれて無効になる。

さらに、翼形部の歪み応答及び振動周波数は、結晶学的配向の関数である。単結晶は優れた耐クリープ性を有するが、最新の翼形部の極度に湾曲した形状は、翼形部の一部分が、主要な（例えば、流路）荷重が低剛性の方向に対して垂直に作用するような向きとなることを意味し得る。これは、過度の歪みにつながる可能性があり、ブレードの高調波を変化させる可能性がある。ブレードの高調波を調整するために、内部補強リブを追加することができ、あるいは翼形部の外形を変更する（例えば、翼長中間シュラウドを追加する）ことができる。しかしながら、これらの解決策は、重量を増加させ、ブレードの鋳造方法を複雑にする可能性がある。

米国特許出願公開第２０１２／２５１３３０号明細書

一実施形態において、マルチ結晶粒セレクタ装置は、セレクタ装置の外面を画定する外側本体を含む。外側本体は、鋳造炉の冷却プレートに面するように構成された冷却面と、鋳型内へと面するように構成された反対側の鋳型面とを含む。外側本体は、マルチ結晶粒セレクタカラムのアレイを含み、結晶粒セレクタカラムの各々は、外側本体の冷却面から外側本体の鋳型面に向かって延びる成長方向に沿って配向された端部同士の配置にて互いに流体連通した２つ以上の斜め配向の細長いチャネルから形成される。セレクタカラムは、外側本体の鋳型面の成長開口部まで延びている。セレクタカラムの各々は、成長方向に沿って成長する鋳型内で形成される柱状結晶粒物品の一部である単一結晶粒カラムを対応する成長開口部から形成するように構成されている。

一実施形態において、マルチ結晶粒セレクタ装置は、セレクタ装置の外面を画定する外側本体を含む。外側本体は、鋳造炉の冷却プレートに面するように構成された冷却面と、鋳型内へと面するように構成された反対側の鋳型面とを含む。外側本体は、マルチ結晶粒セレクタカラムのアレイを含み、結晶粒セレクタカラムの各々は、外側本体の冷却面から外側本体の鋳型面に向かって配向された成長方向に沿う方向又はこの成長方向に平行な方向の周りをらせん状に延びるらせんチャネルから形成される。セレクタカラムの各々は、成長方向に沿って成長する鋳型内で形成される柱状結晶粒物品の単一結晶粒カラムを形成するように構成されている。アレイ内のセレクタカラムの成長開口部は、鋳型面に沿った規則的な反復パターンにて配置されている。

一実施形態においては、一方法が、マルチ結晶粒セレクタ装置を柱状結晶粒物品のための鋳型へと配置するステップを含む。セレクタ装置は、冷却面から反対側の鋳型面まで延び、各々が成長方向に沿って柱状結晶粒物品の単一結晶粒カラムを形成するように構成されたマルチ結晶粒セレクタカラムのアレイを含む。この方法は、セレクタ装置を流動性の金属で少なくとも部分的に満たすステップと、セレクタ装置のセレクタカラムの各々において流動性の金属から単一金属結晶粒を成長させるステップとをさらに含む。単一金属結晶粒は、セレクタカラムに沿って成長する。この方法は、セレクタ装置の鋳型面から単一金属結晶粒を成長させて、柱状結晶粒物品を形成するステップをさらに含む。

方向性凝固鋳造システムの一例を概略的に示している。 結晶粒セレクタ装置の一実施形態の斜視図を示している。 図２に示した線３－３に沿った結晶粒セレクタ装置の断面図を示している。 マルチ結晶粒セレクタ装置の斜視図を示している。 図４に示した複数のセレクタ装置から形成されたマルチ結晶粒セレクタアセンブリの斜視図を示している。 マルチ結晶粒セレクタ装置の別の実施形態の斜視図を示している。 図６に示した複数のセレクタ装置から形成されたマルチ結晶粒セレクタアセンブリの斜視図を示している。 マルチ結晶粒セレクタ装置の別の実施形態の斜視図を示している。 図８に示したセレクタ装置の上面図を示している。 マルチ結晶粒セレクタ装置の別の実施形態の斜視図を示している。 図１０に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の結晶粒セレクタカラムのアレイの斜視図を示している。 図１０に示した複数のセレクタ装置から形成されたマルチ結晶粒セレクタアセンブリの斜視図を示している。 マルチ結晶粒セレクタ装置の別の実施形態の斜視図を示している。 図１３に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の上面図を示している。 図１３に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の断面図を示している。 マルチ結晶粒セレクタ装置の別の実施形態の斜視図を示している。 図１６に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の上面図を示している。 図１６に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の断面図を示している。 図１６に示したマルチ結晶粒セレクタ装置のさらなる断面図を示している。 マルチ結晶粒セレクタ装置の別の実施形態の斜視図を示している。 図２０に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の上面図を示している。 図２０に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の断面図を示している。 図２０に示したマルチ結晶粒セレクタ装置のさらなる断面図を示している。 マルチ結晶粒セレクタ装置の別の実施形態の斜視図を示している。 マルチ結晶粒セレクタ装置の別の実施形態の斜視図を示している。 図２５に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の断面図を示している。 図２５に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の上面図を示している。 マルチ結晶粒セレクタ装置の成長開口部の一例を示している。 マルチ結晶粒セレクタ装置の成長開口部の別の例を示している。 マルチ結晶粒セレクタ装置の成長開口部の別の例を示している。 マルチ結晶粒セレクタ装置の成長開口部の別の例を示している。 マルチ結晶粒セレクタ装置の成長開口部の別の例を示している。 マルチ結晶粒セレクタ装置の成長開口部の別の例を示している。 マルチ結晶粒セレクタ装置の別の実施形態の斜視図を示している。 図３４に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の上面図を示している。 図３４に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の側面図を示している。 図３４に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の断面図を示している。 図３４に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の別の断面図を示している。 マルチ結晶粒セレクタ装置の別の実施形態の斜視図を示している。 図３９に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の上面図を示している。 図３９に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の側面図を示している。 図３９に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の別の側面図を示している。 図３９に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の断面図を示している。 図３９に示したマルチ結晶粒セレクタ装置の別の断面図を示している。 本明細書に記載の結晶粒セレクタ装置のうちの１つ以上において使用することができる成長開口部の別の実施形態を示している。 本明細書に記載の結晶粒セレクタ装置のうちの１つ以上において使用することができるチャネルの別の実施形態を示している。 本明細書に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置及び／又はアセンブリのうちの１つ以上を使用してマルチ結晶粒柱状物品を成長させるための方法の一実施形態のフローチャートを示している。

本明細書に記載される本発明の主題は、方向性凝固を使用して形成される単一結晶粒金属又は金属合金部品のカラムを形成及び配向させるために使用することができるマルチ結晶粒セレクタ装置に関する。さらに、本発明の主題は、そのようなマルチ結晶粒セレクタ装置を使用する方向性凝固鋳造プロセス、ならびに本明細書に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置及び／又は鋳造プロセスを使用して形成された柱状結晶粒物品又は物体に関する。

マルチ結晶粒セレクタ装置を使用して、金属（又は、金属合金）の結晶粒が隣接する（例えば、隣り合う）結晶粒に対して小さい角度で配向したマルチ結晶粒柱状構造物又は物品を形成することができる。例えば、構造物の隣り合う結晶粒又は隣接する結晶粒は、互いにほぼ平行である異なる方向に沿って細長くてよい。さまざまな実施形態において、これらの結晶粒の配向の差は、１５度未満、１０度未満、又は５度未満であってよい。また、柱状物品は、物品を形成する結晶粒の間に位置する粒界間の角度が小さくてよい。粒界間の小さい角度は、より大きい角度と比べ、小さい角度（例えば、１５度未満、１０度未満、又は５度未満）の粒界におけるより小さいエネルギが、物品の方向性凝固の際に結晶粒がどの程度大きく成長するかを低減することができるという点で、物品における結晶粒の粗大化の低減に役立つことができる。

本明細書に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置を、付加製造を使用して形成することができる。あるいは、セレクタ装置を、鋳造などの別のやり方で形成することができる。マルチ結晶粒セレクタ装置は、マルチ結晶粒セレクタのアレイを有する構造物であってよい。各々のセレクタは、１つ以上の単結晶シードが核生成し、単結晶の結晶粒のみがセレクタの成長開口部から成長する制限されたチャネル又は体積であってよい。セレクタ装置内のセレクタは、結晶粒を隣接する結晶粒に対して小さい角度で配向させたマルチ結晶粒方向性凝固物品を生成するように配向される。これは、マルチ結晶粒又は多結晶物品に単結晶物品の機械的特性と同様の機械的特性を持たせることができるが、方向性凝固構造のより高速かつロバストな処理の利点も有する。結晶粒は配向がわずかに異なるだけであるため、おそらくは（結晶粒の配向間の角度がより大きい場合と比べて）粒界がより低いエネルギの境界となる可能性が高く、したがって（結晶粒の配向間の角度がより大きい場合と比べて）物品の長さ全体にわたって結晶粒の粗大化により抵抗することができる。

本明細書に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置を使用して形成することができる物品又は構造物の一例は、タービンブレード又は翼形である。あるいは、１つ以上の他の部品を形成することができる。

一実施形態において、マルチ結晶粒セレクタ装置は、表面に対する結晶粒の配向に曲率を生成するように成形される。例えば、翼形などの湾曲した部品の場合、セレクタ装置によって生成される柱状結晶粒の数及び配向のずれを、物品の剛性方向が（例えば、翼形における流路からの）荷重の方向の外面に対して垂直になるように配向させることができる。別の実施形態においては、シードの配向を使用して、固有振動数などの空気力学を改善するためにブレードを減衰させ、もしくは他の方法で調整し、あるいは空気力学的減衰を促進することができる。

図１が、方向性凝固鋳造システム１０１の一例を概略的に示している。システム１０１を、翼形などのマルチ結晶粒柱状物品を生成するために使用することができる。システム１０１は、液体の（例えば、溶融させた）金属又は金属合金が充てんされる内部容積を画定する鋳型１０２を含む。結晶粒セレクタ装置１０４（図１の「結晶粒セレクタ」）が、鋳型１０２の内部に流体連通し、この結果、液体の金属又は金属合金の少なくとも一部がセレクタ装置１０４内の結晶粒セレクタへと流入する。セレクタ装置１０４を、冷却プレート１０６に接触するように配置することができ、冷却プレート１０６は、冷却プレート１０６の付近の金属又は金属合金の温度を低下させる。別の実施形態においては、セレクタ装置１０４を、結晶粒セレクタ１０４と冷却プレートとの間にチャンバを有するように配置することができる。このチャンバは、溶融金属によって満たされ、その後に金属はセレクタ装置１０４へと進入する。チャンバは、結晶粒セレクタ１０４と冷却プレートとの間に熱伝導経路をもたらし、結晶粒がセレクタ装置１０４に進入する前に金属結晶粒が所望の配向又は指定の配向（例えば、＜１００＞の垂直方向）を発現することを可能にする。本明細書において使用されるとき、括弧［及び］あるいは＜及び＞は、これらの括弧によって囲まれた３桁の数字と併せて、結晶の結晶粒の配向の方向を表す。これらの括弧に囲まれていない他の参照番号は、結晶の結晶粒の配向を表すものではない。例えば、図１の参照番号１０１が鋳造システムを表す一方で、番号［１０１］又は＜１０１＞は結晶方向を表す。

セレクタ装置１０４は、ジグザグ形状のセレクタ１１４（後述）の平面内で＜０１０＞方向に配向された金属又は金属合金内の結晶の結晶粒の優先的成長を引き起こす小さなチャネル又は開口部から形成されたいくつかの結晶粒セレクタ１１４を含む。単結晶の結晶粒１０８、１０９は、形成を開始し、各々の結晶粒セレクタ１１４から主に成長方向＜１００＞に沿って成長することができる。以下で説明されるように、図１においては、結晶粒１０８、１０９の配向のわずかな違いをより明瞭に示すために、２つの結晶粒１０８、１０９のみが概略的に示されている。単結晶の結晶粒１０８、１０９は、二次方向に回転又は他の方法で成長することができるが、主に成長方向＜１００＞に沿って成長する。すなわち、結晶粒１０８、１０９は、成長方向＜１００＞に近い方向（例えば、成長方向＜１００＞の１５度以内）に成長することができる。単結晶の結晶粒１０８、１０９は、すべてが完全に成長方向＜１００＞に沿って配向している必要はなく、成長方向＜１００＞に対してわずかにずれていてもよい。例えば、結晶粒１０８、１０９は、わずかに異なる方向に沿って成長してもよい。

隣接する結晶粒１０８、１０９は、互いに対してずれ角度１１２に向けられた方向に沿って成長することができる。このずれ角度１１２は、隣接する結晶粒１０８、１０９の成長の方向から１５度未満、１０度未満、又は５度未満など、小さくてよい。ずれ角度１１２は、第１の結晶粒１０８が成長する第１の方向と、隣接する第２の結晶粒１０９が成長する第２の方向との間の角度として、図１に示されている。図１における破線は、結晶粒１０９が成長する第２の方向に平行である。結晶粒１０８、１０９が互いにきわめて近い方向に沿って成長するため、結晶粒１０８、１０９間の境界のエネルギを低減し、結晶粒１０８、１０９の粗大化を軽減することができる。結晶粒１０８、１０９は、主に成長方向＜１００＞に沿って成長し続け、鋳型１０２の内側の形状の柱状結晶粒物品を形成する。

図２が、結晶粒セレクタ装置２０４の一実施形態の斜視図を示している。図３が、図２に示した線３－３に沿った結晶粒セレクタ装置２０４の断面図を示している。セレクタ装置２０４は、図１に示したセレクタ装置１０４を代表することができる。セレクタ装置２０４は、セレクタ装置２０４の外面２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６を画定する外側本体２００を含む。外面２０６を、セレクタ装置２０４の動作時に図１に示した冷却プレート１０６に面し、あるいは係合する冷却側と呼ぶことができる。反対側の面２０８を、この面２０８が鋳型１０２の内部に面する側であり、こちら側から単一結晶粒１０８、１０９が成長するがゆえに、鋳型側又は成長側と呼ぶことができる。反対向きの面２１０、２１２及び反対向きの面２１４、２１６は、セレクタ装置２０４の側壁を形成し、冷却側２０６から鋳型側２０８まで延びている。図示の実施形態において、面２０６、２０８は互いに平行であり、面２１０、２１２は互いに平行であり、面２１４、２１６は互いに平行である。

