[发明专利]一种实时监控单晶炉温度梯度的装置及其方法

说明书

本发明公开了一种实时监控单晶炉温度梯度的装置及方法，该装置包括隔热挡板、纵向测温热电偶和横向测温热电偶，纵向测温偶头和横向测温偶头处在垂直于隔热挡板的同一条直线上。该方法包括以下步骤：在隔热挡板上下表面均匀选取测温点；制作纵向测温热电偶和横向测温热电偶，并固定在相应测温点处；连接温度显示仪；在单晶炉上设定参数，将型壳和母合金进行加热并完成浇铸；以一定速度向下抽拉载有型壳的结晶器，实时记录与读取温度显示仪上的测量数据，计算单晶炉在铸件制备过程中的实时温度梯度。本发明能够实时、准确、有效地对铸件凝固过程中的温度梯度进行监测，及时了解单晶温度梯度状态，为后续铸件晶粒度分析及相关实验提供了数据支撑。

技术领域

本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种实时监控单晶炉温度梯度的装置及其方法。

背景技术

由于航空发动机工作在高温、高压、高转速的环境中，其制造技术在一定程度上体现了一个国家的工业水平，被誉为“工业之花”。涡轮叶片是航空发动机中最核心的热端部件之一，它为航空发动机直接提供动力，其承温能力与可靠性对发动机推重比的提升起到至关重要的作用，因此涡轮叶片在生产制造过程中，其关键工序的监控与控制非常重要。

在涡轮叶片的铸造过程中，熔炼浇铸是关键的核心工序，涡轮叶片的晶粒度作为单晶/定向叶片的核心指标，温度梯度直接影响了涡轮叶片在生产过程中的晶粒度。众所周知，涡轮叶片的铸造过程是一个复杂的过程，要想获得一个高品质的铸件产品，需要对浇铸过程中的关键工序进行实时和有效监控，这样才能为后续铸件晶粒度的分析以及其他相关科研实验提供强有力的数据支撑。在现有技术中，还没有找到能够实现实时监控单晶炉和/或其他设备的温度梯度的解决路径，因此需要设计一种实时监控单晶炉温度梯度的装置，以及利用该装置进行实时监控单晶炉温度梯度的方法。

申请公布号为CN113136617A的发明专利公开了一种直拉法单晶炉熔体温度梯度的控制方法，包括以下步骤：通过热电偶实时测量石墨坩埚底部的温度，将温度信号传送至控制器，将温度数据储存于控制器的数据库中；将拉晶过程分割为若干个时间段，针对不同时间段内，控制器对不同石墨坩埚底部温度时的单晶炉经济性、单晶棒外形质量和单晶棒品质分别进行评估打分；控制器将评估打分结果与预设最优评估打分结果进行匹配度计算，将匹配度最高的温度认定为此时间段石墨坩埚底部温度的最佳温度值，并将其设定为预设温度值，得到拉晶过程的预设温度曲线；控制器控制加热电极功率，使实时测量得到的石墨坩埚底部温度与预设温度值的偏差不超过预设值，直至拉晶过程结束。该方法虽然能够监控温度，但是操作复杂，且测试精度有待提高。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种实时监控单晶炉温度梯度的装置，包括温度显示仪、隔热挡板、纵向测温热电偶和横向测温热电偶；所述隔热挡板上下表面的镜像位置分别设置一定数量的测温点；所述纵向测温热电偶的测温偶头与所述隔热挡板的上表面平齐，所述横向测温热电偶的测温偶头与所述隔热挡板的下表面平齐或者距离所述隔热挡板的下表面一定距离。

优选的是，所述隔热挡板设置在单晶炉的加热器与水冷环之间，且所述隔热挡板的尺寸与所述加热器和所述水冷环的尺寸相匹配。

在上述任一方案中优选的是，所述隔热挡板为多层压制的圆环结构，其上下两层均为石墨板，中间层为硬质石墨毡和/或高纯石墨。

在上述任一方案中优选的是，所述纵向测温热电偶的冷端和所述横向测温热电偶的冷端分别通过单晶炉的接线柱连接到所述温度显示仪上。

本发明还提供一种实时监控单晶炉温度梯度的方法，采用上述任一项实时监控单晶炉温度梯度的装置，其按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：准备隔热挡板并将其放置在单晶炉的加热器与水冷环之间；在隔热挡板的上表面均匀选取一定数量的测温点，同时在隔热挡板下表面的镜像位置分别确定测温点，将隔热挡板上下表面的测温点打通形成通孔；