[发明专利]一种高温合金定向凝固装置及凝固方法

权利要求书

1.一种高温合金定向凝固装置，其特征在于，包括舱体（1）和两个提拉杆（3），在舱体（1）的上方设置有舱盖（2），提拉杆（3）穿过舱盖（2）伸入舱体（1）内；舱盖（2）上还设有浇孔（201）；舱体（1）侧壁上还设有气道（101），用于对舱体（1）抽真空；

所述舱体（1）内设置有加热器（4）、恒温坩埚（5）、水冷系统和锚形模壳（7），恒温坩埚（5）中填充有恒温流质（502），加热器（4）用于加热恒温流质（502），锚形模壳（7）设置在恒温坩埚（5）内，在锚形模壳（7）的上方设有子晶（601），水冷系统设置在子晶（601）的上方，提拉杆（3）用于将锚形模壳（7）和水冷系统按照恒定速度向上提拉，锚形模壳（7）上开设有浇口（702），浇口（702）与舱盖（2）上的浇孔（201）相对而设，用于对锚形模壳（7）内注入合金液；

所述锚形模壳（7）还包括厚颈（701）、浇道（703）、合金模（704）和流道（705），浇口（702）的下方连通有浇道（703），浇道（703）的下方连通有一个放射状的流道（705），该流道（705）含有若干个分支，在每一个分支的端部均连通有1个合金模（704），子晶（601）设置在合金模（704）的上方，厚颈（701）设置在浇口（702）和浇道（703）的连接处。

2.根据权利要求1所描述的高温合金定向凝固装置，其特征在于，所述锚形模壳（7）为氧化铝陶瓷。

3.根据权利要求1所描述的高温合金定向凝固装置，其特征在于，所述提拉杆（3）呈“L”型，两个提拉杆（3）卡合固定在厚颈（701）的底端。

4.根据权利要求1所描述的高温合金定向凝固装置，其特征在于，水冷系统包括冷铁（202）、水冷环（6）和水冷软管（602），所述冷铁（202）环绕设置在舱盖（2）的上方，水冷环（6）位于子晶（601）的上方，水冷软管（602）的下端与水冷环（6）连接，水冷软管（602）的上端穿过舱盖（2）与冷铁（202）连通。

5.根据权利要求1所描述的高温合金定向凝固装置，其特征在于，在舱体（1）的内底面与恒温坩埚（5）的底壁之间还设有阻热垫（501）。

6.根据权利要求1所描述的一种高温合金定向凝固装置，其特征在于，在该恒温流质（502）的表面铺有隔热浮块（503），隔热浮块（503）的密度小于恒温流质（502）的密度。

7.根据权利要求6所描述的高温合金定向凝固装置，其特征在于，所述恒温流质（502）为铝、铜、或铝铜合金；

所述隔热浮块（503）为陶瓷球、陶瓷瓦片或者不规则的陶瓷颗粒，隔热浮块（503）的尺寸在2-10 mm之间。

8.基于权利要求1~7任意一项所述的高温合金定向凝固装置的凝固方法，包括如下步骤：

步骤1：准备阶段

安装高温合金定向凝固装置，将恒温流质（502）倒入恒温坩埚（5）没过子晶（601）的平面；

步骤2：预热恒温流质（502）

打开加热器（4）使恒温坩埚（5）内的恒温流质（502）熔化以成为流体；

步骤3：注入合金液

将准备好的过热合金液从浇孔（201）注入，使得合金液体充入锚形模壳（7）的内部，合金液没过子晶（601）并使合金液平面在锚形模壳（7）的附近，关闭浇孔（201）；

步骤4：使恒温坩埚（5）保温

控制加热器（4）的功率，使恒温坩埚（5）内的温度能保证合金液过热；

步骤5：向上提拉锚形模壳（7）

打开水冷系统，控制提拉杆（3）将锚形模壳（7）按照恒定的速度向上提拉，此时锚形模壳（7）逐渐浮出恒温流质（502）使液面上的部分热量散失，从而产生温度梯度，迫使接触子晶（601）的合金液向下定向凝固形成单晶体，至锚形模壳（7）完全离开恒温流质（502）提拉结束。