本体２００は、結晶粒セレクタカラム２１８のアレイ２０２を含む。カラム２１８は、鋳型側２０８から本体２００内へと延びる通路又はチャネルである。例えば、カラム２１８は、表面２０８に開口端又は成長開口部２２４を有するチャネルであってよい。セレクタ装置２０４によって形成される結晶粒１０８、１０９は、成長開口部２２４から成長する。例えば、流動性の金属又は金属合金は、カラム２１８の底部へと冷却プレート１０６又はその付近まで延びる。冷却プレート１０６が、金属又は金属合金を冷却し、結晶粒がカラム２１８を通って上方へと成長し始める。カラム２１８は、結晶粒がカラム２１８を通って上方に単結晶の結晶粒として成長することを強いられるように狭い。例えば、図示の実施形態において、各カラム２１８は、カラム２１８によって画定されるチャネルがカラム２１８の幅よりも長いという点で、細長いカラムである。カラム２１８は、カラム２１８が鋳型側２０８に平行な二次元平面内のどの方向に延びるよりも、鋳型側２０８から本体２００内へとさらに遠く延びてよい。あるいは、カラム２１８は、より広くても、さらには／あるいはより短くてもよい。

カラム２１８の各々は、斜めに配向された細長いチャネル３００、３０２（図３に示す）から形成される。カラム２１８を形成するチャネル３００、３０２は、端部同士の配置にて互いに流体連通する。例えば、各々のチャネル３００又は３０２は、一方の端部が別のチャネル３０２又は３００の端部へと延びている（又は、鋳型側２０８まで延びるチャネル３００、３０２に関しては、本体２００から延出する）細長い直線導管であってよい。チャネル３００、３０２は、互いに対して角度をなす異なる方向に沿って細長い。例えば、チャネル３００、３０２は、互いに対して９０度の角度３０４（図３に示す）に配向させることができる。あるいは、チャネル３００、３０２を、互いに対してより小さい角度に配向させることができる。チャネル３００、３０２を、４５度以下、３０度以下、１５度以下、１０度以下、又は５度以下の角度に配向させることができる。

チャネル３００、３０２によって形成されたカラム２１８は、成長方向＜１００＞に平行な方向に細長い。例えば、各々のカラム２１８は、冷却側２０６の付近又は冷却側２０６で始まり、成長方向＜１００＞に沿った方向又は成長方向＜１００＞に平行な方向に鋳型側２０８まで延びる。

図示のように、チャネル３００、３０２は、カラム２１８の各々においてジグザグ形状を形成する。ジグザグ形状は、各々のカラム２１８内の隣接するチャネル３００、３０２が異なる角度に配向されることによって形成される。例えば、カラム２１８内で互いに直接接触しており、その他の介在のチャネルによって互いに隔てられていないチャネル３００、３０２は、異なる方向に細長くてよい。１つのチャネル３００又は３０２を、成長方向＜１００＞から離れる（又は、成長方向＜１００＞に向かう）第１の角度に配向させることができる一方で、隣接するチャネル３０２又は３００を、成長方向＜１００＞に向かう（又は、成長方向＜１００＞から離れる）第２の角度に配向させることができ、第２の角度は、第１の角度と同じ大きさであるが、反対の符号を有する。例えば、チャネル３００の成長方向＜１００＞に対する配向の角度である第１の角度が３０度である場合、隣接するチャネル３０２の成長方向＜１００＞に対する配向の角度である第２の角度は、負の３０度である。図３に示されるように、同じカラム２１８内の隣接するチャネル３００、３０２の交互の行ったり来たりの配向は、ジグザグ形状を形成する。カラム２１８のジグザグ形状は、互いに平行であってよい。例えば、図示の実施形態において、カラム２１８の各チャネル３００は他方のカラム２１８のチャネル３００と平行であり、カラム２１８の各チャネル３０２は他方のカラム２１８のチャネル３０２と平行である。あるいは、チャネル３００又は３０２ならびに／あるいはカラム２１８のうちの１つ以上が、他方のカラム２１８の対応するチャネル３００又は３０２と平行でなくてもよく、カラム２１８のうちの２つ以上は互いに平行ではない。

各々のカラム２１８は、成長方向＜１００＞に沿って成長する単結晶の金属又は金属合金の結晶粒のカラムを形成するように形作られる。カラム２１８のアレイ２０２は、これらの単一結晶粒カラムのアレイを形成する。アレイ内の単一結晶粒カラムは、上述したように、互いに小さい角度である方向に沿って互いに並んで成長する。単一結晶粒カラムの組み合わせは、鋳型１０２の形状の柱状結晶粒物品を形成する。

カラム２１８によって形成されたジグザグ形状を、各カラム２１８が同じ配向の結晶粒を成長させるように、同じ方向に配向させ、あるいは同じ方向に沿って配向させることができる。例えば、Ｒｅｎｅ １０８などのニッケル基超合金の方向性凝固鋳造において、各カラム２１８から成長する単結晶の結晶粒の一次配向は、成長又は引き出し方向＜１００＞（例えば、温度勾配の方向）において（１００）であり得る。単結晶の結晶粒の二次配向は、各々のジグザグカラム２１８を含む平面内で（０１０）であり得る。各々のジグザグカラム２１８が同じ方向に配向されていると、得られる柱状結晶粒物品のミクロ組織は、同様の一次及び二次配向にて配向された結晶粒を含み、あるいはそのような結晶粒から形成される。

図示のように、アレイ２０２内のカラム２１８の成長開口部２２４は、本体２００の鋳型側２０８に規則的な反復パターンにて配置されている。例えば、成長開口部２２４を、成長開口部２２４の配置が六角形２０１（六角形パターンと呼ばれる）を形成するように、互いに対して間隔を空けつつ配置することができる。例えば、開口部２２４の中心を結ぶ線が、図２に示されるように、六角形２０１を形成することができる。別の例として、成長開口部２２４を、成長開口部２２４の配置が正方形（正方形パターンと呼ばれる）を形成するように、互いに対して間隔を空けつつ配置することができる。別の例として、成長開口部２２４を、成長開口部２２４の配置が長方形（正方形パターンと呼ばれる）を形成するように、互いに対して間隔を空けつつ配置することができる。随意により、成長開口部２２４を、別の配置に位置させることも可能である。

図示の実施形態において、本体２００は、３組の平行な面又は反対向きの面２０６、２０８；２１０、２１２；及び２１４、２１６を有するボックス又はエンクロージャを形成する直交する表面又は面２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６から形成される。表面又は面２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６の各々は、主に平面又は平坦であってよい。例えば、表面２０６は、表面２０６と表面２１０、２１２、２１４、２１６の各々との間の界面によって境界付けられる場所において平面であってよく、表面２１０は、表面２１０と表面２０６、２０８、２１４、２１６の各々との間の界面によって境界付けられる場所において平面であってよく、以下同様である。あるいは、これらの表面２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、及び／又は２１６のうちの１つ以上が、他方の表面２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６と直交しなくてもよい。例えば、表面２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６のうちの１つ以上が、別の表面２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６に平行でなくてもよく、さらには／あるいは他方の表面２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６に垂直でなくてもよい。随意により、表面２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６のうちの１つ以上が、曲面又は他の非平面の表面であってもよい。

図４～図１０、図１２～図２５、及び図３３～図４３が、図１に示したマルチ結晶粒セレクタ装置１０４のさらなる実施形態を示している。セレクタ装置１０４のこれらのさらなる実施形態は、セレクタ装置１０４の本体内のインターロック機構を含むことができる。インターロック機構は、他のセレクタ装置１０４上の対応し、相補的であり、さらには／あるいは対をなすインターロック機構と係合する。２つ以上のセレクタ装置１０４間の係合は、２つ以上のセレクタ装置１０４から形成されるマルチ結晶粒セレクタアセンブリを形成する。セレクタアセンブリは、単一結晶粒セレクタが提供するよりも大きい結晶粒セレクタ１１４のアレイを提供することができる。

図４は、マルチ結晶粒セレクタ装置４０４の斜視図を示している。図５は、支持柱４３４が取り除かれた後の図４に示した複数のセレクタ装置４０４から形成されたマルチ結晶粒セレクタアセンブリ５００の斜視図を示している。例えば、セレクタ装置４０４の形成が完了した後に、支持柱４３４をセレクタ装置４０４から切断し、あるいは他の方法で取り除くことができる。セレクタ装置４０４は、図１に示したセレクタ装置１０４を代表することができる。単一のセレクタ装置４０４を鋳型１０２と共に使用して、マルチ結晶粒柱状物品又は構造を形成することができ、あるいはセレクタアセンブリ５００を鋳型１０２と共に使用して、より大きなマルチ結晶粒柱状物品又は構造を形成することができる。例えば、図１に示したセレクタ装置１０４の代わりに、複数のセレクタ装置４０４から形成されたより大きなセレクタアセンブリ５００を使用することができる。

セレクタ装置４０４は、セレクタ装置４０４の外面４０６、４０８、４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４、４２６、４２８を画定する外側本体４００を含む。外面４０６は、上述の冷却側であってよく、反対側の面４０８は、上述の鋳型側又は成長側であってよい。表面４２６、４２８は、本体４００の反対向きの端面であってよく、互いに平行に配向されてよい。残りの表面４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４は、表面４０６、４０８の間に位置して表面４０６、４０８を互いに相互接続し、表面４２６、４２８の間に位置して表面４２６、４２８を互いに相互接続する。図示の実施形態において、表面４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４の各々は、端面４２６から反対側の端面４２８まで平坦な平面又は表面として連続的に延びる。随意により、表面４０６、４０８の間及び／又は表面４２６、４２８の間に位置する表面４０８、４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４の数は、より多くても、より少なくてもよい。

図示の実施形態において、表面４０６、４０８は互いに平行であり、表面４２６、４２８は互いに平行である。表面４１６、４２４は、互いに平行であってよく、表面４１２、４２０は、互いに平行であってよく、表面４１４、４２２は、互いに平行であってよく、さらには／あるいは表面４１０、４１８は、互いに平行であってよい。随意により、これらの表面のうちの１つ以上は、上述の他方の表面と平行でなくてもよい。

表面４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４は、表面４０６、４０８、表面４２６、４２８、及び／又は互いに対してさまざまな角度で斜めに配向される。例えば、表面４１０、４１２は、表面４０６に対して鋭角又は鈍角で配向されてよく、さらには／あるいは表面４２２、４２４は、表面４０８に対して同じ又は異なる鋭角又は鈍角で配向されてよい。表面４１４は、表面４１０に対して９０度の角度（又は、他の角度）に配向されてよく、表面４１６は、表面４１２に対して９０度の角度（又は、他の角度）に配向されてよい。表面４１８、４２０を、図４に示されるように、対応する表面４１４、４１６に対して９０度の角度（又は、他の角度）に配向させることができる。表面４２２、４２４を、図４に示されるように、対応する表面４１８、４２０に対して９０度の角度（又は、他の角度）に配向させることができ、表面４０８に対して鋭角又は鈍角に配向させることができる。表面４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４の配置は、本体４００の両側にジグザグ形状を形成する。

本体４００は、上述した結晶粒セレクタカラム２１８（図２に示す）のアレイ２０２を含む。セレクタ装置４０４によって形成される結晶粒１０８、１０９（図１に示す）は、セレクタカラム２１８の成長開口部２２４から成長する。カラム２１８のチャネル３００、３０２は、やはり上述したように、ジグザグ形状を形成することができる。あるいは、カラム２１８は、より少数のチャネル３００、３０２を有することができ、さらには／あるいは異なる形状を有することができる（例えば、直線状であってよく、あるいは一方向に傾斜していてもよい）。

表面４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４は、第１の方向（例えば、成長方向＜１００＞）に沿って表面４０６、４０８の間に配置され、垂直な第２の方向（例えば、成長方向＜１００＞に対して横方向）に沿って表面４２６、４２８の間に配置される。図示の実施形態において、セレクタ装置４０４は、表面４１６、４２０の間に延在して表面４１６、４２０に結合した支持柱４３４を含む。支持柱４３４は、表面４１６、４２０が互いに接近し、あるいは他の方法で変形することを防止するための機械的支持を提供する。例えば、支持柱４３４は、表面４０６及び／又は４０８によって画定される平面に対して垂直な方向に細長い、細長い物体、部材、又は表面４１６、４２０の延長部であってよい。あるいは、セレクタ装置４０４は、支持柱４３４を含まなくてもよい。

これらの表面４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４がセレクタ装置４０４と対をなし、セレクタ装置４０４を他のセレクタ装置４０４にロックするがゆえに、これらの表面４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４を係合面又はインターロック表面と呼ぶことができる。図５に示されるように、表面４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４を、別のセレクタ装置４０４の対応する表面４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４と噛み合ってセレクタアセンブリ５００を形成するような形状及び／又はサイズとすることができる。

表面４１２、４１６の交線及び表面４１４、４１８の交線は、セレクタ装置４０４の突出エルボ４３０（例えば、エルボ４３０Ａ～Ｃ）を形成する。反対に、表面４１０、４１４の交線及び表面４１６、４２０の交線は、セレクタ装置４０４の凹状谷部４３２（例えば、谷部４３２Ａ～Ｃ）を形成する。図示の実施形態において、図４の斜視図におけるセレクタ装置４０４の最も左側は、ただ１つのエルボ４３０Ａ及び２つの谷部４３２Ｂ、４３２Ｃを含み、セレクタ装置４０４の最も右側は、２つのエルボ４３０Ｂ、４３０Ｃ及びただ１つの谷部４３２Ａを含む。あるいは、セレクタ装置４０４のこれらの側面のうちの１つ以上は、より少数又はより多数のエルボ４３０及び／又は谷部４３２を含むことができる。

セレクタ装置４０４のエルボ４３０及び谷部４３２は、互いに対をなしてセレクタ装置４０４を互いに固定する。１つのセレクタ装置４０４のエルボ４３０が、図５に示されるように、このセレクタ装置４０４の両側の他のセレクタ装置４０４の谷部４３２に嵌まり込んで受け入れられるように形作られる。例えば、第１のセレクタ装置４０４Ａのエルボ４３０Ａが、第２のセレクタ装置４０４Ｂの谷部４３２Ａに嵌まり込んで対をなすような形状及び配置を有し、第１のセレクタ装置４０４Ａのエルボ４３０Ｂが、第３のセレクタ装置４０４Ｃの谷部４３２Ｂに嵌まり込んで対をなすような形状及び配置を有し、第１のセレクタ装置４０４Ａのエルボ４３０Ｃが、第３のセレクタ装置４０４Ｃの谷部４３２Ｃに嵌まり込んで対をなすような形状及び配置を有する。同様に、第１のセレクタ装置４０４Ａの谷部４３２Ａが、第３のセレクタ装置４０４Ｃのエルボ４３０Ａを受け入れて対をなすような形状及び配置を有し、第１のセレクタ装置４０４Ａの谷部４３２Ｂが、第２のセレクタ装置４０４Ｂのエルボ４３０Ｂを受け入れて対をなすような形状及び配置を有し、第１のセレクタ装置４０４Ａの谷部４３２Ｃは、第２のセレクタ装置４０４Ｂのエルボ４３０Ｃを受け入れて対をなすような形状及び配置を有する。あるいは、セレクタ装置４０４は、ピン及び穴、タブ及びスロット、などの他のインターロック機構を有してもよい。

