專利名稱：一種提高單晶凝固溫度梯度的復合式隔熱擋板的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用于定向凝固設備的，提高單晶凝固溫度梯度的復合式隔熱擋板。
背景技術：
單晶高溫合金是航空發動機重要的關鍵材料之一。自20世紀80年代以來，渦輪葉片用單晶高溫合金技術就一直是航空發動機發展及武器裝備發展的一項十分重要的關鍵技術。目前，主要通過快速凝固法(HRS)獲得單晶試棒及葉片，定向凝固技術的工藝參數包括凝固過程中固液界面前沿液相的溫度梯度和固、液界面向前推進速度R。Gl/R值是控制單晶體生長界面穩定性的重要判據。定向凝固技術和裝置在不斷改進，其中關鍵技術之一是致力于提高固/液界面前沿液相的溫度梯度(\，以達到提高單晶零件品質和合格率的目的。快速凝固法(HRS)的主要設備是定向凝固爐，合金錠澆注到模室預熱的鑄型中， 鑄型放置在水冷結晶器上，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晶的關鍵。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熱量向下區的冷區輻射散熱，在鑄模加熱室底部設置一種隔熱擋板，通過隔熱擋板將鑄模加熱室和下部冷卻區隔開，在隔熱擋板附近產生較大的溫度梯度，因此，擋板的隔熱效果對固液界面前沿的溫度梯度有直接影響。目前，定向凝固設備使用的隔熱擋板主要為剛玉環、鉬片、硬質石墨氈等。其中，剛玉環耐高溫，但是在高溫使用中容易開裂，影響隔熱效果。鉬片加工費時，成本高。硬質石墨氈有較好的隔熱效果，但它易損壞，使用壽命短，而且發生殼漏時易被損壞，造成生產過程中斷。

發明內容
本發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合式隔熱擋板。本發明的技術方案是復合式隔熱擋板包括石墨環，軟質石墨氈，石墨環與軟質石墨氈組合為環形體，環形體的內徑大于待澆鑄殼型的外徑，石墨環分為二層，下層石墨環直接安放在定向凝固爐中的水冷套上，二層石墨環中間填充軟質石墨氈，上層石墨環的內徑的高度與外徑高度存在高度差，內徑高度至外徑高度平滑過渡增高。所述的上層石墨環的內徑的高度與外徑高度存在高度差，上層石墨環的外徑高度是復合式隔熱擋板總高度的2/3，上層石墨環的內徑與外徑高度差為45度，并且上層石墨環的內徑高度至外徑高度平滑過渡。所述的環形體的內徑與待澆鑄殼型的外徑之間的縫隙控制在5 20mm。本發明的優點是具有很好的隔熱效果，有利于提高溫度梯度，使用成本低。由于上層石墨環上表面為斜面，能有效防止殼漏損壞擋板，同時使反射輻射面增大，增加其反射效果。石墨導熱系數隨溫度升高而降低，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的金屬光澤，反射輻射熱的效果好。石墨熱膨脹系數小，溫度突變時，體積變化不大，不會產生裂紋。另外，采用軟質石墨氈在二層石墨之間進行填充，可以方便控制形狀，達到較好的隔熱效果。本發明的復合式石墨高溫隔熱擋板制造方便，只要將軟質石墨氈按尺寸裁剪，安放在水冷套上的石墨環上，第二層石墨環直接放置石墨氈上即可，不需要螺栓、螺母固定， 方便安置，而且加工簡單，價格成本低。與現有技術中硬質石墨氈做隔熱擋板相比，溫度梯度提高了近50%。


圖1為本明結構剖面圖。
