专利名称：一种定向凝固用复合隔热挡板的制作方法
技术领域：
本发明涉及定向凝固材料制备领域，具体是一种应用于定向凝固装置的高温复合隔热挡板。
背景技术：
定向凝固过程中，将浇注入合金液体的铸型以一定的速度从高温区拉入低温区， 形成固/液界面前沿较高的温度梯度，是获得良好铸件组织的关键。维持热量尽可能的从冷却区铸件外表面的散失、减少加热区向冷却区的辐射散热，是获得高温度梯度的关键。为了屏蔽高温区向低温区的辐射散热，加强热流的单向性，在炉子加热区底部设置一套隔热挡板，通过隔热挡板将加热区和冷却区两部分隔开。隔热挡板的隔热效果对定向凝固固/ 液界面前沿的温度梯度有直接的影响。目前，大型定向凝固设备中的隔热挡板材料主要为刚玉，石墨毡等，但这些类型隔热挡板材料均存在一些不足之处。刚玉环具有一定耐高温能力，但在高温使用中容易开裂， 从而影响其隔热效果、寿命较短；石墨毡虽然具有较好的隔热效果，但其本身为黑色，辐射效果不佳。申请号为01250519. 6的中国实用新型专利描述了一种用于定向凝固设备的隔热挡板，该挡板由碳毡和钼片同轴叠放而成，但其中心过孔较大且固定，不规则形状横截面铸件及具有多个尺寸横截面的铸件从过孔中通过时，隔热挡板内缘和铸件模壳外表面之间会有较大间隙，隔热效果较差，导致加热区热量从模壳及隔热隔热挡板之间大量散失，尤其是辐射到冷区的热量严重影响上、下区的温度梯度。申请号为200510046341. 3的中国发明专利提供了一种由多片碳毡拼接而成的隔热挡板，其特征主要是为通过碳毡上表面石墨纸进行辐射隔热且中心过孔形状及尺寸与铸件横截面外轮廓接近，能起到提高隔热效果的作用，但其上表面亮面辐射效果和钼片相比较差，碳毡的隔热效果在一定温度范围也比硅酸铝针刺毡要差，因而隔热效果还有提升空间。
发明内容为克服现有技术中存在的或者形状不可变，与铸型间空隙较大，从高温区向低温区热量辐射严重；或者隔热效果不佳的不足，本发明提出了一种定向凝固用复合隔热挡板。本发明包括两层钼片、一层石墨毡和一层针刺毡；其中，第一层钼片在最底层；针刺毡位于第一层钼片的上表面；石墨毡位于针刺毡的上表面；另一层钼片放置在石墨毡的上表面；将上述两层钼片、一层石墨毡和针刺毡用钼螺栓固紧，并使两层钼片、一层石墨毡和针刺毡同心。所述的钼片的厚度为1 3mm，所述的石墨毡的厚度为3 5mm，所述的针刺毡的厚度为2 3mm。所述的2层钼片、石墨毡和针刺毡均为环形板状，并且2层钼片、石墨毡和针刺毡的外径均与加热体屏蔽层的内径相同；钼片、针刺毡的内径与模壳的最大外径相同；石墨毡的内孔形状与模壳的最小横截面外形吻合，石墨毡内径小于钼片内径。石墨毡的内缘沿正交方向剪开，并且剪开的深度为石墨毡与钼片叠放之后石墨毡的内缘所超出钼片内缘部分的深度。本发明以钼片作为最顶部隔热层，在高温下表面具有较强的金属光泽，辐射隔温效果良好，且使用寿命较长。第二层采用的碳毡具有高温下良好的隔热效果，且其经加工具有与铸件模壳尺寸最小截面形状吻合的过孔使得其距离模壳尺寸较近，空隙很小，隔热效果良好。第三层采用的硅酸铝针刺毡处于1000°c左右温度区，在此温度下其隔热效果远优于碳毡等材料。与现有技术中采用的环形复合隔热挡板相比，本发明可使温度梯度提高 10%。本发明中将钼片、碳毡、硅酸铝针刺毡、循环水冷托盘结合使用，以发挥每层材料各自的优势。