[發明專利]一種半螺旋選晶器

無效

• 申請號: 99113400.1
• 申請日: 1999-11-03
• 公開（公告）號: CN1295140A
• 公開（公告）日: 2001-05-16
• 發明（設計）人: 鄭啟;侯桂臣;田為民;孫曉峰;金濤;趙乃仁;管恒榮;胡壯麒
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;B22C9/00
• 代理公司: 中國科學院沈陽專利事務所
• 代理人: 張晨

本發明涉及高溫合金單晶的制備技術，特別提供了一種用于高溫合金單晶生長的半螺旋選晶器。

坩堝單晶熔體生長技術可以劃分為兩大類：籽晶法和選晶法。理論上而言，應用籽晶法可以制備使任何晶體取向與生長方向平行的單晶，但工藝復雜；而選晶法由于立方系合金的擇優生長特性所決定，只能生長[001]取向與生長方向一致的單晶，但單晶制備工藝簡單，更幸運的是單晶合金在[001]取向往往獲得最佳的力學性能，所以選晶法成為單晶高溫合金制備的最廣泛的技術。

Higginbotham?G.J.S在文獻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)中提到四種單晶選晶器：a．分段轉折式；b．傾斜式；c．尺度限制式；d．螺旋式。陳健等人的發明專利文獻2(陳健，鄭啟，于洋，唐亞俊，胡壯麒，一種金屬材料的制備技術，專利申請號：95110277.X)中介紹了一種縮頸式選晶器，實際上與Higginbotham的尺寸限制式本質上可以劃分在一個類型，R.A.Laudise的文獻3(R.A.Laudise，The?growth?of?single?crystals，Prentice?Hall?ihc.1970)敘述了一種葫蘆串式選晶器，更是該類選晶器的發展，都是應用截面尺度變化起到選晶的作用，但從單一縮頸變成多重縮頸結構，選晶效果可以進一步。本發明人在Ni基高溫合金單晶制備工藝試驗中，曾經對分段轉折式選晶器，多重縮頸式選晶器和螺旋選晶器進行對比試驗發現，螺旋選晶器具有最突出的選晶作用，選晶成功率最高，晶粒淘汰率也最大，這也是螺旋選晶器技術在單晶葉片工藝上獲得最廣泛應用的原因。

試驗發現螺旋選晶器運用晶體生長方向三維連續變化，結合了晶體生長的擇優生長特性，同時選晶路徑較長，部分包含了縮頸式，傾斜式選晶器的特性，達到良好的選晶作用。但螺旋選晶器本身結構復雜，加之選晶器還包含起晶器，過渡段等部分，目前只能手工分別制作，手工組合，造成選晶器制備工藝復雜，效率低下，工藝重復性差，實際影響單晶生長。

本發明的目的在于提供一種半螺旋選晶器，其具有高的選晶能力，并且制備工藝簡單，效率高。

本發明提供了一種半螺旋選晶器，其特征在于：該選晶器的結構為，在螺旋管沿母線展開平面上，按照確定的升角和半徑纏繞，在螺旋管截面上限定在180°范圍內，到達邊界時折返方向，向相反方向同角度同半徑纏繞，螺旋升角α為10-45°，環繞曲率半徑R為3-15mm，回繞轉折曲率半徑r為2-5mm，螺旋選晶器斷面直徑d為4-8mm，有效纏繞圈數1-10圈，最好為1-3圈。

本發明發展的“半螺旋選晶器”技術，關鍵特征是180°回繞，而不是360°環繞，構成“半螺旋”結構(見圖1和圖2)。所謂“半螺旋”結構是相對典型螺旋結構而言，典型螺旋選晶器結構為，在螺旋管沿某母線展開平面上按照確定的升角α，并且在該螺旋管截面上沿固定半徑R連續360°纏繞，形似彈簧。而半螺旋選晶器結構，按照同樣確定的升角和半徑纏繞，但在螺旋管截面上限定在180°范圍內，到達邊界時折返方向，向相反方向同角度同半徑纏繞。本發明用石膏材料制造模具，用高強度糊狀中溫模料制備半螺旋選晶器，壓力壓注成形。再運用熔模精密鑄造工藝，與鑄件熔模，澆鑄系統熔模組合成整體模組，制備型殼(鑄型)；在專用定向凝固單晶爐中，加熱型殼，澆鑄鎳基單晶高溫合金，并定向凝固，制備單晶鑄件。

本發明半螺旋選晶器具有如下特點：

1、在保持了螺旋選晶器的晶體生長方向三維連續變化的基本特征的前提下，由360°環繞改為180°回繞，選晶機理不變。

2、因半螺旋回繞結構，在回繞轉折處形成新的轉折結構，使轉折結構和螺旋結構結合起來，必然增強選晶器的選晶特性，

3、同理，因半螺旋回繞結構，可以實現利用簡單模具成形。模具設計為上下對開結構，實現簡單分型和出模。

4、可以實現選晶器部分與起晶器，過渡段整體一次模具成形。

總之，本發明可以提高選晶器的選晶能力，制備效率，以及選晶器的一致性，改善單晶制備質量和生產率。下面通過實施例詳述本發明。

附圖1半螺旋選晶器的形貌照片

實施例1：