專利名稱：一種提高單晶凝固溫度梯度的復(fù)合式隔熱擋板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于定向凝固設(shè)備的，提高單晶凝固溫度梯度的復(fù)合式隔熱擋板。
背景技術(shù)：
單晶高溫合金是航空發(fā)動(dòng)機(jī)重要的關(guān)鍵材料之一。自20世紀(jì)80年代以來，渦輪葉片用單晶高溫合金技術(shù)就一直是航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展及武器裝備發(fā)展的一項(xiàng)十分重要的關(guān)鍵技術(shù)。目前，主要通過快速凝固法(HRS)獲得單晶試棒及葉片，定向凝固技術(shù)的工藝參數(shù)包括凝固過程中固液界面前沿液相的溫度梯度和固、液界面向前推進(jìn)速度R。Gl/R值是控制單晶體生長界面穩(wěn)定性的重要判據(jù)。定向凝固技術(shù)和裝置在不斷改進(jìn)，其中關(guān)鍵技術(shù)之一是致力于提高固/液界面前沿液相的溫度梯度(\，以達(dá)到提高單晶零件品質(zhì)和合格率的目的?？焖倌谭?HRS)的主要設(shè)備是定向凝固爐，合金錠澆注到模室預(yù)熱的鑄型中， 鑄型放置在水冷結(jié)晶器上，鑄型以一定的速度抽拉出鑄模加熱室，該過程必須保證在固/ 液界面形成較高的溫度梯度，這是單晶合金鑄件結(jié)晶的關(guān)鍵。為了獲得最大的溫度梯度，凝固過程要使凝固初期的熱量散失主要以水冷結(jié)晶器為主，隨鑄型的下降，輔以鑄型表面的輻射散熱。為減少鑄模加熱室內(nèi)熱量向下區(qū)的冷區(qū)輻射散熱，在鑄模加熱室底部設(shè)置一種隔熱擋板，通過隔熱擋板將鑄模加熱室和下部冷卻區(qū)隔開，在隔熱擋板附近產(chǎn)生較大的溫度梯度，因此，擋板的隔熱效果對(duì)固液界面前沿的溫度梯度有直接影響。目前，定向凝固設(shè)備使用的隔熱擋板主要為剛玉環(huán)、鉬片、硬質(zhì)石墨氈等。其中，剛玉環(huán)耐高溫，但是在高溫使用中容易開裂，影響隔熱效果。鉬片加工費(fèi)時(shí)，成本高。硬質(zhì)石墨氈有較好的隔熱效果，但它易損壞，使用壽命短，而且發(fā)生殼漏時(shí)易被損壞，造成生產(chǎn)過程中斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高定向凝固過程中溫度梯度，使用方便而且不容易開裂的提高單晶凝固溫度梯度的復(fù)合式隔熱擋板。本發(fā)明的技術(shù)方案是復(fù)合式隔熱擋板包括石墨環(huán)，軟質(zhì)石墨氈，石墨環(huán)與軟質(zhì)石墨氈組合為環(huán)形體，環(huán)形體的內(nèi)徑大于待澆鑄殼型的外徑，石墨環(huán)分為二層，下層石墨環(huán)直接安放在定向凝固爐中的水冷套上，二層石墨環(huán)中間填充軟質(zhì)石墨氈，上層石墨環(huán)的內(nèi)徑的高度與外徑高度存在高度差，內(nèi)徑高度至外徑高度平滑過渡增高。所述的上層石墨環(huán)的內(nèi)徑的高度與外徑高度存在高度差，上層石墨環(huán)的外徑高度是復(fù)合式隔熱擋板總高度的2/3，上層石墨環(huán)的內(nèi)徑與外徑高度差為45度，并且上層石墨環(huán)的內(nèi)徑高度至外徑高度平滑過渡。所述的環(huán)形體的內(nèi)徑與待澆鑄殼型的外徑之間的縫隙控制在5 20mm。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是具有很好的隔熱效果，有利于提高溫度梯度，使用成本低。由于上層石墨環(huán)上表面為斜面，能有效防止殼漏損壞擋板，同時(shí)使反射輻射面增大，增加其反射效果。石墨導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低，在極高的溫度下，石墨甚至成絕熱體。在高溫下石墨表面有較強(qiáng)的金屬光澤，反射輻射熱的效果好。石墨熱膨脹系數(shù)小，溫度突變時(shí)，體積變化不大，不會(huì)產(chǎn)生裂紋。另外，采用軟質(zhì)石墨氈在二層石墨之間進(jìn)行填充，可以方便控制形狀，達(dá)到較好的隔熱效果。本發(fā)明的復(fù)合式石墨高溫隔熱擋板制造方便，只要將軟質(zhì)石墨氈按尺寸裁剪，安放在水冷套上的石墨環(huán)上，第二層石墨環(huán)直接放置石墨氈上即可，不需要螺栓、螺母固定， 方便安置，而且加工簡(jiǎn)單，價(jià)格成本低。與現(xiàn)有技術(shù)中硬質(zhì)石墨氈做隔熱擋板相比，溫度梯度提高了近50%。


