专利名称：一种提高单晶凝固温度梯度的复合式隔热挡板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于定向凝固设备的，提高单晶凝固温度梯度的复合式隔热挡板。
背景技术：
单晶高温合金是航空发动机重要的关键材料之一。自20世纪80年代以来，涡轮叶片用单晶高温合金技术就一直是航空发动机发展及武器装备发展的一项十分重要的关键技术。目前，主要通过快速凝固法(HRS)获得单晶试棒及叶片，定向凝固技术的工艺参数包括凝固过程中固液界面前沿液相的温度梯度和固、液界面向前推进速度R。Gl/R值是控制单晶体生长界面稳定性的重要判据。定向凝固技术和装置在不断改进，其中关键技术之一是致力于提高固/液界面前沿液相的温度梯度(\，以达到提高单晶零件品质和合格率的目的。快速凝固法(HRS)的主要设备是定向凝固炉，合金锭浇注到模室预热的铸型中， 铸型放置在水冷结晶器上，铸型以一定的速度抽拉出铸模加热室，该过程必须保证在固/ 液界面形成较高的温度梯度，这是单晶合金铸件结晶的关键。为了获得最大的温度梯度，凝固过程要使凝固初期的热量散失主要以水冷结晶器为主，随铸型的下降，辅以铸型表面的辐射散热。为减少铸模加热室内热量向下区的冷区辐射散热，在铸模加热室底部设置一种隔热挡板，通过隔热挡板将铸模加热室和下部冷却区隔开，在隔热挡板附近产生较大的温度梯度，因此，挡板的隔热效果对固液界面前沿的温度梯度有直接影响。目前，定向凝固设备使用的隔热挡板主要为刚玉环、钼片、硬质石墨毡等。其中，刚玉环耐高温，但是在高温使用中容易开裂，影响隔热效果。钼片加工费时，成本高。硬质石墨毡有较好的隔热效果，但它易损坏，使用寿命短，而且发生壳漏时易被损坏，造成生产过程中断。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高定向凝固过程中温度梯度，使用方便而且不容易开裂的提高单晶凝固温度梯度的复合式隔热挡板。本发明的技术方案是复合式隔热挡板包括石墨环，软质石墨毡，石墨环与软质石墨毡组合为环形体，环形体的内径大于待浇铸壳型的外径，石墨环分为二层，下层石墨环直接安放在定向凝固炉中的水冷套上，二层石墨环中间填充软质石墨毡，上层石墨环的内径的高度与外径高度存在高度差，内径高度至外径高度平滑过渡增高。所述的上层石墨环的内径的高度与外径高度存在高度差，上层石墨环的外径高度是复合式隔热挡板总高度的2/3，上层石墨环的内径与外径高度差为45度，并且上层石墨环的内径高度至外径高度平滑过渡。所述的环形体的内径与待浇铸壳型的外径之间的缝隙控制在5 20mm。本发明的优点是具有很好的隔热效果，有利于提高温度梯度，使用成本低。由于上层石墨环上表面为斜面，能有效防止壳漏损坏挡板，同时使反射辐射面增大，增加其反射效果。石墨导热系数随温度升高而降低，在极高的温度下，石墨甚至成绝热体。在高温下石墨表面有较强的金属光泽，反射辐射热的效果好。石墨热膨胀系数小，温度突变时，体积变化不大，不会产生裂纹。另外，采用软质石墨毡在二层石墨之间进行填充，可以方便控制形状，达到较好的隔热效果。本发明的复合式石墨高温隔热挡板制造方便，只要将软质石墨毡按尺寸裁剪，安放在水冷套上的石墨环上，第二层石墨环直接放置石墨毡上即可，不需要螺栓、螺母固定， 方便安置，而且加工简单，价格成本低。与现有技术中硬质石墨毡做隔热挡板相比，温度梯度提高了近50%。
图1为本明结构剖面图。