エルボ４３０の谷部４３２との結合は、セレクタ装置４０４をより大きなセレクタアセンブリ５００へと噛み合わせ、セレクタ装置４０４が互いに分離することを防止する役に立つことができる。これは、異なるセレクタ装置４０４内の成長開口部のアレイを互いに整列した状態に保つ役に立つこともできる。例えば、アセンブリ５００内の或るセレクタ装置４０４内の或るアレイ２０２内の成長開口部２２４のライン、行、又は列が、同じアセンブリ５００内の別のセレクタ装置４０４の別のアレイ２０２内の成長開口部２２４のライン、行、又は列に直線的に整列させられる。

アセンブリ５００は、単一のセレクタ装置４０４と比べ、さらには／あるいはアセンブリ５００内に存在するよりも少数のセレクタ装置４０４のグループと比べて、全体としてより大きな成長開口部２２４のアレイを提供する。アセンブリ５００のサイズを、より多くのセレクタ装置４０４を追加することによって大きくすることができ、あるいは１つ以上のセレクタ装置４０４を取り除くことによって小さくすることができる。セレクタ装置４０４を、三次元印刷によって付加的に製造することができる。しかしながら、セレクタ装置４０４の付加製造に要する時間、及び／又は付加製造によって製造できるセレクタ装置４０４のサイズには、限界が存在し得る。例えば、より大きなセレクタ装置４０４の付加製造は、時間がかかりすぎる可能性があり、さらには／あるいはセレクタ装置４０４の付加製造に使用される印刷システムは、印刷できるセレクタ装置４０４の大きさについて制約がある可能性がある。したがって、成長開口部２２４のアレイ２０２のサイズが、柱状結晶粒構造物（例えば、タービンブレード又は翼形）の生成に必要なサイズよりも小さいサイズに制限される可能性がある。セレクタ装置４０４のインターロック機構は、セレクタ装置４０４を組み合わせて、成長開口部２２４のより大きなアレイ５０２をもたらすことができるより大きなアセンブリ５００とすることを可能にする。より大きなアレイ５０２を使用して、単一のセレクタ装置４０４の個々のより小さなアレイ２０２と比べて、より大きな柱状結晶粒構造物を生成することができる。

図４及び図５に示されるように、セレクタ装置４０４は、一方の表面４２６から反対側の表面４２８まで延びる一直線又は直線状のエッジ４３６を含む。これらのエッジ４３６は、エルボ４３０の最も外側の交線及び谷部４３２の最も内側の交線に位置する。２つ以上のセレクタ装置４０４の間のエルボ４３０と谷部４３２との結合が、１つのセレクタ装置４０４が別のセレクタ装置４０４に対して成長方向＜１００＞又は成長方向＜１００＞の反対方向に移動することを防止できる一方で、エルボ４３０と谷部４３２との結合は、必ずしもセレクタ装置４０４が互いに対して垂直方向に移動することを防止しなくてもよい。例えば、一つのセレクタ装置４０４が、別のセレクタ装置４０４に対して、一方の表面４２６から反対側の表面４２８へと向かう横方向４３８に移動可能であってよい。随意により、セレクタ装置４０４は、セレクタ装置４０４間のこの種の移動の防止に役立つように、直線状のエッジ４３６を含まなくてもよい。

図６は、マルチ結晶粒セレクタ装置６０４の別の実施形態の斜視図を示している。図７は、図６に示した複数のセレクタ装置６０４から形成されたマルチ結晶粒セレクタアセンブリ７００の斜視図を示している。図６及び図７に示したセレクタ装置６０４は、図５に示したアセンブリ５００内のセレクタ装置４０４と比べ、異なるセレクタ装置６０４間の成長開口部２２４のアレイ２０２間の空間ギャップが少なくなっているがゆえに、デッドスペースなしセレクタ装置と呼ぶことができる。

セレクタ装置６０４は、図１に示したセレクタ装置１０４を代表することができる。単一のセレクタ装置６０４を鋳型１０２と共に使用して、マルチ結晶粒柱状物品又は構造を形成することができ、あるいはセレクタアセンブリ７００を鋳型１０２と共に使用して、より大きなマルチ結晶粒柱状物品又は構造を形成することができる。例えば、図１に示したセレクタ装置１０４の代わりに、複数のセレクタ装置６０４から形成されたより大きなセレクタアセンブリ７００を使用することができる。

セレクタ装置６０４は、セレクタ装置６０４が面又は表面４０６、４０８と同様の冷却面６０６及び反対側の鋳型面６０８を有する外側本体６００を含むという点で、セレクタ装置４０４と同様である。さらに、外側本体６００は、表面４２６、４２８と同様の端面６２６及び反対側の端面６２８を含む。さらに、セレクタ装置６０４は、セレクタ装置４０４の表面４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４に対応し、これらの表面と同様である面６１０、６１２、６１４、６１６、６１８、６２０、６２２、６２４を含む。さらに、セレクタ装置６０４は、エルボ４３０と同様のエルボ６３０と、谷部４３２と同様の対をなす谷部６３２とを含む。

セレクタ装置４０４とセレクタ装置６０４との間の１つの違いは、一方の表面６２６から反対側の表面６２８まで延び、かつ表面６２６から表面６２８まで平坦又は平面状である表面が、存在しないことである。図６に示されるように、面６１０、６１２、６１４、６１６、６１８、６２０、６２２、６２４は、いくつかの表面から形成され、したがって、それぞれの面６１０、６１２、６１４、６１６、６１８、６２０、６２２、６２４は、表面６２６から表面６２８までの単一の連続的に平坦な表面ではない。代わりに、各々の面６１０、６１２、６１４、６１６、６１８、６２０、６２２、６２４は、ギャップ６４２によって互いに離された表面６４０から形成される。表面６４０は、外側へと向かう表面６４６によって凹部表面６４４に接続されている。表面６４０、６４４は、互いに平行であってよい一方で、表面６４０、６４４は、表面６４６に対して垂直であってよい。あるいは、表面６４０、６４４、６４６のうちの２つ以上が、互いに他の角度に配向されてもよい。

表面６４０、６４４、６４６は、別のセレクタ装置６０４のギザギザの面又は段部のある面６１０、６１２、６１４、６１６、６１８、６２０、６２２、６２４と係合でき、あるいは噛み合うことができるギザギザの面又は段部のある面６１０、６１２、６１４、６１６、６１８、６２０、６２２、６２４を形成する。これらの表面６４０、６４４、６４６は、細長い突出した矩形のバー及び細長い矩形の凹部を形成している。図７に示されるように、一方のセレクタ装置６０４の突出したバーを、別のセレクタ装置６０４の対応する細長い凹部に受け入れることができる。例えば、表面６４０、６４４、６４６によって形成された突出したバー及び凹部は、一方のセレクタ装置６０４のバーが別のセレクタ装置６０４の凹部に、セレクタ装置６０４間に空間的なギャップをほとんど、又は全く存在させずに受け入れられるように、相補的な形状を有することができる。ギザギザの面又は段部のある面６１０、６１２、６１４、６１６、６１８、６２０、６２２、６２４は、途切れたエッジ又は不連続なエッジ６３６を形成する。例えば、エッジ６３６の一部分（例えば、１つの段部の表面６４６の間を延びている部分）は直線状であってよいが、一方の表面６２６から反対側の表面６２８までのエッジ６３６の全体は、一方の表面６２６から反対側の表面６２８まで連続してはおらず、ギャップ６４２によって中断され、あるいは途切れている。

これにより、異なるセレクタ装置６０４の成長開口部２１８の間のデッドスペースを大幅に減らすことができる。例えば、図５に示したように、セレクタ装置４０４は、セレクタ装置４０４の界面又は対をなす面に、平坦又は平面状の表面４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４を有する。平面状の表面４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４は、成長開口部２２４間の規則的又は反復的な横方向の間隔を中断させる可能性がある。単一のセレクタ装置４０４のアレイ２０２内の成長開口部２２４は、横方向の間隔が、横方向５０４に沿って互いに同じ距離であり得る。しかしながら、或るセレクタ装置４０４内のアレイ２０２の一方側に沿った成長開口部２２４から、対をなすセレクタ装置４０４内のアレイ２０２の一方側に沿った最も近い成長開口部２２４までの横方向５０４に沿った距離は、或るセレクタ装置６０４内のアレイ２０２の一方側に沿った成長開口部２２４から、対をなすセレクタ装置６０４内のアレイ２０２の一方側に沿った最も近い成長開口部２２４までの横方向５０４に沿った距離よりも、長くなる。これにより、対をなすセレクタ装置６０４間に成長開口部２２４が位置しないデッドスペースを、排除又は低減することができる。これにより、対をなすセレクタ装置６０４において成長開口部２２４間の横方向５０４に沿った間隔を一定のままにすることも可能になるが、図５と図７との比較において示されるように、対をなすセレクタ装置４０４においては、成長開口部２２４間の横方向５０４に沿った間隔が一定でない。

さらに、図７に示されるように、セレクタ装置６０４のエルボ６３０及び谷部６３２を互いに噛み合わせて、セレクタ装置４０４及びアセンブリ５００に関連して上述したのと同様に、より大きなアセンブリ７００を形成することができる。セレクタ装置６０４は、随意により、図４に示した柱４３４と同様の支持柱を含むことができる。

図８は、マルチ結晶粒セレクタ装置８０４の別の実施形態の斜視図を示している。図９は、図８に示したセレクタ装置８０４の上面図を示している。セレクタ装置８０４を、図４及び図６に示したセレクタ装置４０４、６０４に対するセレクタ装置８０４の湾曲した形状ゆえに、湾曲セレクタ装置８０４と呼ぶことができる。

セレクタ装置８０４は、セレクタ装置８０４が面又は表面４０６、４０８と同様の冷却面８０６及び反対側の鋳型面８０８を有する外側本体８００を含むという点で、セレクタ装置４０４と同様である。外側本体８００は、上述した端面４２６、４２８をさらに含む。セレクタ装置８０４は、セレクタ装置４０４の表面４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４に対応し、これらの表面と同様である曲面８１０、８１２、８１４、８１６、８１８、８２０、８２２、８２４を含む。さらに、セレクタ装置８０４は、エルボ４３０と同様のエルボ８３０と、谷部４３２と同様の対をなす谷部８３２とを含む。セレクタ装置８０４は、随意により、柱４３４と同様の支持柱８３４を含むことができる。

セレクタ装置４０４とセレクタ装置８０４との間の１つの相違点は、表面８０６、８０８、８１０、８１２、８１４、８１６、８１８、８２０、８２２、８２４の湾曲した形状である。セレクタ装置４０４の表面４０６、４０８、４１０、４１２、４１４、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４は、平面状（又は、平坦）であり、湾曲していないが、表面８０６、８０８、８１０、８１２、８１４、８１６、８１８、８２０、８２２、８２４は、１つ以上の曲率半径を有する。図８に示されるように、互いに交わる表面８０６、８０８、８１０、８１２、８１４、８１６、８１８、８２０、８２２、８２４が、本体８００内の成長開口部２２４のアレイ２０２の両側に非直線の（例えば、湾曲した）エッジ８３６を形成する。

複数のセレクタ装置８０４のエルボ８３０及び谷部８３２を互いに噛み合わせて、セレクタ装置４０４、６０４及びアセンブリ５００、７００に関連して上述したのと同様に、より大きな湾曲したマルチ結晶粒セレクタアセンブリを形成することができる。湾曲セレクタ装置８０４及び／又は湾曲アセンブリを使用して、湾曲した形状を有するマルチ結晶粒柱状物品を形成することができる。例えば、セレクタ装置８０４は、セレクタ装置８０４のチャネル２１８内で成長した結晶粒を、湾曲した翼形の形状の少なくとも一部分へと配向させることができる。これは、形成された結晶粒の剛性をタービンブレードの形状に整列させるという利点を提供することができる。

図１０は、マルチ結晶粒セレクタ装置１００４の別の実施形態の斜視図を示している。図１１は、図１０に示したマルチ結晶粒セレクタ装置１００４の結晶粒セレクタカラム１１２４のアレイ１００２の斜視図を示している。図１２は、図１０に示した複数のセレクタ装置１００４から形成されたマルチ結晶粒セレクタアセンブリ１２００の斜視図を示している。図１０及び図１２に示したセレクタ装置１００４を、セレクタ装置１００４内の成長カラム１１２４のらせん形状ゆえに、らせんセレクタ装置と呼ぶことができる。

セレクタ装置１００４は、図１に示したセレクタ装置１０４を代表することができる。単一のセレクタ装置１００４を鋳型１０２と共に使用して、マルチ結晶粒柱状物品又は構造を形成することができ、あるいはセレクタアセンブリ１２００を鋳型１０２と共に使用して、より大きなマルチ結晶粒柱状物品又は構造を形成することができる。例えば、図１に示したセレクタ装置１０４の代わりに、複数のセレクタ装置１００４から形成されたより大きなセレクタアセンブリ１２００を使用することができる。

セレクタ装置１００４は、セレクタ装置１００４が面又は表面４０６、４０８と同様の冷却面１００６及び反対側の鋳型面１００８を有する外側本体１０００を含むという点で、セレクタ装置４０４と同様である。セレクタ装置４０４とは対照的に、セレクタ装置１００４の本体１０００は、湾曲した端面１０２６及び反対側の湾曲した表面１０２８を含む。湾曲した端面１０２６は、リッジ１０５２において交わり、リッジ１０５２によって分離される２つの凹状湾曲部分１０４８、１０５０を有することができる。各々の湾曲した端面１０２８は、谷部１０５８において交わり、谷部１０５８によって分離される２つの凸状湾曲部分１０５４、１０５６を有することができる。凹状湾曲部分１０４８、１０５０と凸状湾曲部分１０５４、１０５６とが、相補的な形状を有することができる。例えば、凸状湾曲部分１０５４、１０５６は、凸状湾曲部分１０５４、１０５６が（例えば、別のセレクタ装置１００４の）凹状湾曲部分１０４８、１０５０に嵌まり込んで対をなすように、凹状湾曲部分１０４８、１０５０と同一又は類似（例えば、５％以内）の曲率半径を有することができる。