钼片作为最顶部隔热层，在高温下表面具有较强的金属光泽，辐射隔温效果良好，且长期高温下使用不易断裂；第二层使用碳毡进行隔温，碳毡在本身为高温下隔热效果良好的材料，且其经加工具有与铸件模壳尺寸最小截面形状吻合的过孔使得其距离模壳尺寸较近，空隙很小，隔热效果良好；前两层隔温及辐射作用加之下部水冷盘的冷却作用使得第三层硅酸铝针刺毡位置处温度已经降到1000°c左右，进入硅酸铝针刺毡的工作温度范围，在此温度范围内，碳毡的导热系数为0. 45左右，而硅酸铝针刺毡的导热系数只有0. 2左右，隔热效果优于碳毡等材料，且其厚度一般较小，故选用硅酸铝针刺毡置于第三层。第四层仍采用钼片，其与顶层钼片一起固定中间两层隔热材料并起进一步辐射隔温作用。最底层循环水冷托盘对本发明进行降温，同时增加冷却区域冷却效果，提高铸件固/液界面前沿温度梯度。现有技术的环形复合隔热挡板相比，采用本发明可使温度梯度提高10%。
图1为定向凝固用复合隔热挡板的结构示意图；图2为图1的AA剖面图；图3为应用本发明的定向凝固装置拉制出叶片类试样的微观组织图；图4为应用一般环形隔热挡板的定向凝固装置拉制出叶片类试样的微观组织图。附图中1.钼螺栓2.钼片3.石墨毡4.针刺毡5.水冷铜盘6.螺栓 7.加热体屏蔽层8.模壳具体实施实例实施例一本实施例是一种用于HRS定向凝固装置的复合隔热挡板，适用于1480-1620°C高如图1所示。本实施例包括两层Imm厚的钼片2、一层5mm厚的石墨毡3和一层 2mm厚的硅酸铝制作的针刺毡4。将一层钼片2放置在最底层；将针刺毡4放置在第一层钼片2的上表面；石墨毡3位于针刺毡4的上表面；将另一层钼片2放置在石墨毡3的上表面；将上述两层钼片2、一层石墨毡3和针刺毡4用钼螺栓固紧，并使两层钼片2、一层石墨毡3和针刺毡4同心，形成了本实施例所述的用于定向凝固装置的复合隔热挡板。使用时， 将复合隔热挡板置于水冷铜盘5的上表面，并位于加热体屏蔽层7内。水冷铜盘通过螺栓 6固定于保温区炉体保温层下方。2层钼片2、石墨毡3和针刺毡4均为环形板状，并且2层钼片2、石墨毡3和针刺毡4的外径均与加热体屏蔽层7的内径相同；钼片2、针刺毡4的内径与模壳8的最大外径相同。如图2所示，石墨毡3的内孔形状与模壳8的最小横截面外形吻合，石墨毡3内径小于钼片2内径；将石墨毡3的内缘沿正交方向剪开，并且剪开的深度为石墨毡3与钼片2叠放之后石墨毡3的内缘所超出钼片2内缘部分的深度，使得模壳8最大直径部分能够顺利从石墨毡3的内孔中拉出。石墨毡3内径与模壳8最大直径处之间的缝隙为5mm。所述的水冷铜盘5从沈阳好智多新材料制备技术有限公司购入，其的外径与复合隔热挡板的外径相同。水冷铜盘5厚度为20mm，内部循环水通道直径为10mm。在水冷铜盘 5的中心有模壳的过孔；在水冷铜盘5内部有绕模壳8的过孔螺旋状的循环水冷通道。该循环水冷通道的两端分别冷却水的进口与出口。本实施例中的钼片2选用宝鸡市博信金属材料有限公司的产品。石墨毡3选用白银福瑞科技工贸有限公司的产品；石墨毡3选择具有0. 65Mpa以上抗弯强度类型，使石墨毡 3的内缘处被剪开成如图2形状仍然维持原形。针刺毡4为硅酸铝针刺毡，选用廊坊宏利保温建材厂的产品。本实施例中的复合隔热挡板适用于HRS定向凝固设备。将复合隔热挡板置于真空环境下，并使其位于加热区下方。循环水冷铜盘5位于该复合隔热挡板下方，以支撑复合隔热挡板，并维持硅酸铝针刺毡4温度，加强冷却区的冷却效果，提高铸件凝固固/液界面处温度梯度。应用本实施例，使铸件的凝固温度梯度较一般环形复合隔热挡板更高，且制备出铸件组织均勻性有显著改善，如图3和图4所示。