具体实施例方式下面对本发明做进一步详细说明。本发明技术方案是如图1、2所示，复合式隔热挡板包括石墨环1，软质石墨毡2，石墨环1与软质石墨毡2组合为环形体，环形体的内径大于待浇铸壳型的外径，石墨环分为二层，下层石墨环直接安放在定向凝固炉中的水冷套上， 二层石墨环中间填充软质石墨毡2，上层石墨环3的内径的高度与外径高度存在高度差，内径高度至外径高度平滑过渡增高。下层石墨环1安放在定向凝固炉中的水冷套上，软质石墨毡2通过剪裁获得和下层石墨环1相同的内外径，直接放置在下层石墨环1上，上层石墨环3平面的一面直接放置在软质石墨毡2上，使斜面一面向上。本发明的工作原理是本发明复合式石墨高温隔热挡板应用于定向凝固炉真空高温环境中，位于加热体下方。上层石墨环3在高温下表面有较强的金属光泽，反射辐射热的效果好。同时采用斜面，使反射辐射面增大，增加其反射效果。同时能有效防止在型壳裂漏时隔热挡板不易被损坏，不会造成生产过程中断。石墨导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。另外，采用软质石墨毡2在二层石墨之间进行填充，利用石墨毡2的隔热性好的特点，达到进一步的隔热效果。实施例1在ZGD-I真空感应定向凝固炉使用复合式隔热挡板，复合式隔热挡板的环形体的内外径尺寸分别为Φ200πιπι、Φ250πιπι，环形体的总高度为150mm，上层石墨环外径高度为 100mm，上层石墨环内径高度为50mm。经过测试，温度梯度由通常的40 60°C /cm提高到 60 80 /cm。实施例2在DSP II型真空感应定向凝固炉使用复合式隔热挡板，复合式隔热挡板的环形体的内外径尺寸分别为Φ 220mm、Φ 270mm，环形体的总高度为150mm，上层石墨环外径高度为 100mm，上层石墨环内径高度为50mm。经过测试，温度梯度由通常的30 60°C /cm为50 700C /cm。
权利要求
1.一种提高单晶凝固温度梯度的复合式隔热挡板，其特征在于，复合式隔热挡板包括石墨环(1)，软质石墨毡0)，石墨环(1)与软质石墨毡(2)组合为环形体，环形体的内径大于待浇铸壳型的外径，石墨环分为二层，下层石墨环直接安放在定向凝固炉中的水冷套上， 二层石墨环中间填充软质石墨毡O)，上层石墨环(3)的内径的高度与外径高度存在高度差，内径高度至外径高度平滑过渡增高。
2.根据权利要求1所述的一种提高单晶凝固温度梯度的复合式隔热挡板，其特征在于，所述的上层石墨环C3)的内径的高度与外径高度存在高度差，上层石墨环C3)的外径高度是复合式隔热挡板总高度的2/3，上层石墨环C3)的内径与外径高度差为45度，并且上层石墨环(3)的内径高度至外径高度平滑过渡。
3.根据权利要求1所述的一种提高单晶凝固温度梯度的复合式隔热挡板，其特征在于，所述的环形体的内径与待浇铸壳型的外径之间的缝隙控制在5 20mm。
全文摘要
本发明涉及一种应用于定向凝固设备的，提高单晶凝固温度梯度的复合式隔热挡板。复合式隔热挡板包括石墨环，软质石墨毡，石墨环与软质石墨毡组合为环形体，环形体的内径大于待浇铸壳型的外径，石墨环分为二层，下层石墨环直接安放在定向凝固炉中的水冷套上，二层石墨环中间填充软质石墨毡，上层石墨环的内径的高度与外径高度存在高度差，内径高度至外径高度平滑过渡增高。本发明的复合式石墨高温隔热挡板制造方便，只要将软质石墨毡按尺寸裁剪，安放在水冷套上的石墨环上，第二层石墨环直接放置石墨毡上即可，不需要螺栓、螺母固定，方便安置，而且加工简单，价格成本低。与现有技术中硬质石墨毡做隔热挡板相比，温度梯度提高了近50％。
文档编号C30B11/00GK102400206SQ201110362340
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者刘维维, 唐定中 申请人:中国航空工业集团公司北京航空材料研究院