Z型圆柱体选晶器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种Z型圆柱体选晶器，包括依次连接相通的起晶段和选晶段，所述选晶段的中间部位呈Z形，所述选晶段的下端与起晶段的连接端呈圆弧状，所述起晶段呈圆柱体容腔状；本Z型圆柱体选晶器可以顺利的实现晶体的制备工作，且结构简单，模具制造方便，晶粒制备效率高。

Z type cylinder crystallizer

The utility model discloses a Z type cylinder crystallizer, which are communicated with the crystal and grain selection section, the middle part of the grain selection section is in the shape of Z, the lower end of the grain selection section and the crystallization section of the connection end is a circular arc, wherein a cylindrical crystal the cavity shape; the Z type cylinder crystallizer can realize the preparation of crystal smoothly, and has the advantages of simple structure, convenient manufacturing, high efficiency grain preparation.

【技术实现步骤摘要】
Z型圆柱体选晶器
本技术涉及高温合金单晶的制备技术，尤其涉及一种Z型圆柱体选晶器。
技术介绍
航空发动机是航空航天产业最为重要的部件，被称为工业中的皇冠，发动机中的叶片则是发动机中的心脏，其制造成本约占整机的25%至30%，而叶片制造的关键技术在于单晶凝固生长过程，而选晶器的好坏决定了单晶叶片的材料取向性能，一直以来是国内叶片制造技术的瓶颈之一。它是决定叶片性能的最重要的环节，被誉为航空器的“皇冠上的钻石”。目前选晶器的设计主要依靠经验，对于选晶器的高度，直径大小，以及螺旋升角缺乏合理的科学的理论支持和数据模拟支撑；选晶阶段与缺陷形成并没有标准依据，螺旋选晶器的选晶机制，选晶法制备单晶过程中晶体取向控制以及定向凝固过程中凝固参数对单晶高温合金凝固组织、杂晶和缩松缺陷的影响都有待深入研究。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种Z型圆柱体选晶器，可以较好的实现高温合金单晶的制备，并且提供了合理的尺寸数据。本技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:一种Z型圆柱体选晶器，包括依次连接相通的起晶段和选晶段，所述选晶段的中间部位呈Z形，所述选晶段的下端与起晶段的连接端呈圆弧状，所述起晶段呈圆柱体容腔状。通过采用上述技术方案，采用本Z型圆柱体选晶器在进行单晶凝固生长的过程中，呈Z形状的选晶段也可以同样对晶粒生长产生几何约束，使得晶粒在生长的过程中在Z形状的通道内通过择优生长法竞争生长，最后只有一个晶粒长出选晶段顶部并长满整个型腔，从而得到单晶体；并且，本Z型圆柱体选晶器相对于现有技术中的螺旋选晶器，由于其为平面二维图形，所以其结构更为简单，模具制造加工方便，与此同时，由于选晶段的下端与起晶段的连接端呈圆弧状，晶粒在生长并逐渐进入Z形状的选晶段的过程中会与圆弧状的拐角发生碰撞以进行择优生长并且不会由于拐角的突变而形成杂晶；再者，由于Z型选晶段具有明显直接的转折阻碍，从而可以供晶粒在通道内快速的通过择优生长法竞争生长，提高了工作效率。本技术进一步设置为：所述选晶段起升角为20-60度。通过采用上述技术方案，起升角较小，从而可以使得选晶段的高度的设计较小，20-60的起身角度，可以在保证晶粒顺利结晶生长制备工作的同时，也保证了选晶段的高度不会较高，从而进一步提高了工作效率。本技术进一步设置为：所述选晶段直径为3.2mm。通过采用上述技术方案，选晶段直径越小，选晶效率越高，然而，具有较小直径的选晶段的强度不够，所以本Z型圆柱体选晶器的选晶段直径为3.2mm，既可以保证选晶效率，又可以保证选晶段的强度，保证晶粒的顺利成型。本技术进一步设置为：所述选晶段高度为16.16mm。通过采用上述技术方案，选晶段高度越低，选晶段效率越高，然后，当选晶段高度过低时，将不能保证晶粒在选晶段内完全成型，所以本Z型圆柱体选晶器的选晶段高度为16.16mm，既可以保证选晶效率，又可以保证晶粒在选晶段内的完全顺利成型。本技术进一步设置为：所述选晶段的底端通过第一直线段与起晶段连接，所述第一直线段高度为4mm，所述选晶段的下端与第一直线段的上端相连，并且连接端呈圆弧状。通过采用上述技术方案，本设计的选晶器第一直线段是直线约束，是为了方便沾浆做模壳的工作，4mm的直线约束距离既可以方便沾浆做膜壳，也节省了材料。