实施例二本实施例是一种用于HRS定向凝固装置的复合隔热挡板，适用于1480-1620°C高如图1所示。本实施例包括两层2mm厚的钼片2、一层3mm厚的石墨毡3和一层 3mm厚的硅酸铝制作的针刺毡4。将一层钼片2放置在最底层；将针刺毡4放置在第一层钼片2的上表面；石墨毡3位于针刺毡4的上表面；将另一层钼片2放置在石墨毡3的上表面；将上述两层钼片2、一层石墨毡3和针刺毡4用钼螺栓固紧，并使两层钼片2、一层石墨毡3和针刺毡4同心，形成了本实施例所述的用于定向凝固装置的复合隔热挡板。使用时， 将复合隔热挡板置于水冷铜盘5的上表面，并位于加热体屏蔽层7内。水冷铜盘通过螺栓 6固定于保温区炉体保温层下方。2层钼片2、石墨毡3和针刺毡4均为环形板状，并且2层钼片2、石墨毡3和针刺毡4的外径均与加热体屏蔽层7的内径相同；钼片2、针刺毡4的内径与模壳8的最大外径相同。如图2所示，石墨毡3的内孔形状与模壳8的最小横截面外形吻合，石墨毡3内径小于钼片2内径；将石墨毡3的内缘沿正交方向剪开，并且剪开的深度为石墨毡3与钼片2叠放之后石墨毡3的内缘所超出钼片2内缘部分的深度，使得模壳8最大直径部分能够顺利从石墨毡3的内孔中拉出。石墨毡3内径与模壳8最大直径处之间的缝隙为5mm。所述的水冷铜盘5从沈阳好智多新材料制备技术有限公司购入，其外径与复合隔热挡板的外径相同。水冷铜盘5厚度为20mm，内部循环水通道直径为10mm。在水冷铜盘5 的中心有模壳的过孔；在水冷铜盘5内部有绕模壳8的过孔螺旋状的循环水冷通道。该循环水冷通道的两端分别冷却水的进口与出口。本实施例中的钼片2选用宝鸡市博信金属材料有限公司的产品。石墨毡3选用白银福瑞科技工贸有限公司的产品；石墨毡3选择具有0. 5Mpa以上抗弯强度类型，使石墨毡 3的内缘处被剪开成如图2形状仍然维持原形。针刺毡4为硅酸铝针刺毡，选用廊坊宏利保温建材厂的产品。本实施例中的复合隔热挡板适用于HRS定向凝固设备。将复合隔热挡板置于真空环境下，并使其位于加热区下方。循环水冷铜盘5位于该复合隔热挡板下方，以支撑复合隔热挡板，并维持硅酸铝针刺毡4温度，加强冷却区的冷却效果，提高铸件凝固固/液界面处温度梯度。应用本实施例，使铸件的凝固温度梯度较一般环形复合隔热挡板提高7%以上。实施例三本实施例是一种用于HRS定向凝固装置的复合隔热挡板，适用于1480-1620°C高温。[0034]如图1所示。本实施例包括两层3mm厚的钼片2、一层4mm厚的石墨毡3和一层 2mm厚的硅酸铝制作的针刺毡4。将一层钼片2放置在最底层；将针刺毡4放置在第一层钼片2的上表面；石墨毡3位于针刺毡4的上表面；将另一层铝片2放置在石墨毡3的上表面；将上述两层钼片2、一层石墨毡3和针刺毡4用钼螺栓固紧，并使两层钼片2、一层石墨毡3和针刺毡4同心，形成了本实施例所述的用于定向凝固装置的复合隔热挡板。使用时， 将复合隔热挡板置于水冷铜盘5的上表面，并位于加热体屏蔽层7内。水冷铜盘通过螺栓 6固定于保温区炉体保温层下方。2层钼片2、石墨毡3和针刺毡4均为环形板状，并且2层钼片2、石墨毡3和针刺毡4的外径均与加热体屏蔽层7的内径相同；钼片2、针刺毡4的内径与模壳8的最大外径相同。如图2所示，石墨毡3的内孔形状与模壳8的最小横截面外形吻合，石墨毡3内径小于钼片2内径；将石墨毡3的内缘沿正交方向剪开，并且剪开的深度为石墨毡3与钼片2叠放之后石墨毡3的内缘所超出钼片2内缘部分的深度，使得模壳8最大直径部分能够顺利从石墨毡3的内孔中拉出。