さらに、セレクタ装置１００４の本体１０００は、本体１０００の両側に湾曲した側面１０１０、１０１２を有する。図示の実施形態において、側面１０１０、１０１２の各々は、端面１０２６から反対側の端面１０２８まで延び、端面１０２６、１０２８の各々は、側面１０１０から反対側の側面１０１２まで延びる。湾曲した側面１０１２は、リッジ１０５２において交わり、リッジ１０５２によって分離される２つの凹状湾曲部分１０６０、１０６２を有することができる。各々の湾曲した側面１０１０は、谷部１０５８において交わり、谷部１０５８によって分離される２つの凸状湾曲部分１０６６、１０６８を有することができる。凹状湾曲部分１０６０、１０６２と凸状湾曲部分１０６６、１０６８とが、相補的な形状を有することができる。例えば、凸状湾曲部分１０６６、１０６８は、凸状湾曲部分１０６６、１０６８が（例えば、別のセレクタ装置１００４の）凹状湾曲部分１０６０、１０６２に嵌まり込んで対をなすように、凹状湾曲部分１０６０、１０６２と同一又は類似（例えば、５％以内）の曲率半径を有することができる。随意により、側面１０１０、１０１２及び／又は端面１０２６、１０２８のうちの１つ以上が、上述の支持柱４３４と同様の支持柱１０３４を含むことができる。

さらに、セレクタ装置１００４は、成長チャネル１０１８及び対応する成長開口部１０２４のアレイ１００２を含む。図２に示した成長チャネル２１８と同様に、金属又は金属合金の単結晶の結晶粒を、各々の成長チャネル１０１８内で成長させ、対応する成長開口部１０２４を通ってセレクタ装置１００４の外へと成長させることができる。セレクタ装置１００４と本明細書に記載の他方のセレクタ装置との間の１つの違いは、成長チャネル２１８、１０１８の形状である。成長チャネル２１８は、上述のように、ジグザグ又は直線状の形状を有することができる。成長チャネル１０１８は、図１１に示されるように、らせん形状を有する。成長チャネル１０１８の各々が、上述したように、結晶粒が成長する成長方向＜１００＞に平行な異なる軸又は方向の周りにらせん状に巻き付くことができる。

セレクタ装置１００４の側面１０１０、１０１２は、図１２に示されるように、他のセレクタ装置１００４の対応する側面１０１２、１０１０と噛み合って、より大きなアセンブリ１２００を形成することができる。随意により、セレクタ装置１００４の端面１０２６、１０２８は、他のセレクタ装置１００４の対応する端面１０２８、１０２６と噛み合わせて、より大きなマルチ結晶粒セレクタアセンブリを形成することができる。セレクタ装置１００４の側面１０１０、１０１２を互いに噛み合わせることにより、一方向に沿ったマルチ結晶粒セレクタアセンブリ１２００のサイズが大きくなる一方で、セレクタ装置１００４の端面１０２６、１０２６を互いに噛み合わせることにより、横（例えば、垂直）方向に沿ったマルチ結晶粒セレクタアセンブリのサイズが大きくなる。

本明細書に示され、さらには／あるいは説明されるセレクタ装置及びアセンブリの幾何学的形状は、本発明の主題のいくつかの例として提示されているにすぎない。装置及びアセンブリの寸法（例えば、成長カラムの配列、サイズ、間隔、角度、及び数）を、マルチ結晶粒柱状物品を形成するための処理条件に基づいて調整することができる。例えば、セレクタ装置及び／又はアセンブリの有効性を、成長開口部の間隔を一次デンドライトアーム間隔（冷却条件に依存し得る）よりも小さくなるように縮小することによって改善することができる。各々のカラムの成長開口部を、隣接する結晶粒の間の滑らかな移行を可能にするために鋳型表面に対して傾けることができる。

本明細書に記載のセレクタ装置を、アルミナ、シリカ、ムライト、又は他の材料などの高温セラミックで構成することができる。セレクタ装置を、直接セラミック付加スラリープロセス又は他の付加製造プロセスを使用して製造することができる。これらのセラミックスラリープロセスは、設計の微細スケールバージョン（例えば、幅が０．５ミリメートル程度の成長開口部及び／又は成長カラムの幅を有するための）に必要な空間分解能及び表面仕上げを有することができる。セレクタ装置を、生のセラミックを焼成してセレクタアセンブリを形成する前に、互いに噛み合わせることができる。より大きな寸法の場合、バインダジェットなどの他の直接セラミックプロセスを使用することができる。あるいは、ポリマー付加プロセスを使用して、セレクタ装置及び／又はアセンブリを製造することができる。例えば、ポリマー付加プロセスを使用して、セラミックスラリーの充てん及び焼成後にセレクタ装置又はアセンブリの形状を形成するポリマーダイを生成することができる。随意により、セレクタ装置及び／又はアセンブリを、セラミック触媒コンバータ基材の製造に使用されるスラリーダイ押出プロセスなどのセラミックプロセスを変更することによって生成することができる。例えば、真っ直ぐな貫通孔構造を押し出す代わりに、押し出されたセラミックを規則的な間隔でオフセットさせて、成長カラムの傾斜した貫通孔構造を生成することができる。

図１３は、マルチ結晶粒セレクタ装置１３０４の斜視図を示している。図１４は、図１３に示したセレクタ装置１３０４の上面図を示している。図１５は、図１４に示した線１５－１５に沿ったセレクタ装置１３０４の断面図を示している。セレクタ装置１３０４は、図１に示したセレクタ装置１０４を代表することができる。単一のセレクタ装置１３０４を鋳型１０２と共に使用して、マルチ結晶粒柱状物品又は構造を形成することができ、あるいは、互いに隣接して配置されたいくつかのセレクタ装置１３０４から形成されたより大型のセレクタアセンブリを鋳型１０２と共に使用して、より大きなマルチ結晶粒柱状物品又は構造を形成することができる。例えば、図１に示したセレクタ装置１０４の代わりに、複数のセレクタ装置１３０４から形成されたそのようなより大型のセレクタアセンブリを使用することができる。

セレクタ装置１３０４は、セレクタ装置１３１４の外面１３０６、１３０８、１３１０、１３１２、１３０４、１３１６、１３１８、１３２０、１３２２、１３２４、１３２６、１３２８、１３３０、１３３２を画定する外側本体１３００を含む。外面１３０６は、上述の冷却面であってよく、反対側の面１３０８は、上述の鋳型面又は成長面であってよい。表面１３２６、１３２８は、本体１３００の互いに反対向きの側面であってよく、互いに平行に配向されてよい。残りの表面１３１０、１３１２、１３１４、１３１６、１３１８、１３２０、１３２２、１３２４、１３３０、１３３２は、側面１３２６、１３２８の間に位置して側面１３２６、１３２８を互いに相互接続し、表面１３０６、１３０８の間に位置して表面１３０６、１３０８を互いに相互接続する。表面１３１０、１３１２、１３１４、１３１６、１３１８は、側面１３２６、１３２８の間に位置して側面１３２６、１３２８の間を延び、表面１３１０、１３１２、１３１４、１３１６、１３１８は、冷却表面１３０６と成長表面１３０８との間に位置する。表面１３２０、１３２２、１３２４、１３３０、１３３２は、側面１３２６、１３２８の間に位置して側面１３２６、１３２８の間を延び、表面１３１０、１３１２、１３１４、１３１６、１３１８は、冷却表面１３０６と成長表面１３０８との間に位置する。随意により、表面１３０６、１３０８の間及び／又は表面１３２６、１３２８の間に位置する表面１３１０、１３１２、１３１４、１３１６、１３１８、１３２０、１３２４、１３２８、１３３０、１３３２の数は、より多くても、より少なくてもよい。

図示の実施形態において、表面１３０６、１３０８は互いに平行であり、表面１３２６、１３２８は互いに平行である。表面１３１０、１３２０は、互いに平行であってよく、表面１３１２、１３１６、１３２２、１３３０は、互いに平行であってよく、表面１３１４、１３２４は、互いに平行であってよく、さらには／あるいは表面１３１８、１３３２は、互いに平行であってよい。随意により、これらの表面のうちの１つ以上は、上述の他方の表面と平行でなくてもよい。

本体１３００は、上述した結晶粒セレクタカラム１５１８（図１５に示す）のアレイ２０２を含む。図１５に示されるように、各々のカラム１５１８は、カラム１５１８が本体１３００を通る非直線の導管を形成するように、成長面１３０８の開口部２２４及び冷却面１３０６の開口部２２５を有する。セレクタ装置１３０４によって形成される結晶粒１０８、１０９（図１に示す）は、セレクタカラム１５１８の成長開口部２２４から成長する。上述したように、開口部２２４は、いくつかの重なり合う六角形１４００を形成する開口部２２４の中心によって画定される規則的な反復六角形パターンに配置される。上述の図３に示したセレクタカラム２１８とは対照的に、セレクタカラム１５１８の各々は、３つの異なる方向に沿って細長いチャネル１５００、１５０２、１５０４（図１５に示す）を含む。上述のカラム２１８のチャネル３００、３０２は、チャネル３００、３０２が２つの方向に沿って配向されているがゆえに、ジグザグ形状を形成しているが、カラム１５１８は、チャネル１５００、１５０２、１５０４が３つの異なる方向に細長いがゆえに、Ｓ字形を形成している。例えば、チャネル１５００は、チャネル１５０４に対して鋭角１５０６に配向され、チャネル１５０２は、チャネル１５０４に対して鈍角１５０８（チャネル１５０４の伸長方向から反時計回りの方向において）に配向される。あるいは、カラム１５１８は、より少数のチャネル１５００、１５０２、１５０４を有することができ、さらには／あるいは異なる形状を有することができる（例えば、直線状であってよく、あるいは一方向に傾斜していてもよい）。セレクタ装置４０４に関連して上述したように、表面１３１０、１３１２、１３１４、１３１６、１３１８、１３２０、１３２２、１３２４、１３３０、１３３２は、別のセレクタ装置１３０４の対応する表面と噛み合わせて、より大型のセレクタアセンブリを形成することができる。

そのようなアセンブリは、単一のセレクタ装置１３０４と比べ、さらには／あるいはアセンブリ内に存在するよりも少数のセレクタ装置１３０４のグループと比べて、全体として成長開口部２２４のより大きなアレイを提供する。アセンブリのサイズを、より多くのセレクタ装置１３０４を追加することによって大きくすることができ、あるいは１つ以上のセレクタ装置１３０４を取り除くことによって小さくすることができる。セレクタ装置１３０４を、三次元印刷によって付加的に製造することができる。しかしながら、セレクタ装置１３０４の付加製造に必要な時間、及び／又は付加製造によって製造できるセレクタ装置１３０４のサイズには、限界が存在し得る。例えば、より大型のセレクタ装置４０４の付加製造は、時間がかかりすぎる可能性があり、さらには／あるいはセレクタ装置１３０４の付加製造に使用される印刷システムは、印刷できるセレクタ装置１３０４の大きさについて制約がある可能性がある。したがって、成長開口部２２４のアレイ２０２のサイズが、柱状結晶粒構造物（例えば、タービンブレード又は翼形）の生成に必要なサイズよりも小さいサイズに制限される可能性がある。セレクタ装置１３０４の対をなす表面は、セレクタ装置１３０４を組み合わせて、成長開口部２２４のより大きなアレイをもたらすことが可能なより大型のアセンブリとすることを可能にする。より大型のアレイを使用して、単一のセレクタ装置１３０４の個々のより小さなアレイと比べて、より大きな柱状結晶粒構造物を生成することができる。

図１６は、マルチ結晶粒セレクタ装置１６０４の斜視図を示している。図１７は、図１６に示したセレクタ装置１６０４の上面図を示している。図１８は、図１７に示した線１８－１８に沿ったセレクタ装置１６０４の第１の断面図を示している。図１９は、図１７に示した線１９－１９に沿ったセレクタ装置１６０４の第２の断面図を示している。セレクタ装置１６０４は、図１に示したセレクタ装置１０４を代表することができる。単一のセレクタ装置１６０４を鋳型１０２と共に使用して、マルチ結晶粒柱状物品又は構造を形成することができ、あるいは、互いに隣接して配置されたいくつかのセレクタ装置１６０４から形成されたより大型のセレクタアセンブリを鋳型１０２と共に使用して、より大きなマルチ結晶粒柱状物品又は構造を形成することができる。例えば、図１に示したセレクタ装置１０４の代わりに、複数のセレクタ装置１６０４から形成されたそのようなより大型のセレクタアセンブリを使用することができる。

セレクタ装置１６０４は、セレクタ装置１６０４の外面１６０６、１６０８、１６１０、１６１２、１６１４、１６１６、１６１８、１６２０、１６２２、１６２４、１６２６、１６２８、１６３０、１６３２を画定する外側本体１６００を含む。外面１６０６は、上述の冷却面であってよく、反対側の表面１６０８は、上述の鋳型面又は成長面であってよい。表面１６２６、１６２８は、本体１６００の互いに反対向きの側面であってよく、互いに平行に配向されてよい。残りの表面１６１０、１６１２、１６１４、１６１６、１６１８、１６２０、１６２２、１６２４、１６３０、１６３２は、側面１６２６、１６２８の間に位置して側面１６２６、１６２８を互いに相互接続し、表面１６０６、１６０８の間に位置して表面１６０６、１６０８を互いに相互接続する。表面１６１０、１６１２、１６１４、１６１６、１６１８は、側面１６２６、１６２８の間に位置して側面１６２６、１６２８の間を延び、表面１６１０、１６１２、１６１４、１６１６、１６１８は、冷却表面１６０６と成長表面１６０８との間に位置する。表面１６２０、１６２２、１６２４、１６３０、１６３２は、側面１６２６、１６２８の間に位置して側面１６２６、１６２８の間を延び、表面１６１０、１６１２、１６１４、１６１６、１６１８は、冷却表面１６０６と成長表面１６０８との間に位置する。随意により、表面１６０６、１６０８の間及び／又は表面１６２６、１６２８の間に位置する表面１６１０、１６１２、１６１４、１６１６、１６１８、１６２０、１６２４、１６２８、１６３０、１６３２の数は、より多くても、より少なくてもよい。