具體實施例方式下面對本發明做進一步詳細說明。本發明技術方案是如圖1、2所示，復合式隔熱擋板包括石墨環1，軟質石墨氈2，石墨環1與軟質石墨氈2組合為環形體，環形體的內徑大于待澆鑄殼型的外徑，石墨環分為二層，下層石墨環直接安放在定向凝固爐中的水冷套上， 二層石墨環中間填充軟質石墨氈2，上層石墨環3的內徑的高度與外徑高度存在高度差，內徑高度至外徑高度平滑過渡增高。下層石墨環1安放在定向凝固爐中的水冷套上，軟質石墨氈2通過剪裁獲得和下層石墨環1相同的內外徑，直接放置在下層石墨環1上，上層石墨環3平面的一面直接放置在軟質石墨氈2上，使斜面一面向上。本發明的工作原理是本發明復合式石墨高溫隔熱擋板應用于定向凝固爐真空高溫環境中，位于加熱體下方。上層石墨環3在高溫下表面有較強的金屬光澤，反射輻射熱的效果好。同時采用斜面，使反射輻射面增大，增加其反射效果。同時能有效防止在型殼裂漏時隔熱擋板不易被損壞，不會造成生產過程中斷。石墨導熱系數隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。另外，采用軟質石墨氈2在二層石墨之間進行填充，利用石墨氈2的隔熱性好的特點，達到進一步的隔熱效果。實施例1在ZGD-I真空感應定向凝固爐使用復合式隔熱擋板，復合式隔熱擋板的環形體的內外徑尺寸分別為Φ200πιπι、Φ250πιπι，環形體的總高度為150mm，上層石墨環外徑高度為 100mm，上層石墨環內徑高度為50mm。經過測試，溫度梯度由通常的40 60°C /cm提高到 60 80 /cm。實施例2在DSP II型真空感應定向凝固爐使用復合式隔熱擋板，復合式隔熱擋板的環形體的內外徑尺寸分別為Φ 220mm、Φ 270mm，環形體的總高度為150mm，上層石墨環外徑高度為 100mm，上層石墨環內徑高度為50mm。經過測試，溫度梯度由通常的30 60°C /cm為50 700C /cm。
權利要求
1.一種提高單晶凝固溫度梯度的復合式隔熱擋板，其特征在于，復合式隔熱擋板包括石墨環(1)，軟質石墨氈0)，石墨環(1)與軟質石墨氈(2)組合為環形體，環形體的內徑大于待澆鑄殼型的外徑，石墨環分為二層，下層石墨環直接安放在定向凝固爐中的水冷套上， 二層石墨環中間填充軟質石墨氈O)，上層石墨環(3)的內徑的高度與外徑高度存在高度差，內徑高度至外徑高度平滑過渡增高。
2.根據權利要求1所述的一種提高單晶凝固溫度梯度的復合式隔熱擋板，其特征在于，所述的上層石墨環C3)的內徑的高度與外徑高度存在高度差，上層石墨環C3)的外徑高度是復合式隔熱擋板總高度的2/3，上層石墨環C3)的內徑與外徑高度差為45度，并且上層石墨環(3)的內徑高度至外徑高度平滑過渡。
3.根據權利要求1所述的一種提高單晶凝固溫度梯度的復合式隔熱擋板，其特征在于，所述的環形體的內徑與待澆鑄殼型的外徑之間的縫隙控制在5 20mm。
全文摘要
本發明涉及一種應用于定向凝固設備的，提高單晶凝固溫度梯度的復合式隔熱擋板。復合式隔熱擋板包括石墨環，軟質石墨氈，石墨環與軟質石墨氈組合為環形體，環形體的內徑大于待澆鑄殼型的外徑，石墨環分為二層，下層石墨環直接安放在定向凝固爐中的水冷套上，二層石墨環中間填充軟質石墨氈，上層石墨環的內徑的高度與外徑高度存在高度差，內徑高度至外徑高度平滑過渡增高。本發明的復合式石墨高溫隔熱擋板制造方便，只要將軟質石墨氈按尺寸裁剪，安放在水冷套上的石墨環上，第二層石墨環直接放置石墨氈上即可，不需要螺栓、螺母固定，方便安置，而且加工簡單，價格成本低。與現有技術中硬質石墨氈做隔熱擋板相比，溫度梯度提高了近50％。
文檔編號C30B11/00GK102400206SQ201110362340
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者劉維維, 唐定中 申請人:中國航空工業集團公司北京航空材料研究院