石墨毡3内径与模壳8最大直径处之间的缝隙为5mm。所述的水冷铜盘5从沈阳好智多新材料制备技术有限公司购入，其的外径与复合隔热挡板的外径相同。水冷铜盘5厚度为20mm，内部循环水通道直径为10mm。在水冷铜盘 5的中心有模壳的过孔；在水冷铜盘5内部有绕模壳8的过孔螺旋状的循环水冷通道。该循环水冷通道的两端分别冷却水的进口与出口。本实施例中的钼片2选用宝鸡市博信金属材料有限公司的产品。石墨毡3选用白银福瑞科技工贸有限公司的产品；石墨毡3选择具有0. 65Mpa以上抗弯强度类型，使石墨毡 3的内缘处被剪开成如图2形状仍然维持原形。针刺毡4为硅酸铝针刺毡，选用廊坊宏利保温建材厂的产品。本实施例中的复合隔热挡板适用于HRS定向凝固设备。将复合隔热挡板置于真空环境下，并使其位于加热区下方。循环水冷铜盘5位于该复合隔热挡板下方，以支撑复合隔热挡板，并维持硅酸铝针刺毡4温度，加强冷却区的冷却效果，提高铸件凝固固/液界面处温度梯度。应用本实施例，使铸件的凝固温度梯度较一般环形复合隔热挡板更高，且制备出铸件组织均勻性有显著改善，如图3和图4所示。
权利要求1.一种定向凝固用复合隔热挡板，包括两层钼片( 和一层石墨毡(3)，其特征在于， 还包括有一层针刺毡；其中，第一层钼片( 在最底层；针刺毡(4)位于第一层钼片(2) 的上表面；石墨毡(3)位于针刺毡(4)的上表面；另一层钼片(2)放置在石墨毡(3)的上表面；将上述两层钼片O)、一层石墨毡C3)和针刺毡(4)用钼螺栓固紧，并使两层钼片O)、 一层石墨毡⑶和针刺毡⑷同心。
2.如权利要求1所述一种定向凝固用复合隔热挡板，其特征在于，所述的2层钼片 O)、石墨毡(3)和针刺毡(4)均为环形板状，并且2层钼片O)、石墨毡(3)和针刺毡(4)的外径均与加热体屏蔽层的内径相同；钼片O)、针刺毡的内径与模壳的最大外径相同； 石墨毡⑶的内孔形状与模壳的最小横截面外形吻合，石墨毡⑶内径小于钼片⑵内径。
3.如权利要求1所述一种定向凝固用复合隔热挡板，其特征在于所述的钼片O)的厚度为1 3mm，所述的石墨毡(3)的厚度为3 5mm，所述的针刺毡(4)的厚度为2 3mm。
4.如权利要求2所述一种定向凝固用复合隔热挡板，其特征在于石墨毡(3)的内缘沿正交方向剪开，并且剪开的深度为石墨毡(3)与钼片(2)叠放之后石墨毡(3)的内缘所超出钼片O)内缘部分的深度。
专利摘要一种定向凝固用复合隔热挡板，包括两层钼片、一层石墨毡和一层针刺毡。其中，第一层钼片在最底层；针刺毡位于第一层钼片的上表面；石墨毡位于针刺毡的上表面；另一层钼片放置在石墨毡的上表面。将上述两层钼片、一层石墨毡和针刺毡用钼螺栓固紧，并使两层钼片、一层石墨毡和针刺毡同心。所述的钼片的厚度为1～3mm，所述的石墨毡的厚度为3～5mm，所述的针刺毡的厚度为2～3mm。石墨毡的内缘沿正交方向剪开，并且剪开的深度为石墨毡与钼片叠放之后石墨毡的内缘所超出钼片内缘部分的深度。与现有技术中采用的环形复合隔热挡板相比，本实用新型能够使温度梯度提高10％。
文档编号B22D27/04GK202070753SQ20112010021
公开日2011年12月14日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者傅恒志, 刘刚, 刘林, 张军, 张益州, 葛丙明, 黄太文 申请人:西北工业大学