図示の実施形態において、表面１６０６、１６０８は互いに平行であり、表面１６２６、１６２８は互いに平行である。表面１６０１、１６１４、１６１８、１６２０、１６２４、１６３２は、互いに平行であってよく、表面１６１２、１６２２は、互いに平行であってよく、さらには／あるいは表面１６１６、１６３０は、互いに平行であってよい。随意により、これらの表面のうちの１つ以上は、上述の他方の表面と平行でなくてもよい。

他のセレクタ装置とは対照的に、セレクタ装置１６０４の本体１６００は、結晶粒セレクタカラム１８１８、１９１８（図１８及び図１９に示す）の複数のアレイ１６０７、１６０９を含む。カラム１８１８、１９１８の各々は、カラム１８１８、１９１８の各々が本体１６００の高さを貫く非直線の導管を形成するように、本体１６００の成長面１６０８上の成長開口部と、本体１６００の冷却面１６０６上の反対側の開口部とを有する。図１８及び図１９に示されるように、カラム１８１８は、カラム１９１８よりも小さい。カラム１８１８の各々の断面積は、カラム１９１８の各々の断面積よりも小さい。カラム１８１８、１９１８のこれらの断面積を、面１６０６、１６０８に平行な断面の平面において測定することができる。さらに、各々の面１６０６、１６０８における各々のカラム１８１８の各々の成長開口部１６０３のサイズは、各々の面１６０６、１６０８における各々のカラム１９１８の各々の成長開口部１６０５のサイズよりも小さい。異なるサイズのカラム１８１８、１９１８は、成長面１６０８においてカラム１８１８、１９１８の成長開口部１６０３、１６０５の異なるアレイ１６０７、１６０９を生成する。アレイ１６０７は、図１７に示した実施形態において、アレイ１６０９の成長開口部１６０５よりも小さい成長開口部１６０３を有する。カラム１８１８のより小さい成長開口部１６０３の２つのアレイ１６０７と、カラム１９１８のより大きい成長開口部１６０５の単一のアレイ１６０９とが存在しているが、代案においては、より大きい成長開口部１６０５のより多くのアレイ１６０９、より小さい成長開口部１６０３のより多くのアレイ１６０７、より小さい成長開口部１７０２の単一のアレイ１６０７、又はアレイ１６０７、１６０９の別の組み合わせが存在してもよい。

同じセレクタ装置１６０４内に異なるサイズのカラム１８１８、１９１８及び成長開口部１６０３、１６０５を有することで、鋳型１０２において鋳造される物体内に結晶粒の異なるサイズのカラムを形成することができる。より大きい結晶粒又はより小さい結晶粒の位置を、セレクタ装置１６０４内のアレイ１６０７、１６０９の位置及び／又は配置によって制御することができる。異なるサイズの結晶粒の位置を、鋳造される物体の異なる領域又は体積に異なる構造剛性をもたらすように制御又は設定することができる。

カラム１８１８、１９１８は、チャネル１５００、１５０２、１５０４の組み合わせから形成される。チャネル１５０４は、冷却面１６０６から成長面１６０８へと延びる直線状の方向に細長い。チャネル１５００、１５０２は、上述したように、チャネル１５０４に対して斜めに配向されている。図１８に示されるように、チャネル１５００、１５０２、１５０２の組み合わせが、平たいＵ字形を形成し、この平たいＵ字形が、各々のカラム１８１８内の別の直線状のチャネル１５０４に接続されている。チャネル１５０４を、これらのチャネル１５０４が面１６０６、１６０８に垂直な方向に細長いがゆえに、垂直チャネルと呼ぶことができる。チャネル１５０２を、これらのチャネル１５０２が面１６０６、１６０８に対して傾斜した（すなわち、垂直でなく、平行でもない）方向に細長いがゆえに、傾斜チャネルと呼ぶことができる。カラム１８１８、１９１８を形成するチャネル１５００、１５０２、１５０４のサイズは、図１５に示したチャネル１５００、１５０２、１５０４のサイズと違ってよいが、カラム１８１８、１９１８のチャネル１５００、１５０２、１５０４は、図１５に示したように互いに対して傾斜することができる。

一実施形態において、表面１６０１まで延びる本体１６００の突出部分１９２０を、本体１６００の付加製造の最中に、１つ以上の支持柱１６３４によって表面１６１２に接続することができる。表面１６２２を、随意により、本体１６００の付加製造の最中に、１つ以上の支持柱１６３４によって表面１６３０に接続することができる。突出部分１９２０及び／又は支持柱１６３４を、セレクタ装置１６０４の使用に先立って取り除くことができる。これにより、上述したように、複数のセレクタ装置１６０４を互いに噛み合わせてより大きなセレクタアセンブリを形成することを可能にできる。例えば、表面１６１２、１６１４、１６１６、１６１８を、対応する表面１６２２、１６２４、１６３０、１６３２とに噛み合わせ、あるいは他の方法で係合させて、より大きなアセンブリを形成することができる。そのようなアセンブリは、単一のセレクタ装置１６０４と比べ、さらには／あるいはアセンブリ内に存在するよりも少数のセレクタ装置１６０４のグループと比べて、全体として成長開口部１６０３、１６０５のより大きなアレイを提供する。

図２０は、マルチ結晶粒セレクタ装置２００４の斜視図を示している。図２１は、図２０に示したセレクタ装置２００４の上面図を示している。図２２は、図２１に示した線２２－２２に沿ったセレクタ装置２００４の第１の断面図を示している。図２３は、図２１に示した線２３－２３に沿ったセレクタ装置２００４の第２の断面図を示している。セレクタ装置２００４は、図１に示したセレクタ装置１０４を代表することができる。上述のように、単一のセレクタ装置２００４を鋳型１０２と共に使用して、マルチ結晶粒柱状物品又は構造を形成することができ、あるいは、互いに隣接して配置されたいくつかのセレクタ装置２００４から形成されたより大型のセレクタアセンブリを、鋳型１０２と共に使用することができる。

セレクタ装置２００４は、冷却面又は表面２００６と、成長面又は表面２００８と、平らな側面又は表面２０２６と、反対側の平らな側面又は表面２０２８とを含む外面を画定する外側本体２０００を含む。さらに、本体２０００は、側面２０２６から側面２０２８まで延び、かつ成長面２００８と冷却面２００６との間に位置する第１組の表面２００１、２０１２、２０１４、２０１６、２０１８を画定する。さらに、本体２０００は、側面２０２６から側面２０２８まで延び、かつ成長面２００８と冷却面２００６との間に位置する反対側の第２組の表面２０２０、２０２２、２０２４、２０３０、２０３２を画定する。

支持柱１６３４が、表面２０１２から表面２０１６まで延び、表面２０２０から表面２０２２まで延び、表面２０３０、２０３２から延びてよい。これらの柱２０３４を、本体２０００の付加製造の完了後に取り除くことができる。本明細書において説明されるように、柱２０３４が取り除かれた状態で、表面２００１、２０１２は、表面２０２０、２０２２によって形成された谷部に受け入れることができるエルボを形成し、表面２０１６、２０１８は、表面２０３０、２０３２によって形成された別の谷部に受け入れることができる別のエルボを形成し、したがって複数のセレクタ装置２００４からより大きなアセンブリを形成することができる。

カラム２１１８、２２１８は、上述したように、Ｓ字形を形成するように異なる方向に細長いチャネル１５００、１５０２、１５０４の組み合わせから形成される。カラム２１１８、２２１８を形成するチャネル１５００、１５０２、１５０４のサイズは、他の図に示したチャネル１５００、１５０２、１５０４のサイズとは違ってよいが、カラム２１１８、２２１８のチャネル１５００、１５０２、１５０４は、図１５に示したように互いに対して傾斜することができる。

セレクタ装置２００４の本体２０００は、結晶粒セレクタカラム２１１８、２２１８（図２１及び図２２に示す）の複数のアレイ２００７、２００９を含む。カラム２１１８、２２１８の各々は、カラム２１１８、２２１８の各々が本体２０００の高さを貫く非直線の導管を形成するように、本体２０００の成長面２００８上の成長開口部２００３及び２００５と、本体２０００の冷却面２００６上の反対側の開口部とを有する。図２１及び図２２に示されるように、カラム２１１８は、カラム１８１８、１９１８に関連して上述したのと同様に、カラム２２１８よりも小さい。異なるサイズのカラム２１１８、２２１８は、成長面２００８においてカラム２１１８、２２１８の成長開口部２００３、２００５の異なるアレイ２００７、２００９を生成する。アレイ２００７は、アレイ１６０７、１６０９に関連して上述したのと同様に、アレイ２００９の成長開口部２００５よりも小さい成長開口部２００３を有する。アレイ２００７、２００９の数及び／又は配置は、図２０～図２２に示したものとは違ってもよい。

例えば、図２４は、別の結晶粒セレクタ装置２３０４の斜視図を示している。セレクタ装置２３０４は、より大きいチャネル２２１８の２つのアレイ２００９及びより小さいチャネル２１１８の単一のアレイ２００７を含むことを除いて、図２０～図２３に示したセレクタ装置２００４と同一又は同様であってよい。セレクタ装置２００４は、より大きいチャネル２１１８のアレイ２００７の両側に、より小さいチャネル２２１８のアレイ２００９を含む。反対に、セレクタ装置２３０４は、より小さいチャネル２１１８のアレイ２００７の両側に、より大きいチャネル２２１８のアレイ２００９を含む。

図２５は、別の結晶粒セレクタ装置２４０４を示している。図２６は、図２５に示した線２６－２６に沿ったセレクタ装置２４０４の断面図を示している。図２７は、図２４及び図２５に示したセレクタ装置２４０４の上面図を示している。セレクタ装置２４０４は、成長面２４０８及び冷却面２４０６と、両側の側面２４２６、２４２８と、一方の側面２４２６から他方の側面２４２８まで延び、かつ冷却面２４０６と成長面２４０８との間に位置している両側の一式の表面２４３０、２４３２とを有する本体２４００を含む。

さらに、本体２４００は、カラム２５１８に流体連通した成長チャネル２４０３のアレイを含む。カラム２５１８は、垂直チャネル１５０４及び傾斜チャネル１５００、１５０２から形成される。図２６に示されるように、カラム２５１８の各々は、冷却面２４０８から傾斜チャネル１５０２まで上方へと延びる垂直チャネル１５０４によって形成され、傾斜チャネル１５０２は、傾斜チャネル１５００へと延び、傾斜チャネル１５００は、もう１つの傾斜チャネル１５０２へと延び、この傾斜チャネル１５０２は、成長面２４０６に位置するポート２５２０まで延びている。

ポート２５２０は、図２７に示されるように、傾斜した内部側壁２６００を有するチャネルである。チャネル１５００、１５０２、１５０４は、互いに対向し、かつ互いに平行である内部側壁２５００を有する（同じチャネルについて）。チャネル１５００、１５０２、１５０４のこれらの側壁２５００は、それぞれのチャネル１５００、１５０２、１５０４が細くなる方向にも平行である。しかしながら、各ポート２５２０の内部側壁２６００は、同じポート２５２０内で互いに平行ではない。代わりに、内部側壁２６００は、各ポート２５２０の成長開口部２４０３の面積が、ポート２５２０とチャネル１５０２との間の交差部の面積よりも大きくなるように、外側へと傾斜している。例えば、成長面２４０８におけるポート２５２０の開口部２４０３は、ポート２５２０がチャネル１５２０と交差又は合流する位置におけるポート２５２０のサイズよりも大きい。これにより、ポート２５２０にフレア形状がもたらされる。図示の実施形態において、ポート２５２０の成長開口部２４０３は、上述の成長開口部の正方形の形状とは対照的に、六角形の形状を有する。

ポート２５２０のこのフレア形状は、各々のカラム２５１８から成長する結晶粒を成長開口部２４０３から拡大させ、鋳造される物体内の隣接する結晶粒に融合させることができる。さらに、図示の実施形態において、隣接するカラム２５１８を互いに近づけることができる。これは、カラム２５１８の各ペア２６００のポート２５２０から成長する結晶粒が、セレクタ装置２４０４を出て互いに融合することを助けることができる。

図２８及び図３０～図３３は、本明細書において図示及び／又は説明されるセレクタ装置において使用することができるさまざまな形状のポート及び成長開口部のさらなる例を示している。図２９は、図２７に示したポート及び成長開口部を示している。図２８は、二重三交差の成長開口部２７００及び対応するポート２７０２を示している。二重三交差の成長開口部２７００は、三角形２７０４に３つの半六角形２７０６を三角形２７０４の各々の直線レグ２７０８から突出するように組み合わせた形状を形成する。各々の半六角形２７０６は、三角形２７０４の角部２７１０の間に位置し、かつこれらの角部２７１０をレグ２７０８により接続している三角形２７０４の異なるレグ２７０８から、外側へと突出している。各々の半六角形２７０６は、半六角形２７０６の２つの角部２７１４を結ぶ３つのレグ２７１２を含む。各々の半六角形２７０６のレグ２７１２のうちの２つは、三角形２７０４の同じレグ２７０８から半六角形２７０６の異なる角部２７１４まで外側へと延びている。半六角形２７０６のこれらの角部２７１４は、半六角形２７０６のもう１つのレグ２７１２によって接続されている。

ポート２７０２は、上述したように、成長開口部２７００を含むセレクタ装置内のカラムの内部チャネル２７１６から延びている。図示のように、ポート２７０２は、内部チャネル２７１６から成長開口部２７００の境界（例えば、レグ２７０８、２７１２）へと外側に傾斜した内部側壁２７１８によるフレア形状を有することができる。成長開口部２７００及び／又はポート２７０２の形状は、物体が鋳型内で鋳造されるときに、セレクタ装置の成長面のアレイ内の成長開口部２７００から成長する金属結晶粒の融合を増加させることができる。

図２９は、六角形の成長開口部２８００及び対応するポート２８０２を示している。六角形の成長開口部２８００は、六角形の角部２７１４を接続するいくつかの六角形のレグ２７１２で形成された六角形２８０４の形状を形成する。ポート２８０２は、上述したように、成長開口部２８００を含むセレクタ装置内のカラムの内部チャネル２７１６から延びている。ポート２８０２は、内部チャネル２７１６から成長開口部２８００の境界（例えば、レグ２７１２）へと外側に傾斜した内部側壁２８１８によるフレア形状を有することができる。成長開口部２８００及び／又はポート２８０２の形状は、物体が鋳型内で鋳造されるときに、セレクタ装置の成長面のアレイ内の成長開口部２８００から成長する金属結晶粒の融合を増加させることができる。

