[发明专利]定向凝固装置及方法

说明书

本发明提供了一种定向凝固装置及方法，定向凝固装置包括保温炉、铸模、升降组件和料仓。铸模能够在保温位置和冷却位置之间往复移动，在冷却位置，铸模与冷却筒的内壁面之间具有间隔。料仓用于容置冷却颗粒，料仓底部具有与间隔相对的出口，在铸模从所述保温位置向冷却位置移动的过程中，冷却颗粒能够通过出口进入间隔中并逐渐包裹所述铸模，形成了单一方向上的稳定的温度梯度，从而有利于获得性能优良的定向凝固晶体。冷却颗粒还可以隔绝保温炉中的热量对铸模中已凝固的晶体部分辐射加热，从而可以进一步提高温度梯度。

技术领域

本发明涉及定向凝固技术领域，尤其涉及一种定向凝固装置及方法。

背景技术

定向凝固技术作为一种柱状晶、单晶制备过程中的主要方法，在先进高性能材料加工制备领域占有很高的地位，其主要原理是通过提供单一方向上的温度梯度，使晶体沿着温度梯度方向生长，以消除凝固过程中的横向晶界，从而获得高性能的铸件。温度梯度是影响晶体生长速度和晶体的组织与性能质量的关键因素。相关技术中的液态金属冷却法(Liquid Metal Cooling,LMC),采用低熔点液态金属作为冷却介质来提高冷却强度，但是液态金属冷却法的技术较为复杂，工艺难以控制，且易于导致高温合金的污染，降低叶片的质量和性能。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种定向凝固装置，具有高的温度梯度。本发明的实施例还提出一种定向凝固方法。

根据本发明实施例的定向凝固装置，包括保温炉，所述保温炉具有保温腔；冷却筒，所述冷却筒位于所述保温炉的下方；铸模，所述铸模能够在保温位置和冷却位置之间往复移动，在所述保温位置，所述铸模位于所述保温腔中，在所述冷却位置，所述铸模位于所述冷却筒中且与所述冷却筒的内壁面之间具有间隔；升降组件，所述升降组件承载所述铸模以驱动所述铸模在所述保温位置和所述冷却位置之间往复移动；料仓，所述料仓用于容置冷却颗粒，所述料仓底部具有与所述间隔相对的出口，在所述铸模从所述保温位置向所述冷却位置移动的过程中，所述冷却颗粒能够通过所述出口进入所述间隔中并逐渐包裹所述铸模。

根据本发明实施例提出的定向凝固装置采用高导热的冷却颗粒作为冷却介质，当铸模从保温位置向冷却位置移动的过程中，冷却颗粒逐渐包裹铸模对其进行冷却，形成了单一方向上的稳定的温度梯度，从而有利于获得性能优良的定向凝固晶体。冷却颗粒还可以隔绝保温炉中的热量对铸模中已凝固的晶体部分辐射加热，从而可以进一步提高温度梯度。

在一些实施例中，定向凝固装置还包括托盘，所述托盘位于所述铸模下方并承载所述铸模，所述升降组件与所述托盘相连以便通过所述托盘带动所述铸模运动，包裹所述铸模的所述冷却颗粒位于所述托盘上面。

在一些实施例中，定向凝固装置还包括挡板，所述挡板位于所述托盘的下方并与所述托盘之间具有间隔，所述挡板用于阻止所述磁性冷却颗粒掉落。

在一些实施例中，所述升降组件包括支撑杆、平台和驱动设备，所述平台位于所述托盘的下方，所述支撑杆连接所述平台和所述冷却托盘，所述驱动设备驱动并控制所述平台的上升和下降以便最终带动所述铸模运动。

在一些实施例中，所述冷却颗粒为磁性冷却颗粒，所述冷却筒的内壁面设置有磁铁，进入所述间隔的所述磁性冷却颗粒能够被所述磁铁吸附。

在一些实施例中，所述冷却筒包括套筒，所述磁铁为筒状且所述套筒套设所述磁铁，所述套筒与所述磁铁之间具有空腔，所述空腔用于流通冷却水。

在一些实施例中，定向凝固装置还包括容器，所述容器位于所述冷却筒的下方，所述容器开口朝上用于承接所述磁性冷却颗粒。

在一些实施例中，所述料仓的仓壁内设有冷却通道。

在一些实施例中，定向凝固装置还包括环形隔热板，所述环形隔热板连接在所述保温炉的下方，所述环形隔热板套设所述铸模，所述环形隔热板隔离所述保温腔与所述冷却颗粒。