快速凝固技术.doc

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1、■第五章单晶牛长技术第一节概述单晶牛长方法1、熔体牛长方法2、溶液牛长方法3、气相牛长方法4、固相牛长方法几种典型的熔体牛长方法1、提拉法(Czocharalski法)2、iff竭下降法(Bridgman法)3、区域熔融法4、泡牛法5、焰熔法几种典型的溶液牛长法1、低温溶液牛长法2、变温法3、温差发4、流动发5、溶剂蒸发法6、化学反应法7、凝胶法8、电化学法9、水热法10、高温溶液法几种典型的气相牛长方法、物理气相沉积(PVD)1、升华一凝结法2、分子束法3、阴极溅射法、化学气相沉积1、气体分解法2、气体合成法3、金属有机物化学气相沉

2、积法(MOCVD)4、化学输运气相沉积(转移剂法)~、其他1、外助气相法2、气一液一固牛长法(VLS)几种典型的固相牛长法1、多形体相变法2、应变退火法3、烧结法单晶熔体牛长现在金属熔体屮形成一个晶核，处丁晶核/熔体界面处熔体不断凝固形成单晶体，绝对避免固液界面前沿液相屮重新牛核优点1、基于二次晶粒长大，通过固液工艺也可得到具有排列整齐柱状晶的定向或单晶高温合金零件，但液固相变易于控制2、固液相使产牛的择优组织和合金成分密切相关，定向凝固形成热疲劳抗力优异的低模量组织与合金成分无关定向凝固发——最有效的单晶体制备方法单晶熔体牛长方法根

3、据熔区特点可分为：1、正常凝固法：Ml圳移动，炉体移动，晶体提拉等单向凝固法2、区熔法：根据区熔移动方向分为水平区熔法以及悬浮区熔法悬浮区熔法1、不需要WW,无:ftt圳污染，加热温度不受坷圳熔点限制2、牛长活性或难熔金属单晶体熔体牛长单晶体分类一、晶体和熔体成分相同1、纯元素和化合物2、单元素系，牛长过程屮晶体和熔体成分均保持恒定，熔点不变，如硅、错、三氧化二铝等3、容易得到高质量单晶体，牛长速率也可以较快二、晶体和熔体成分不同1、掺入一定浓度杂志，改变半导体器件电学性能：导电性、电阻率、少数载流子寿命等2、掺杂元素或化合物使这类元

4、素变成二元或多元系3、固液界而上出现溶质再分配，熔体屮溶质扩散和对流传输对杂质分布有重要作用，很难得到成分均匀的单晶4、蒸发效应也使熔体和晶体溶质含量偏离所需成分三、存在第二相或共晶1、整个零件由一个晶粒组成，晶粒J79EX—7R4(DD3)第二代：PWA1484PW40002〜3%Re(DD6,DD98)第三代：CMSX—10Trent8005〜6%Re(国4%Re,4%Ru每一代承温能力提高30C、定向凝固单晶牛长定向凝I古I单晶牛长晶核控制一、选晶法1、熔体在具有狭窄截面及变方向的选晶器内通过，多数晶粒被淘汰，只允许少数或者一个

5、晶粒牛长2、经多次变换截面方向，最后只有一个晶粒长入并逐渐充满整个型腔，得到整体只有一个晶粒的单晶铸件二、籽晶法1、用所铸合金（相同成分）或熔点比所铸合金高或相当的合金（不同成分）制成籽晶2、籽晶安放在模壳最底部与水冷铜板接触，是合金与水冷铜板唯--接触部分3、一定过热度的合金熔体浇注入模壳，籽晶部分熔化4、模壳由炉内向外抽拉使合金冷却，合金熔体从残余籽晶部分外延牛长，凝固形成三维取向与籽晶相同的单晶体定向或单晶涡轮叶片牛产流程控制1、自动加料并在一定范围内调节堆圳与感应器相对位置2、设定升温曲线加热熔化炉料，准确控制熔体过热度3、设

6、定炉膛温度分布曲线口动调节各区温度并以最佳升温速率加热模壳，达到热平衡状态后即可浇注4、加料、熔化、模壳加热、抽拉冷却等各环节均自动衔接并平行运行，实现连续生产5、全过程在真空或保护气氛下进行，各室真空度及冷却系统控制调节菲常重要单晶高温合金制备技术进步1、改进定向凝固装置：采用高温梯度定向结晶炉，尽可能提高定向凝固温度梯度2、提高母合金和铸件纯净度：减少氧化物掺杂，对合金锭作必要热处理，更有效控制合金成分1、高真空熔炼：最大限度降低夹杂及气体含量2、高效、高纯及高度可控熔炼：等离子弧熔炼，电渣重熔，冷炉床电子束精炼等3、各种新技术：

7、陶瓷过滤器，陶瓷纤维软质塩圳，磁性收缩感应熔炼，坷圳底注等3、热等静压技术：压合铸件显微缩松，提高铸件质量，单晶高温合金部件牛产必不可少工序4、牛产过程计算机控制：提高牛产效率，降低废品率，极大降低成本单晶高温合金制备技术发展方向1、高温度梯度定向炉的研制：提高固液界面前沿液相屮温度梯度，改善凝固组织，大幅度提高定向凝固单晶啊性能1、Rolls-Royce公司研制双区大型定向凝固设备，最高温度梯度1OOK/cm2、实验室发明ZMLMC,最高温度梯度1300K/cm获得超细柱晶组织单晶，性能进一步提高2、凝固组织控制技术：决定单晶高温合

8、金叶片性能的关键，H前叶片制备技术发展远远落后于材料发展3、各种先进定向凝固和单晶叶片制备技术进步将逐步与新材料研制一-起成为高温合金技术发展主要方向单晶高温合金组织超细化现行HRS定向凝固法1、冷去速率低（0.1〜2k