図３０は、矩形交差の成長開口部２９００及び対応するポート２９０２を示している。矩形交差の成長開口部２９００は、互いに交差し、あるいは重なり合う２つの細長い矩形２９０４の形状を形成する。各々の矩形２９０４は、対向する短辺２９２４によって接続された対向する長辺２９２２を有する。矩形２９０４は、各々の矩形２９０４の一部分２９２０が他方の矩形２９０４の長辺２９２２を超えて突出するように、互いに重なり合っている。これは、図３０に示されるように、十字形又はプラス記号の形状を形成する。

ポート２９０２は、上述したように、成長開口部２９００を含むセレクタ装置内のカラムの内部チャネル２７１６から延びている。ポート２９０２は、内部チャネル２７１６から成長開口部２９００の境界（例えば、辺２９２２、２９２４）へと外側に傾斜した内部側壁２９１８によるフレア形状を有することができる。成長開口部２９００及び／又はポート２９０２の形状は、物体が鋳型内で鋳造されるときに、セレクタ装置の成長面のアレイ内の成長開口部２９００から成長する金属結晶粒の融合を増加させることができる。例えば、図３０に示されるように、１つの成長開口部２９００の内部側壁２９１８が少なくとも１つの他の成長開口部２９００（又は、図示の実施形態においては２つの他の成長開口部２９００）の内部側壁２９１８と交差するように、成長開口部２９００を互いに当接するようにセレクタ装置のアレイに配置することができる。

図３１は、雪片状の成長開口部３０００及び対応するポート３００２を示している。雪片状の成長開口部３０００を、成長開口部３０００がいくつか（例えば、図示の実施形態においては６つ）のより小さい六角形３０２６と、より大きい六角形３０２８との組み合わせから形成されているがゆえに、随意により複合六角形成長開口部３０００と呼ぶことができる。小さい方の六角形３０２６の各々が、大きい方の六角形３０２８の異なる角部２７１４から外側に突出している。図示の例において、小さい方の各々の六角形３０２６のレグ２７１２のうちの４つが、大きい方の六角形３０２８の外側に位置する一方で、この同じ小さい方の六角形３０２６のレグ２７１２のうちの２つは、大きい方の六角形３０２８の内側に位置している。小さい方の各々の六角形３０２６は、図３１の大きい方の六角形３０２８の異なる角部２７１４に配置されている。

ポート３００２は、上述したように、成長開口部３０００を含むセレクタ装置内のカラムの内部チャネル２７１６から延びている。図示のように、ポート３００２は、内部チャネル２７１６から成長開口部３０００の境界（例えば、小さい方の六角形３０２６のレグ２７１２及び大きい方の六角形３０２８のレグ２７１２）へと外側に傾斜した内部側壁３０１８によるフレア形状を有することができる。成長開口部３０００及び／又はポート３００２の形状は、物体が鋳型内で鋳造されるときに、セレクタ装置の成長面のアレイ内の成長開口部３０００から成長する金属結晶粒の融合を増加させることができる。図３１に示されるように、例えば、小さい方の六角形３０２６を、セレクタ装置上のアレイ内の他の成長開口部３０００の１つ以上の小さい方の六角形３０２６に隣接させることができる。

図３２は、細長い六角形の成長開口部３１００及び対応するポート３１０２を示している。細長い六角形の成長開口部３１００は、他の方向よりも２つの反対向きの方向に沿って長い細長い六角形３１０４の形状を形成する。例えば、六角形３１０４は、六角形の角部２７１４において４つの短い六角形のレグ３１３０に接続される２つの長い六角形のレグ３１１２で形成される。ポート３１０２は、成長開口部３１００を含むセレクタ装置内のカラムの内部チャネル２７１６から延びている。ポート３１０２は、内部チャネル２７１６から成長開口部３１００の境界（例えば、レグ３１１２、３１３０）へと外側に傾斜した内部側壁３１１８によるフレア形状を有することができる。成長開口部３１００及び／又はポート３１０２の形状は、物体が鋳型内で鋳造されるときに、セレクタ装置の成長面のアレイ内の成長開口部３１００から成長する金属結晶粒の融合を増加させることができる。

図３３は、別の複合六角形の成長開口部３２００及び対応するポート３２０２を示している。この複合六角形の成長開口部３２００は、３つの六角形２８０４から形成される。六角形２８０４の各々は、２つのレグ２７１２を２つの他の六角形２８０４と共有し、これらのレグ２７１２の各々は、他のただ１つの六角形２８０４と共有される。さらに、各々の六角形２８０４は、２つの角部２７１４を２つの他の六角形２８０４と共有し、これらの角部２７１４の各々は、他のただ１つの六角形２８０４と共有される。さらに、各々の六角形２８０４は、図３３に示されるように、１つの角部２７１４を他の両方の六角形２８０４と共有する。

ポート３２０２は、成長開口部３２００を含むセレクタ装置内のカラムの内部チャネル２７１６から延びている。ポート３２０２は、内部チャネル２７１６から成長開口部３２００の境界（例えば、レグ２７１２）へと外側に傾斜した内部側壁３２１８によるフレア形状を有することができる。成長開口部３２００及び／又はポート３２０２の形状は、物体が鋳型内で鋳造されるときに、セレクタ装置の成長面のアレイ内の成長開口部３２００から成長する金属結晶粒の融合を増加させることができる。

図３４は、別のセレクタ装置３３０４の斜視図を示している。図３５は、図３４に示したセレクタ装置３３０４の上面図を示している。図３６は、図３４に示したセレクタ装置３３０４の側面図を示している。図３７は、図３５に示した線３７－３７に沿ったセレクタ装置３３０４の断面図を示している。図３８は、図３６に示した線３８－３８に沿ったセレクタ装置３３０４の別の断面図を示している。セレクタ装置３３０４は、図１に示したセレクタ装置１０４のうちの１つ以上を代表することができる。

本体３３００の一方側（例えば、図３５、図３６、及び図３７の視点における左側）に位置する第１組の表面３３１０の表面は、本体３３００の反対側（例えば、図３５、図３６、及び図３７の視点における右側）に位置する第２組の表面３３１２の表面と噛み合うことができる。さらに、本体３３００は、第１組の表面３３１０から第２組の表面３３１２まで延びる本体３３００の別の側に位置する第３組の表面３３１４を含む。さらに、本体３３００の第４組の表面３３１６が、第１組の表面３３１０から第２組の表面３３１２まで延びている。図３５の視点において、第３組３３１４は図の上部に沿っており、第４組３３１６は図の下部に沿っている。

やはり他方のセレクタ装置と同様に、セレクタ装置３３０４は、本体３３００の冷却面３３０８の開口部から本体３３００の反対側の成長面３３０６の成長開口部３３０３まで延びるいくつかのカラム３３１８を含む。カラム３３１８は、結晶粒がセレクタ装置３３０４を通って鋳型１０２内に成長する導管を形成する。溶融金属が、上述したように、上方へと成長開口部３３０３から鋳型１０２内に成長するカラム３３１８内の結晶粒を形成する。

セレクタ装置３３０４と本明細書に記載及び／又は図示される１つ以上の他のセレクタ装置との間の１つの違いは、カラム３３１８の形状である。本明細書に記載のいくつかのセレクタ装置は、二次元のジグザグ形状を形成するカラムを含む。すなわち、ジグザグのカラムが、同じ平面内の２つの異なる方向に沿って傾斜した導管を形成するチャネルを含む（例えば、図３に示したカラム２１８を参照）。対照的に、セレクタ装置３３０４内のカラム３３１８は、異なる平面内の４つの異なる方向に沿って傾斜した細長い直線状のチャネル３６００、３６０２、３７００、３７０２（図３７及び図３８に示す）から形成される。例えば、チャネル３６００、３６０２は、１つの平面（例えば、図３５に示した線３７－３７によって表される垂直面によって画定され、さらには／あるいはこの垂直面に平行な平面）内で異なる方向に傾斜しており、チャネル３７００、３７０２は、別の平面（例えば、図３６に示した線３８－３８によって表される垂直面によって画定され、さらには／あるいはこの垂直面に平行な平面）内で異なる方向に傾斜している。これらの２つの平面は、図示の実施形態においては互いに垂直である。

例えば、各々のカラム３３１８は、図３７に示されるように、チャネル３６００によって冷却面３３０６の平面に対して第１の鈍角３６０４に沿って配向されてよい。チャネル３６００は、チャネル３６００内で成長する結晶粒が、本体３３００の第１組の外面３３１０に向かって傾斜した方向に成長するように、角度３６０４に配向される。

チャネル３６００は、第１のターン３６０６においてチャネル３７００に連絡し、チャネル３７００に融合する。チャネル３７００は、図３８に示されるように、冷却側３３０６の平面に対して第１の鋭角３７０４に沿って配向される。さらに、チャネル３７００は、冷却面３３０６の平面に対して第１の鈍角３６０４に沿って配向されてよい。チャネル３７００は、（チャネル３６００からの）チャネル３７００内で成長する結晶粒が、本体３３００の第４組の外面３３１６に向かって傾斜した方向に成長するように、角度３７０４に配向される。

チャネル３７００は、第２のターン３７０６においてチャネル３７０２に連絡し、チャネル３７０２に融合する。チャネル３７０２は、図３８に示されるように、冷却側３３０６の平面に対して第２の鈍角３７０８に沿って配向される。さらに、チャネル３７０２は、冷却面３３０６の平面から第１の鈍角３６０４に配向されてよい。チャネル３７０２は、（チャネル３７００からの）チャネル３７０２内で成長する結晶粒が、本体３３００の第３組の外面３３１４に向かって傾斜した方向に成長するように、角度３７０８に配向される。

チャネル３７０２は、第３のターン３６０８においてチャネル３６０２に連絡し、チャネル３６０２に融合する。チャネル３６０２は、図３７に示されるように、冷却側３３０６の平面から第２の鋭角３６１０に沿って配向される。さらに、チャネル３６０２は、冷却面３３０８の平面から第２の鈍角３７０８に配向されてよい。チャネル３６０２は、（チャネル３７０２からの）チャネル３６０２内で成長する結晶粒が、本体３３００の第２組の外面３３１２に向かって傾斜した方向に成長するように、角度３６１０に配向される。結晶粒は、チャネル３６０２内で成長し、カラム３３１８の成長開口部３３０３を介してチャネル３６０２から出ることができる。この結晶粒は、鋳型１０２内に成長して、鋳造される物体の一部を形成する。

カラム３３１８の各々は、２つの異なる（例えば、垂直な平面）に沿って前後に傾斜するジグザグ経路を画定する。この経路は、結晶粒内の金属イオンの結晶配列が配向する方向を導くのに役に立つことができる。各々のカラム３３１８によって形成される経路は、面３６０６、３６０８の間で回転方向を変える渦巻き形又はらせん状の経路をたどる。例えば、図３５に示したセレクタ装置３３０４の視点において、カラム３３１８によって形成される経路は、冷却面３６０８から成長面３６０６へと延びる線の周りを時計回りの方向にらせん状に包む。カラム３３１８のこの時計回りの方向は、チャネル３６００、第１のターン３６０６、及びチャネル３７００を通って続く。同じカラム３３１８によって形成されるこの経路は、第２のターン３７０６において方向を変え、時計回りの方向に同じ線の周りをらせん状に包み始める。例えば、この経路は、時計回りの方向に冷却面３６０８から第２のターン３７０６まで線の周りで半回転を完了し、次いで時計回りの方向に第２ターン３７０６から成長面３６０６まで線の周りでもう１つの半回転を完了する。角度３６０４、３６１０、３７０４、３７０８を、結晶粒内の金属結晶について異なる結晶配置及び／又は成長方向を選択するために、この実施形態に示した角度から変更することが可能である。

図３９は、別のセレクタ装置３８０４の斜視図を示している。図４０は、図３９に示したセレクタ装置３８０４の上面図を示している。図４１は、図３９に示したセレクタ装置３８０４の側面図を示している。図４２は、図３９に示したセレクタ装置３８０４の端面図を示している。図４３は、図４０に示した線４３－４３に沿ったセレクタ装置３８０４の断面図を示している。図４４は、図４１に示した線４４－４４に沿ったセレクタ装置３８０４の別の断面図を示している。セレクタ装置３８０４は、図１に示したセレクタ装置１０４のうちの１つ以上を代表することができる。

本明細書に記載の他方のセレクタ装置と同様に、セレクタ装置３８０４は、より大きなアセンブリを形成するために互いに噛み合わせることができる表面を有している本体３８００から形成される。例えば、本体３８００の一方側（例えば、図４０、図４１、及び図４３の視点における左側）に位置する第１組の表面３８１０の表面は、本体３８００の反対側（例えば、図４０、図４１、及び図４３の視点における右側）に位置する第２組の表面３８１２の表面と噛み合うことができる。第１組の表面３８１０は、図４２に示される表面である。さらに、本体３８００は、第１組の表面３８１０から第２組の表面３８１２まで延びる本体３８００の別の側に位置する第３組の表面３８１４を含む。さらに、本体３８００の第４組の表面３８１６が、第１組の表面３８１０から第２組の表面３８１２まで延びている。図４０の視点において、第３組３８１４は図の上部に沿っており、第４組３８１６は図の下部に沿っている。図４２及び図４４の視点において、第３組３８１４は図の左側に沿っており、第４組３８１６は図の右側に沿っている。

セレクタ装置３８０４は、上述のように、本体３８００の冷却面３８０６の開口部から本体３８００の反対側の成長面３８０８の成長開口部３８０３まで延びるいくつかのカラム３８１８を含む。カラム３８１８は、結晶粒がセレクタ装置３８０４を通って鋳型１０２内に成長する導管を形成する。溶融金属が、上述したように、上方へと成長開口部３８０３から鋳型１０２内に成長するカラム３８１８内の結晶粒を形成する。

セレクタ装置３８０４のカラム３８１８は、冷却面３８０６から成長面３８０６へと一周する（例えば、渦巻き又はらせんの１回転を完了する）らせん状又は渦巻き形の経路を形成する。カラム３８１８は、各カラム３８１８のらせん状又は渦巻き形の経路を形成するように異なる方向に沿って傾斜した細長い直線状のチャネル４２００、４２０２、４３００、４３０２（図４３及び図４４に示す）から形成される。

