[发明专利]控制单晶金属铸件平台杂晶形成的装置、方法及其应用

权利要求书

1.一种控制单晶金属铸件平台杂晶形成的装置，其特征如下：包括Cusp磁体系统和定向凝固设备系统；

其中，Cusp磁体系统包括Cusp磁体(2)主体、直流电源、冷水机；

其中，定向凝固系统包括定向炉体、加热体、控温系统、冷却系统、抽拉系统；在磁体中心竖直的圆柱形内腔通道内安放定向凝固加热炉，炉体上方有测量炉内温度的热电偶(1)，炉壁设置有保温层(6)，炉体内装有带加热电源的石墨电阻(7)；炉体下方安装设置冷却介质腔(9)，在冷却介质腔(9)中装入冷却金属液或冷却气体，与抽拉系统相连的活动拉杆(5)从冷却介质腔(9)中穿过，活动拉杆(5)的顶端连接装有母合金的刚玉管(8)，刚玉管(8)安装在炉体内腔中，使母合金熔体从炉体内腔进入刚玉管(8)中，在加热炉和液态金属腔之间设有隔热层(3)。

2.根据权利要求1所述控制单晶金属铸件平台杂晶形成的装置，其特征如下：Cusp磁体由上下对称的两个线圈组组成，两个线圈组分别通以大小相等和方向相反的直流电，线圈组采用水冷铜线圈或超导线圈；或采用永磁体代替线圈组作为上下对称的两个永磁体，组成Cusp磁体；单个线圈组的强度不超过10T。

3.根据权利要求1所述控制单晶金属铸件平台杂晶形成的装置，其特征如下：Cusp磁体(2)的上下两个磁极的位置可调整，其间距是每个磁体等效半径的0.5～2倍。

4.根据权利要求1所述控制单晶金属铸件平台杂晶形成的装置，其特征如下：Cusp磁体(2)的中心位置围绕着炉体内单晶铸件模壳中液固界面的位置做一定范围的调整，调整幅度在不大于100mm的范围内。

5.根据权利要求1所述控制单晶金属铸件平台杂晶形成的装置，其特征如下：冷水机或定向凝固系统的冷却系统采用水冷铜盘。

6.根据权利要求1所述控制单晶金属铸件平台杂晶形成的装置，其特征如下：在冷却介质腔(9)中装入冷却金属液采用Ga-In-Sn或Sn液或Al液，形成液冷装置；或者，在冷却介质腔(9)中通入冷却气体采用冷空气，形成气冷装置。

7.一种控制单晶金属铸件平台杂晶形成的方法，采用权利要求1所述控制单晶金属铸件平台杂晶形成的装置控制单晶铸件平台杂晶形成，其特征如下：利用Cusp磁体系统生成Cusp磁场，呈现轴对称和上下对称的磁场强度分布，由Cusp磁体(2)的中间对称线往上，磁场强度逐渐增强，磁场强度纵向分量逐渐加大，磁场强度径向分量逐渐减小；将Cusp磁场中心区域施加到单晶铸件平台区域附近，减小液固界面曲率、增加液固界面前沿稳定性、不破坏枝晶形态的效应，并抑制金属单晶铸件中杂晶的形成。

8.一种权利要求7所述控制单晶金属铸件平台杂晶形成的方法的应用，其特征如下：适合于各种下拉或者上引的定向凝固方法；适合于定向凝固的各种抽拉速度和温度梯度。

9.一种权利要求7所述控制单晶金属铸件平台杂晶形成的方法的应用，其特征如下：适用于高温合金单晶或NbSi基单晶的金属单晶铸件杂晶的形成。

10.一种权利要求7所述控制单晶金属铸件平台杂晶形成的方法的应用，其特征如下：适用于控制航机用的小叶片、燃机用的大叶片以及其他金属叶片的各种尺寸金属单晶铸件的杂晶形成。