综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本Z型圆柱体选晶器结构简单，模具制造方便，且可以较好的实现单晶体的制备；2、晶粒在本Z型圆柱体选晶器的选晶段中成长的过程中可以减小发生杂晶的几率；3、本Z型圆柱体选晶器中的选晶段采用合适尺寸的直径，既可以保证选晶效率，又可以保证选晶段的强度，保证晶粒的顺利成型；4、本Z型圆柱体选晶器中的选晶段采用合适尺寸的高度，既可以保证选晶效率，又可以保证晶粒在选晶段内的完全顺利成型；5、本Z型圆柱体选晶器中加入了第一直线段，可以方便沾浆做模壳的工作；6、本Z型圆柱体选晶器中的选晶段采用了合理的起升角度，可以保证晶粒顺利成长的同时，也可以保证选晶段高度不会过高，从而提高了工作效率。附图说明图1是本Z型圆柱体选晶器的侧视图；图2是本Z型圆柱体选晶器的正视图；图3图2中A-A的剖视图；图4是图2中本Z型圆柱体选晶器的仰视图；图5是图2中本Z型圆柱体选晶器俯视图。图中：1、起晶段；2、选晶段；3、过渡段；4、第一直线段。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步详细说明。实施例：一种Z型圆柱体选晶器，如图1-3所示，包括依次连接相通的起晶段1和选晶段2，选晶段2的上端出口处即可以直接生成单晶叶片；起晶段1的上端与第一直线段4相通，第一直线段4高度为4mm，如图2和3所示，以便之前的沾浆做模壳的工作。如图1和3所示，其起晶段1的外壁高度为12mm，内壁高度为10.5mm，内孔直径为12mm，外孔直径为15mm，呈圆柱容腔状，在不浪费材料的同时，以便晶粒在起晶段1内具有足够的高度空间凝固，其起晶段1也可以采用正方体状。如图4和5所示，选晶段2的上端还连有过渡段3，以便晶体叶片的后期加工，其过渡段3的高度为6mm，并且过渡段可以使用正三棱锥状。如图1和3所示，选晶段2整体呈Z形状，其断面直径为3.2mm，高度为16.4mm，起升角为20-60度，其下端和上端分别与第一直线段4的上端以及过渡段3的下端相连，并且两连接端均呈圆弧状，如图2和3所示。具体实施方式：从晶体生长的微观过程分析，由于晶体各晶面的原子密度不同，配位数不同，化学结合键不同，导致各晶面的电子构型有所差别，因而各晶面的界面能有所不同。从而导致液固转变时，液相原子撞击界面的频率不同。因此凝固过程中晶体在不同晶面的生长速度有差异，即晶体在凝固过程中会表现出各向异性，具体表现为晶体在各个晶体学方向的生长速度不同。对于晶体学取向上生长较快的方向称为该晶体的择优取向（择优生长方向）。利用3D打印技术可以制作出本螺旋型选晶器以及单晶叶片的膜壳，并将其固定在工作设备上后，利用沙模技术将其固定，将高温金属液倒入沙模中，本螺旋型选晶器以及单晶叶片的膜壳被融化，此时沙模内部保存本螺旋型选晶器以及单晶叶片的膜壳形状的容腔，金属液在起晶段1容腔内凝固，晶粒顺着选晶段2形状开始进行结晶，当多颗晶粒在起晶段1内开始凝固并开始向上生长时，晶粒通过第一直线段4后进入Z形状的选晶段2内，并首先与选晶段2和第一直线段4连接处的圆弧拐角内壁接触，此时，位于选晶段中Z型通道内的一些晶粒将会受到选晶器Z型通道内壁较强的阻碍，逐渐失去生长空间而被靠近Z型通道内其他晶粒所淘汰，最终只有一个晶粒长大通过过渡段3形成单晶叶片，并且由于圆弧状的拐角的存在，不会由于拐角的突变而形成杂晶的情况，从而顺利的实现单晶高温合金铸件的制备。在本实施例中，Z形状的选晶段2结构更加简单，由于其为平面二维图形，容易开模具，即方便了模具的加工制造，并且适合大批量生产；并且Z形状的选晶段2具有明显直接的折弯较，当多颗晶粒处于选晶段2内生长的过程中，其中大部分晶粒会快速的与选晶段通道壁碰撞从而被淘汰，从而最终只留一颗晶粒一直顺利的成长，从而较好的实现了单晶形成的工作，并且提高了工作效率；与此同时，选晶段2直径为3.2mm，高度为16.4mm，起升角在20-60度，此时可以选择35度，这样既可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Z型圆柱体选晶器，包括依次连接相通的起晶段(1)和选晶段(2)，其特征在于：所述选晶段(2)的中间部位呈Z形，所述选晶段(2)的下端与起晶段(1)的连接端呈圆弧状，所述起晶段(1)呈圆柱体容腔状。

【技术特征摘要】
1.一种Z型圆柱体选晶器，包括依次连接相通的起晶段(1)和选晶段(2)，其特征在于：所述选晶段(2)的中间部位呈Z形，所述选晶段(2)的下端与起晶段(1)的连接端呈圆弧状，所述起晶段(1)呈圆柱体容腔状。2.根据权利要求1所述的一种Z型圆柱体选晶器，其特征在于：所述选晶段起升角为20-60度。3.根据权利要求1所述的一种Z型圆柱体选晶器，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王富，朱鑫涛，朱德本，朱玉棠，赵保解，
申请(专利权)人：泰州市金鹰精密铸造有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32