例えば、各カラム３８１８は、チャネル４２００を介して冷却面３８０６から成長面３８０６に向かって上方に延びる。チャネル４２００は、図３７に示したチャネル３６００に関連して上述したのと同様に、成長面３８０６から鈍角に配向される。これは、チャネル４２００内で成長する結晶粒を、本体３８００の第１組の外面３８１０に向かって傾斜した方向に成長させることができる。

チャネル４２００は、第１のターン４２０６においてチャネル４３００に連絡し、チャネル４３００に融合する。チャネル４３００は、図４４に示されるように、冷却側３８０６から別の鈍角に沿って配向される。チャネル４３００は、（チャネル４２００からの）チャネル４３００内で成長する結晶粒が、本体３８００の第３組の外面３８１４に向かって傾斜した方向に成長するように、鈍角に配向される。

チャネル４３００は、第２のターン４３０６においてチャネル４２０２に連絡し、チャネル４２０２に融合する。チャネル４２０２は、図４３に示されるように、冷却側３８０６から鋭角に沿って配向される。チャネル４２０２は、（チャネル４３００からの）チャネル４２０２内で成長する結晶粒が、本体３８００の第２組の外面３８１２に向かって傾斜した方向に成長するように、この鋭角に配向される。

チャネル４２０２は、第３のターン４２０８においてチャネル４３０２に連絡し、チャネル４３０２に融合する。チャネル４３０２は、図４４に示されるように、冷却面３８０６から鈍角に沿って配向される。チャネル４３０２は、（チャネル４２０２からの）チャネル４３０２内で成長する結晶粒が、本体３８００の第４組の外面３８１６に向かって傾斜した方向に成長するように、鋭角に配向される。結晶粒は、チャネル４３０２内で成長し、カラム３８１８の成長開口部３８０３を介してチャネル４３０２から出ることができる。この結晶粒は、鋳型１０２内に成長して、鋳造される物体の一部を形成する。

カラム３８１８の各々は、２つの異なる（例えば、垂直な平面）に沿って前後に傾斜するジグザグ経路を画定する。この経路は、結晶粒内の金属イオンの結晶配列が配向する方向を導く役に立つことができる。各々のカラム３８１８によって形成される経路は、冷却面３８０８から成長面３８０６へと延びる線の周りで一回転又は１つのらせんを完了する渦巻き形又はらせん状の経路をたどる。

本明細書に記載のさまざまなカラムを形成するチャネルの多くは、直線状であるように示されているが、代案においては、チャネルの１つ以上が、湾曲した形状などの非直線の形状を有することができる。セパレータ装置の本体を、付加製造によって形成することができる。本明細書に記載のカラムの形状の多くは、他の製造プロセスでは不可能であるかも知れず、さらには／あるいは付加製造以外の製造プロセスを使用してカラムの形状を形成すると、コストがかかりすぎ、商業的に妥当でなくなる可能性がある。

図４５は、本明細書に記載の結晶粒セレクタ装置のうちの１つ以上において使用することができる成長開口部４５００の別の実施形態を示している。図４～図７、図１０、及び図１２～図４４に示したセレクタ装置の成長開口部は、すべて互いに整列している。例えば、図４～図７、図１０、及び図１２～図４４に示したセレクタ装置の隣接する成長開口部の同じエッジは、互いに平行であり、あるいは同じ基準面に対して同じ角度に配向される。図４５に示される成長開口部４５００（例えば、開口部４５００Ａ、４５００Ｂ）は、互いに対して回転オフセットされている。例えば、成長開口部４５００は、図２７に示した成長開口部２６００と同じ形状を有することができる。しかしながら、隣接する成長開口部４５００が、平行な軸４５０６（例えば、軸４５０６Ａ、４５０６Ｂ）を中心にし、あるいは平行な軸４５０６の周りで、異なる方向４５０２、４５０４に回転していてよい。軸４５０６の各々は、成長開口部４５００を含む対応するセレクタ装置の成長面及び冷却面に対して垂直に配向された垂直線である。他の実施形態において、他のセレクタ装置の成長開口部（例えば、他の形状を有する成長開口部）も、回転オフセットされてよい。

一方の成長開口部４５００Ａが、軸４５０６Ａを中心にして時計回りの方向４５０２に指定の角度４５０８だけオフセットされている（例えば、成長開口部２６００の向きと比べて回転せられている）一方で、他方の成長開口部４５００Ｂは、平行な軸４５０６Ｂを中心にして同じ指定の角度４５０８だけ、しかしながら反対の反時計回りの方向４５０４にオフセットされている（例えば、成長開口部２６００の向きと比べて回転させられている）。指定の角度４５０８は、図４５において、セレクタ装置２４０４の面２４２６、２４２８などの成長開口部４５００を含むセレクタ装置の両面に垂直に向けられた平行な平面４５１０に対して示されている。図示の実施形態において、角度４５０８は４度である。あるいは、成長開口部４５００のオフセットの角度４５０８は、より大きくても、より小さくてもよい。随意により、異なる成長開口部４５００を、異なる角度だけオフセットさせることができる。成長開口部４５００を互いに対して整列させないことで、成長開口部４５００から成長するより小さな結晶粒が互いに融合することが防止される。これは、その後の粗大化に対して安定であるわずかに配向のずれた結晶粒のパターンを作り出すのに役立つことができる。

図４６は、本明細書に記載の結晶粒セレクタ装置のうちの１つ以上において使用することができるチャネル４６００の別の実施形態を示している。チャネル４６００（例えば、チャネル４６００Ａ、４６００Ｂ）は、チャネル３００及び／又は３０２などの本明細書に記載の結晶粒セレクタ装置のチャネル又はカラムのうちの１つ以上を代表することができる。本明細書に記載の他のチャネル又はカラムは、互いに整列した内側面又は表面を有することができる。例えば、本明細書に図示及び／又は記載される１つ以上の実施形態において、成長面及び冷却面と平行であり、成長面と冷却面との間に位置する２次元平面内のすべてのチャネルの同じ内側表面は、互いに平行であってよい。あるいは、チャネル４６００は、隣接するチャネル４６００Ａ、４６００Ｂの同じ内側面又は表面４６１０が互いに平行ではないように、互いに回転オフセットされる。

例えば、図３のチャネル３００の同じ左側の内側面はすべて、表面２０６及び／又は２０８に平行な同じ二次元平面内で互いに平行であり、図３のチャネル３００の同じ右側の内側面はすべて、表面２０６及び／又は２０８に平行な同じ二次元平面内で互いに平行であり、図３のチャネル３０２の同じ左側の内側面はすべて、表面２０６及び／又は２０８に平行な同じ二次元平面内で互いに平行であり、チャネル３０２の同じ右側の内側面はすべて、表面２０６及び／又は２０８に平行な同じ二次元平面内で互いに平行である。

図４６に示されるチャネル４６００（例えば、チャネル４６００Ａ、４６００Ｂ）は、チャネル４６００を含むセレクタ装置の成長面及び／又は冷却面に平行な同じ二次元平面内で互いに対して回転オフセットされている。例えば、成長開口部４６００は、図３に示したチャネル３００及び／又は３０２と同じ断面形状を有することができる。しかしながら、隣接する成長開口部４６００は、平行な軸４５０６（例えば、軸４５０６Ａ、４５０６Ｂ）を中心にし、あるいは平行な軸４５０６の周りで、異なる方向４５０２、４５０４に回転していてよい。他の実施形態において、他のセレクタ装置のチャネルも回転オフセットされてよい。

一方の成長開口部４６００Ａが、軸４５０６Ａを中心にして時計回りの方向４５０２に指定の角度４５０８だけ回転オフセットされる一方で、他方のチャネル４６００Ｂは、平行な軸４５０６Ｂを中心にして同じ指定の角度４５０８だけ、しかしながら反対の反時計回りの方向４５０４に、回転オフセットされる。図示の実施形態において、角度４５０８は４度である。あるいは、チャネル４６００のオフセットの角度４５０８は、より大きくても、より小さくてもよい。随意により、異なるチャネル４６００を、異なる角度だけオフセットさせることができる。隣接する成長開口部４５００の回転オフセットは、成長開口部から出現する結晶粒が、開口部４５００のアレイによって画定されるパターンにて、０度よりも大きく１５度よりも小さい角度だけ互いに対して回転することを保証するうえで助けとなることができる。

図４７は、本明細書に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置及び／又はアセンブリのうちの１つ以上を使用してマルチ結晶粒柱状物品を成長させるための方法１３００の一実施形態のフローチャートを示している。１３０２において、セレクタ装置又はアセンブリが、鋳造用の鋳型の底部に配置される。セレクタ装置又はアセンブリを、冷却プレート上に、セレクタ装置又はアセンブリの冷却面が冷却プレートに隣接するように配置することができる。

随意により、開放チャンバを、セレクタ装置又はアセンブリと冷却プレートとの間に配置してもよい。例えば、装置又はアセンブリにおいて成長中の結晶粒が所望の方向（例えば、方向＜１００＞）に沿った一次配向を有することを確実にするために、チャンバをマルチ結晶粒セレクタ装置又はアセンブリの下方に生成することができる。このチャンバは、結晶粒スタータチャンバであってよく、高さ（例えば、冷却プレートとセレクタ装置又はアセンブリとの間）が１～２インチ、又は２．５～５センチメートルであってよい。

１３０４において、セレクタ装置又はアセンブリは、成長カラムを溶融金属又は金属合金で満たすなどにより、金属又は金属合金で満たされる。随意により、セレクタ装置又はアセンブリの底部におけるマルチ結晶粒の発生を補助するために、装置又はアセンブリ内のカラムにコバルトなどの元素をシードすることができる。

１３０６において、ランダムな二次配向の金属結晶粒が、装置又はアセンブリ内の成長カラムの底部に核形成する。この核生成は、成長カラムの底部付近の冷却プレートによる冷却に起因して生じ得る。１３０８において、核生成した金属結晶粒は、成長カラムを通って上方に成長する。金属結晶粒は、カラム内で成長することができる。カラムのサイズが狭いことは、各々の成長カラムから単一結晶粒が出現することを確実にするのに役立ち得る。カラムの配向が、好ましい方向に沿った金属結晶粒の優先的成長を可能にする。例えば、ジグザグ形状のカラムに関して、ジグザグカラムの配向は、ジグザグカラムの平面内で＜０１０＞方向に配向した結晶粒の優先的成長を引き起こすことができる。装置又はアセンブリの成長表面から出現する結晶粒は、同様の配向を有することができ、各々の結晶粒が隣接する結晶粒との小さな角度の配向ずれを有するマルチ結晶粒構造を形成することができる。

一例においては、セレクタ装置又はアセンブリを使用して長い棒材を生成することができ、次いでこれをスライスし、他の鋳造物のシードに使用されるマルチ結晶粒シードとすることができる。設計された方向性凝固（ＤＤＳ）シードを、冷却プレートに添えることができる。ワックス翼形パターン（セラミックコアを有しても、有さなくてもよい）を、指定された向き及び位置にてＤＤＳシードに取り付けることができる。ワックス湯口、ライザー、ランナー、及び注ぎカップを組み立て、ワックスアセンブリをシェル化し、脱ろうし、焼成することができる。鋳造時に、溶融合金はＤＤＳシードに衝突し、ＤＤＳシードを部分的に溶融させると考えられる。鋳型が炉の高温ゾーンから取り出されるとき、溶融物が熱勾配に応答して凝固するにつれて、柱状の樹枝状構造が成長する。しかしながら、柱状結晶粒はランダムに整列するのではなく、結晶粒は、ＤＤＳシードの構造に従って整列する。ＤＤＳシードにおける結晶粒の小さな配向のずれは、結晶粒構造の粗大化のための駆動力が小さいことを意味する。したがって、ＤＤＳシードを用いて、翼形における結晶粒の数及び配向を鋳造物へと設計することができる。ＤＤＳ結晶によってＤＤＳ粒界の位置も画定することができる。そのようなシードを使用して、別の同様の合金にＤＳ構造を生成することができる。例えば、Ｎ５００シードをＮ５部品のためのテンプレートとして使用することができる。

本明細書に記載の本発明の主題の１つ以上の実施形態は、現時点において知られている方法よりも速い引き出し速度でのＤＳ部品の生成を可能にすることにより、より微細な結晶粒構造及びより小さい樹枝状アーム間隔をもたらし、したがって鋳物工場のスループットの向上及びコストの低下をもたらす。セレクタ装置及びアセンブリを、ブレード内の各々のＤＳ結晶粒の面内配向の指定を設計技術者にとって可能にするＤＳタービンブレードを生成するために使用することができる。これにより、ブレードに追加の補強支柱を追加することなく、ブレードの剛性及び高調波を規定又は制御することが可能になる。ブレードを、ブレードのより多くの重量又はすべての重量を、ブレードにおける望ましくない振動周波数の防止よりもむしろ、動力の生成に割り当てるように設計することができる。これは、設計技術者がミクロ組織を変更することでブレードの振動周波数をタービンの動作周波数から遠ざけることができるため、ブレードの耐用年数を延ばすことができる。

これらの構造及びアセンブリは、形成される物品における粒界配向を１０～１２度未満に制限することができ、これは、より大きな角度の境界が存在する方向性凝固構造と比べて、物品の横方向クリープ特性も改善することができる。

上記の説明が、限定ではなく例示を意図していることを理解されたい。例えば、上述の実施形態（及び／又は、それらの態様）を、互いに組み合わせて用いることが可能である。加えて、特定の状況又は材料を本発明の主題の教示に適合させるために、本発明の主題の技術的範囲から逸脱することなく、多くの修正を行うことが可能である。本明細書に記載の材料の寸法及び種類は、本発明の主題のパラメータを規定することを意図しているが、それらは決して限定的ではなく、例示的な実施形態である。多数の他の実施形態が、上記の説明を検討することで、当業者にとって明らかであろう。したがって、本発明の主題の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲に与えられる充分な均等物の範囲と併せて決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、「・・・を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「それには（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という用語は、「・・・を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「そこでは（ｗｈｅｒｅｉｎ）」というそれぞれの用語の平易な英語の同義語として使用される。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１の」、「第２の」、及び「第３の」などの用語は、単に符号として使用され、それらの対象に数値的な要件を課すことを意図していない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定事項は、そのような特許請求の範囲の限定事項が、「・・・のための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」という語句を、さらなる構造への言及を欠く機能の記述と一緒に明示的に使用している場合を除き、ミーンズプラスファンクション（ｍｅａｎｓ－ｐｌｕｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ）形式での記載ではなく、米国特許法第１１２条（ｆ）に基づく解釈を意図していない。

