[发明专利]一种制备定向凝固材料的选晶器及其应用

说明书

技术领域

    本发明涉及一种选晶器，特别是涉及一种多重缩颈型选晶器，属于金属材料制备领域。

 

背景技术

    定向凝固过程中经过晶体择优生长和选晶作用，抑制其他晶粒生长而最终使择优生长的晶粒长大获得单晶。常见的选晶方法可归纳为4种类型：转折型、倾斜型、缩颈型和螺旋型。目前最常用的主要为缩颈型和螺旋型两类。缩颈型选晶器模具制造较为简便。普通的缩颈型选晶方法原理是按照横截面的关系淘汰晶粒，只允许对应于缩颈横截面上的那些柱状晶进入缩颈区，其它柱状晶则被阻隔，即所谓的机械阻隔淘汰选晶机制。中国专利1137577A提供了一种单一缩颈技术，在母合金上加工出缩颈，并用陶瓷填充缩颈处，再将其放入陶瓷模壳中重熔定向结晶。此技术的一次缩颈很难达到人们的要求，于是便有了多重缩颈技术。郑启等描述了一种同轴多重缩颈技术（郑启，侯桂臣，金涛等，单晶高温合金的选晶行为，中国有色金属学报，2001,11（2）：176-178），即包括多个同轴的缩颈部分，但是设置多重缩颈的本来目的是强化选晶过程，结果却对强化选晶的作用并不明显——柱晶在通过第一缩颈区，并进入第一扩张区后，只有周边柱晶晶粒发生明显的侧向粗化，中部柱晶尺寸却几乎保持不变，所以当柱晶进入同轴的第二缩颈区时，对应于第二缩颈横截面的晶粒数目与第一缩颈区相同。另外，中国专利1295140A所描述的螺旋选晶方法虽然通过晶体择优生长与连续弯曲攀旋的螺旋结构的耦合作用具有较好的选晶特征，但其具有较高尺寸要求的空间螺旋形状模具制造工艺复杂并且易变形、效率低、重复性差；而一些新型的机械自动化模具，例如中国专利102205391A，对定向凝固设备尤其是具有真空要求的设备的尺寸和功能提出新的要求，使得设备设计难度和制造成本增加。

发明内容

    本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种制备定向凝固材料的选晶器。其工艺简单，成本低廉，具有设备通用性和材料通用性。

本发明的所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

    本发明涉及一种制备定向凝固材料的选晶器，包括引晶段A、选晶段B和成形段C，颈缩段1搭配相应的孕晶段2为一个选晶段B的子单元，所述选晶段B有两个以上的子单元，并且颈缩段1为异轴设置。

    上述选晶器的优选方案为，各相邻颈缩段1的轴线均与选晶器的中心轴平行。

    上述选晶器的优选方案为，各相邻颈缩段1的内表面在垂直于选晶器中心轴oo’的平面上的投影无重叠。

    上述选晶器的优选方案为，考虑到模具与凝固材料受重力作用，为保证模具和材料的受力均匀，避免断裂及破损，在颈缩段外部均配有支撑柱，相邻的支撑柱轴线均与选晶器的中心轴平行；即所述的颈缩段1外部均配有支撑柱3，相邻的支撑柱3轴线均与选晶器的中心轴oo’平行。

    上述选晶器的优选方案为，所述选晶段B由2-5个子单元组成。因为针对材料较广，材料性质不一，选晶过程也不一样，因此可针对不同材料制备2-5级的选晶段，以保证目标单晶或目标柱状晶的研制与生产。

    上述选晶器的优选方案为，所述颈缩段1的形状呈哑铃型，其高度与引晶段直径之比为1:3到1:2，最窄处直径与引晶段直径之比为1:4到1:3。

    上述选晶器的优选方案为，所述支撑柱3最窄处的直径与颈缩段最窄处直径之比为1:2到1:1。

    上述选晶器的优选方案为，所述引晶段A形貌需与定向凝固冷却底座的形貌匹配。

    上述选晶器的优选方案为，所述成形段C设计为最终产品的形状。

本发明还涉及上述选晶器的应用，该选晶器用于制备具有磁各向异性的金属磁性材料或组织各向异性的金属结构材料。

本发明采用多级异轴颈缩式选晶法，相对于其他制造定向凝固材料的设备的选晶机构结构简单，易于制造，工艺稳定，成本低廉，单晶产出率高，且具有较高的设备通用性和产品通用性，可用于制备具有尺寸要求和组织要求的具有磁各向异性的金属磁性材料、具有组织各向异性的金属结构材料。

附图说明

图1为本发明实施例1的异轴缩颈选晶器的立体示意图；

图2 为图1所示的异轴缩颈选晶器的剖面示意图；

图3是图1所示的异轴缩颈选晶器的仰视示意图；

图4为本发明实施例2的异轴缩颈选晶器的立体示意图；

图5是图4所示的异轴缩颈选晶器的剖面示意图； 

图6为图4所示异轴缩颈选晶器的俯视示意图；