圖1為本明結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明技術(shù)方案是如圖1、2所示，復(fù)合式隔熱擋板包括石墨環(huán)1，軟質(zhì)石墨氈2，石墨環(huán)1與軟質(zhì)石墨氈2組合為環(huán)形體，環(huán)形體的內(nèi)徑大于待澆鑄殼型的外徑，石墨環(huán)分為二層，下層石墨環(huán)直接安放在定向凝固爐中的水冷套上， 二層石墨環(huán)中間填充軟質(zhì)石墨氈2，上層石墨環(huán)3的內(nèi)徑的高度與外徑高度存在高度差，內(nèi)徑高度至外徑高度平滑過渡增高。下層石墨環(huán)1安放在定向凝固爐中的水冷套上，軟質(zhì)石墨氈2通過剪裁獲得和下層石墨環(huán)1相同的內(nèi)外徑，直接放置在下層石墨環(huán)1上，上層石墨環(huán)3平面的一面直接放置在軟質(zhì)石墨氈2上，使斜面一面向上。本發(fā)明的工作原理是本發(fā)明復(fù)合式石墨高溫隔熱擋板應(yīng)用于定向凝固爐真空高溫環(huán)境中，位于加熱體下方。上層石墨環(huán)3在高溫下表面有較強(qiáng)的金屬光澤，反射輻射熱的效果好。同時(shí)采用斜面，使反射輻射面增大，增加其反射效果。同時(shí)能有效防止在型殼裂漏時(shí)隔熱擋板不易被損壞，不會(huì)造成生產(chǎn)過程中斷。石墨導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。另外，采用軟質(zhì)石墨氈2在二層石墨之間進(jìn)行填充，利用石墨氈2的隔熱性好的特點(diǎn)，達(dá)到進(jìn)一步的隔熱效果。實(shí)施例1在ZGD-I真空感應(yīng)定向凝固爐使用復(fù)合式隔熱擋板，復(fù)合式隔熱擋板的環(huán)形體的內(nèi)外徑尺寸分別為Φ200πιπι、Φ250πιπι，環(huán)形體的總高度為150mm，上層石墨環(huán)外徑高度為 100mm，上層石墨環(huán)內(nèi)徑高度為50mm。經(jīng)過測(cè)試，溫度梯度由通常的40 60°C /cm提高到 60 80 /cm。實(shí)施例2在DSP II型真空感應(yīng)定向凝固爐使用復(fù)合式隔熱擋板，復(fù)合式隔熱擋板的環(huán)形體的內(nèi)外徑尺寸分別為Φ 220mm、Φ 270mm，環(huán)形體的總高度為150mm，上層石墨環(huán)外徑高度為 100mm，上層石墨環(huán)內(nèi)徑高度為50mm。經(jīng)過測(cè)試，溫度梯度由通常的30 60°C /cm為50 700C /cm。
權(quán)利要求
1.一種提高單晶凝固溫度梯度的復(fù)合式隔熱擋板，其特征在于，復(fù)合式隔熱擋板包括石墨環(huán)(1)，軟質(zhì)石墨氈0)，石墨環(huán)(1)與軟質(zhì)石墨氈(2)組合為環(huán)形體，環(huán)形體的內(nèi)徑大于待澆鑄殼型的外徑，石墨環(huán)分為二層，下層石墨環(huán)直接安放在定向凝固爐中的水冷套上， 二層石墨環(huán)中間填充軟質(zhì)石墨氈O)，上層石墨環(huán)(3)的內(nèi)徑的高度與外徑高度存在高度差，內(nèi)徑高度至外徑高度平滑過渡增高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高單晶凝固溫度梯度的復(fù)合式隔熱擋板，其特征在于，所述的上層石墨環(huán)C3)的內(nèi)徑的高度與外徑高度存在高度差，上層石墨環(huán)C3)的外徑高度是復(fù)合式隔熱擋板總高度的2/3，上層石墨環(huán)C3)的內(nèi)徑與外徑高度差為45度，并且上層石墨環(huán)(3)的內(nèi)徑高度至外徑高度平滑過渡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高單晶凝固溫度梯度的復(fù)合式隔熱擋板，其特征在于，所述的環(huán)形體的內(nèi)徑與待澆鑄殼型的外徑之間的縫隙控制在5 20mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于定向凝固設(shè)備的，提高單晶凝固溫度梯度的復(fù)合式隔熱擋板。復(fù)合式隔熱擋板包括石墨環(huán)，軟質(zhì)石墨氈，石墨環(huán)與軟質(zhì)石墨氈組合為環(huán)形體，環(huán)形體的內(nèi)徑大于待澆鑄殼型的外徑，石墨環(huán)分為二層，下層石墨環(huán)直接安放在定向凝固爐中的水冷套上，二層石墨環(huán)中間填充軟質(zhì)石墨氈，上層石墨環(huán)的內(nèi)徑的高度與外徑高度存在高度差，內(nèi)徑高度至外徑高度平滑過渡增高。本發(fā)明的復(fù)合式石墨高溫隔熱擋板制造方便，只要將軟質(zhì)石墨氈按尺寸裁剪，安放在水冷套上的石墨環(huán)上，第二層石墨環(huán)直接放置石墨氈上即可，不需要螺栓、螺母固定，方便安置，而且加工簡(jiǎn)單，價(jià)格成本低。與現(xiàn)有技術(shù)中硬質(zhì)石墨氈做隔熱擋板相比，溫度梯度提高了近50％。
文檔編號(hào)C30B11/00GK102400206SQ201110362340
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者劉維維, 唐定中 申請(qǐng)人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院