本明細書は、例を使用して、本発明の主題のいくつかの実施形態を、あらゆる装置又はシステムの製作及び使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の主題の実施形態の実施を当業者にとって可能にするように開示する。本発明の主題の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者であれば想到する他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合や、特許請求の範囲の文言との実質的な差がない均等の構造要素を含む場合に、特許請求の範囲の技術的範囲に包含されるように意図される。

本発明の主題の特定の実施形態についての前述の説明は、添付の図面と併せて検討することで、よりよく理解されるであろう。種々の実施形態は、図面に示される配置及び手段に限定されない。

本明細書において使用されるとき、単数形で記載され、単語「１つの（ａ））」又は「１つの（ａｎ）」の後に続く要素又はステップは、とくに明示的に述べられない限りは、それらの要素又はステップが複数である場合を除外しないと理解されるべきである。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、そこで記載された特徴をやはり備えるさらなる実施形態の存在を除外するように解釈されることを意図していない。さらに、とくに明示されない限り、特定の特性を有する要素又は複数の要素を「備えており（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「備え（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含んでおり（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含み（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有しており（ｈａｖｉｎｇ）」、あるいは「有している（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その特性を有さない追加のそのような要素を含んでもよい。

１０１ 方向性凝固鋳造システム
１０２ 鋳型
１０４ マルチ結晶粒セレクタ装置
１０６ 冷却プレート
１０８ 結晶粒
１０９ 結晶粒
１１２ ずれ角度
１１４ 結晶粒セレクタ
２００ 外側本体
２０１ 六角形
２０２ アレイ
２０４ 結晶粒セレクタ装置
２０６ 外面、冷却側、表面
２０８ 外面、鋳型側、表面
２１０ 外面、表面
２１２ 外面、表面
２１４ 外面、表面
２１６ 外面、表面
２１８ 結晶粒セレクタカラム、成長チャネル、成長開口部、ジグザグカラム
２２４ 成長開口部
２２５ 冷却面の開口部
３００ チャネル
３０２ チャネル
３０４ 角度
４００ 外側本体
４０４ 結晶粒セレクタ装置
４０４Ａ 結晶粒セレクタ装置
４０４Ｂ 結晶粒セレクタ装置
４０４Ｃ 結晶粒セレクタ装置
４０６ 外面、表面
４０８ 外面、表面
４１０ 外面、表面
４１２ 外面、表面
４１４ 外面、表面
４１６ 外面、表面
４１８ 外面、表面
４２０ 外面、表面
４２２ 外面、表面
４２４ 外面、表面
４２６ 外面、端面、表面
４２８ 外面、端面、表面
４３０ 突出エルボ
４３０Ａ エルボ
４３０Ｂ エルボ
４３０Ｃ エルボ
４３２ 凹状谷部
４３２Ａ 谷部
４３２Ｂ 谷部
４３２Ｃ 谷部
４３４ 支持柱
４３６ エッジ
４３８ 横方向
５００ マルチ結晶粒セレクタアセンブリ
５０２ より大きなアレイ
５０４ 横方向
６００ 外側本体
６０４ マルチ結晶粒セレクタ装置
６０６ 冷却面
６０８ 鋳型面
６１０ 面
６１２ 面
６１４ 面
６１６ 面
６１８ 面
６２０ 面
６２２ 面
６２４ 面
６２６ 端面、表面
６２８ 端面、表面
６３０ エルボ
６３２ 谷部
６３６ エッジ
６４０ 表面
６４２ ギャップ
６４４ 凹部表面
６４６ 表面
７００ マルチ結晶粒セレクタアセンブリ
８００ 外側本体
８０４ マルチ結晶粒セレクタ装置
８０６ 冷却面、表面
８０８ 鋳型面、表面
８１０ 表面、曲面
８１２ 表面、曲面
８１４ 表面、曲面
８１６ 表面、曲面
８１８ 表面、曲面
８２０ 表面、曲面
８２２ 表面、曲面
８２４ 表面、曲面
８３０ エルボ
８３２ 谷部
８３４ 支持柱
８３６ エッジ
１０００ 外側本体
１００２ アレイ
１００４ マルチ結晶粒セレクタ装置
１００６ 冷却面
１００８ 鋳型面
１０１０ 側面
１０１２ 側面
１０１８ 成長チャネル
１０２４ 成長開口部
１０２６ 端面
１０２８ 表面、端面
１０３４ 支持柱
１０４８ 凹状湾曲部分
１０５０ 凹状湾曲部分
１０５２ リッジ
１０５４ 凸状湾曲部分
１０５６ 凸状湾曲部分
１０５８ 谷部
１０６０ 凹状湾曲部分
１０６２ 凹状湾曲部分
１０６６ 凸状湾曲部分
１０６８ 凸状湾曲部分
１１２４ 結晶粒セレクタカラム、成長カラム
１２００ マルチ結晶粒セレクタアセンブリ
１３００ 外側本体
１３０４ 結晶粒セレクタ装置、外面
１３０６ 外面、冷却表面、冷却面
１３０８ 外面、成長表面、成長面
１３１０ 外面、表面
１３１２ 外面、表面
１３１４ セレクタ装置、表面
１３１６ 外面、表面
１３１８ 外面、表面
１３２０ 外面、表面
１３２２ 外面、表面
１３２４ 外面、表面
１３２６ 外面、表面、側面
１３２８ 外面、表面、側面
１３３０ 外面、表面
１３３２ 外面
１４００ 六角形
１５００ 傾斜チャネル
１５０２ 傾斜チャネル
１５０４ 垂直チャネル
１５０６ 鋭角
１５０８ 鈍角
１５１８ 結晶粒セレクタカラム
１５２０ チャネル
１６００ 外側本体
１６０１ 表面
１６０３ 成長開口部
１６０４ マルチ結晶粒セレクタ装置
１６０５ 成長開口部
１６０６ 外面、冷却面、表面
１６０７ アレイ
１６０８ 外面、成長表面
１６０９ アレイ
１６１０ 外面、表面
１６１２ 外面、表面
１６１４ 外面、表面
１６１６ 外面、表面
１６１８ 外面、表面
１６２０ 外面、表面
１６２２ 外面、表面
１６２４ 外面、表面
１６２６ 外面、表面、側面
１６２８ 外面、表面、側面
１６３０ 外面、表面
１６３２ 外面、表面
１６３４ 支持柱
１７０２ 成長開口部
１８１８ 結晶粒セレクタカラム
１９１８ 結晶粒セレクタカラム
１９２０ 突出部分
２０００ 外側本体
２００１ 表面
２００３ 成長開口部
２００４ マルチ結晶粒セレクタ装置
２００５ 成長開口部
２００６ 冷却面、表面
２００７ アレイ
２００８ 成長面、表面
２００９ アレイ
２０１２ 第１組の外面
２０１４ 第１組の外面
２０１６ 第１組の外面
２０１８ 第１組の外面
２０２０ 第２組の外面
２０２２ 第２組の外面
２０２４ 第２組の外面
２０２６ 表面、側面
２０２８ 表面、側面
２０３０ 第２組の外面
２０３２ 第２組の外面
２０３４ 柱
２１１８ カラム
２２１８ カラム、チャネル
２３０４ 結晶粒セレクタ装置
２４００ 本体
２４０３ 成長開口部、成長チャネル
２４０４ 結晶粒セレクタ装置
２４０６ 成長面、冷却面
２４０８ 成長面、冷却面
２４２６ 側面
２４２８ 側面
２４３０ 一式の外面
２４３２ 一式の外面
２５００ 内部側壁
２５１８ カラム
２５２０ ポート
２６００ 内部側壁、成長開口部、ペア
２７００ 成長開口部
２７０２ ポート
２７０４ 三角形
２７０６ 半六角形
２７０８ 直線レグ
２７１０ 角部
２７１２ レグ
２７１４ 角部
２７１６ 内部チャネル
２７１８ 内部側壁
２８００ 成長開口部
２８０２ ポート
２８０４ 六角形
２８１８ 内部側壁
２９００ 成長開口部
２９０２ ポート
２９０４ 矩形
２９１８ 内部側壁
２９２０ 一部分
２９２２ 長辺
２９２４ 短辺
３０００ 複合六角形成長開口部
３００２ ポート
３０１８ 内部側壁
３０２６ 六角形
３０２８ 六角形
３１００ 成長開口部
３１０２ ポート
３１０４ 六角形
３１１２ レグ
３１１８ 内部側壁
３１３０ レグ
３２００ 成長開口部
３２０２ ポート
３２１８ 内部側壁
３３００ 本体
３３０３ 成長開口部
３３０４ セレクタ装置
３３０６ 成長面、冷却面
３３０８ 冷却面
３３１０ 第１組の外面、第１組の表面
３３１２ 第２組の外面、第２組の表面
３３１４ 第３組の外面、第３組の表面、第３組
３３１６ 第４組の外面、第４組の表面、第４組
３３１８ カラム
３６００ チャネル
３６０２ チャネル
３６０４ 角度、鈍角
３６０６ 第１のターン、成長面
３６０８ 第３のターン、冷却面
３６１０ 角度、鋭角
３７００ チャネル
３７０２ チャネル
３７０４ 角度、鋭角
３７０６ 第２のターン
３７０８ 角度、鈍角
３８００ 本体
３８０３ 成長開口部
３８０４ セレクタ装置
３８０６ 成長面、冷却面、冷却側
３８０８ 成長面、冷却面
３８１０ 第１組の外面、第１組の表面
３８１２ 第２組の外面、第２組の表面
３８１４ 第３組の外面、第３組の表面、第３組
３８１６ 第４組の外面、第４組の表面、第４組
３８１８ カラム
４２００ チャネル
４２０２ チャネル
４２０６ 第１のターン
４２０８ 第３のターン
４３００ チャネル
４３０２ チャネル
４３０６ 第２のターン
４５００ 成長開口部
４５００Ａ 成長開口部
４５００Ｂ 成長開口部
４５０２ 方向
４５０４ 方向
４５０６ 軸
４５０６Ａ 軸
４５０６Ｂ 軸
４５０８ 角度
４５１０ 平面
４６００ チャネル、成長開口部
４６００Ａ チャネル、成長開口部
４６００Ｂ チャネル
４６１０ 表面

Claims (14)

1. マルチ結晶粒セレクタ装置（４０４）であって、当該セレクタ装置（４０４）が、
   外側本体（４００）であって、当該セレクタ装置（４０４）の外面を画定するとともに鋳造炉の冷却プレート（１０６）に面するように構成された冷却面（４０６）と、鋳型（１０２）内へと面するように構成された反対側の鋳型面（４０８）とを備える外側本体（４００）
   を備えており、
   前記外側本体（４００）が、マルチ結晶粒セレクタカラム（２１８）のアレイを含み、
   前記結晶粒セレクタカラム（２１８）の各々が、前記外側本体（４００）の前記冷却面（４０６）から前記外側本体（４００）の前記鋳型面（４０８）に向かって延びる成長方向に沿って配向された端部同士の配置にて互いに流体連通した２つ以上の斜め配向の細長いチャネル（３００、３０２）から形成され、前記セレクタカラム（２１８）が、前記外側本体（４００）の前記鋳型面（４０８）の成長開口部まで延びており、
   前記セレクタカラム（２１８）の各々が、前記成長方向に沿って成長する前記鋳型（１０２）内で形成される柱状結晶粒物品の一部である単一結晶粒カラムを対応する成長開口部から形成するように構成されており、
   前記本体（４００）が、前記冷却面（４０６）と前記鋳型面（４０８）との間の前記本体（４００）の厚さへと延びる１つ以上の噛み合い機構を含み、前記１つ以上の噛み合い機構が、別のマルチ結晶粒セレクタ装置の別の本体の１つ以上の対応する噛み合い機構と対をなし、前記本体（４００）を前記別の本体に結合させて、より大きなマルチ結晶粒セレクタ装置となるように形作られている、マルチ結晶粒セレクタ装置（４０４）。
2. 前記アレイの前記セレクタカラム（２１８）の前記成長開口部が、前記鋳型面（４０８）に沿った規則的な反復パターンにて配置されている、請求項１に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置（４０４）。
3. 前記チャネル（３００、３０２）の隣接する各ペアが、互いに接続された第１及び第２のチャネル（３００、３０２）を含み、前記第１及び第２のチャネル（３００、３０２）が、１５度未満の互いからの角度で互いに対して配向されている、請求項１に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置（４０４）。
4. 前記アレイの前記セレクタカラム（２１８）の前記成長開口部が、規則的に反復する六角形パターンにて配置されている、請求項１に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置（４０４）。
5. 前記結晶粒セレクタカラム（２１８）の各々における前記チャネル（３００、３０２）が、前記本体の前記冷却面（４０６）から前記本体（４００）の前記鋳型面（４０８）まで延びるジグザグ経路を画定する、請求項１に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置（４０４）。
6. 前記結晶粒セレクタカラム（１０１８）の各々における前記チャネル（３００、３０２）が、渦巻き形の経路を画定する、請求項１に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置（１００４）。
7. 前記本体（４００）が、前記セレクタカラム（２１８）の前記アレイの各側の直線状のエッジを含み、前記直線状のエッジが、別のマルチ結晶粒セレクタ装置の別の本体の対応する直線状のエッジと対をなすように形作られている、請求項１に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置（４０４）。
8. 前記本体（８００）が、前記セレクタカラム（２１８）の前記アレイの少なくとも一方側の非直線状のエッジを含む、請求項１に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置（８０４）。
9. 前記本体（６００）が、前記本体（６００）内の前記セレクタカラム（２１８）のうちの少なくともいくつかのセレクタカラムの複数の直線状の縁の複数の交差から形成されたギザギザのエッジを含む、請求項１に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置（６０４）。
10. 前記柱状結晶粒物品が、タービンブレードである、請求項１に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置（４０４）。
11. 前記柱状結晶粒物品が、単一結晶粒鋳造シードで形成されたマルチ結晶粒バーアセンブリである、請求項１に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置（４０４）。
12. 前記セレクタカラム（２５１８）が、前記成長開口部へと延びるポート（２５２０）を含み、前記ポート（２５２０）が、前記成長開口部へとフレア状である内側側壁（２６００）を有する、請求項１に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置（２４０４）。
13. 前記成長開口部が、より大きな成長開口部の１つのアレイと、より小さな成長開口部のもう１つのアレイとを含む、請求項１に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置（１６０４）。
14. 前記成長開口部の少なくとも一部が、矩形、三角形又は六角形のうちの１つ以上の形状を有する、請求項１に記載のマルチ結晶粒セレクタ装置（４０４）。

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