[发明专利]一种单晶铸件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单晶铸件及其制备方法，为此，本发明实施例一方面提供的单晶铸件制备方法，将籽晶和模壳的籽晶腔设计成相匹配的锥台形，并使籽晶的高度设计成大于籽晶腔的高度；将装配了籽晶的模壳安装在真空定向凝固炉的激冷底盘上，利用籽晶撑起模壳，使模壳不与激冷底盘接触，由于籽晶与籽晶腔的锥度相同，且整个模壳的重量全压在籽晶上，籽晶与模壳紧密贴合，没有间隙，浇注金属液不会流入形成披缝，因而不会形成披缝杂晶。

技术领域

本发明属于单晶制备技术领域，尤其涉及一种单晶铸件及其制备方法。

背景技术

目前获得单晶的方法主要是选晶法和籽晶法，但是现有籽晶法工艺存在如下问题：一是圆柱形籽晶1装入模壳2的圆柱形籽晶腔中时难免存在间隙4，如图1(a)所示；浇注时流入金属液5形成披缝6，如图1(c)所示，凝固过程中长大为披缝杂晶7,如图1(d)所示。有一种方法是在制作蜡模时将籽晶直接连接在叶片蜡模下，沾浆淋砂后籽晶无缝隙保留在模壳中，但脱蜡后的约1000°的长时间(约一天)焙烧会使籽晶表面氧化，所以此法并不实用；二是在模壳装上籽晶后在浇注前的预热时间(长达一个多小时)里，籽晶1上表面会与真空炉内的残余气体发生反应，产生一层氧化膜8，如图1(b)所示，在浇入金属液5时这层氧化膜会保留在原地或位置有所变化，在此后的凝固过程中会阻碍晶体生长，并引起氧化膜杂晶9生长，如图1(d)所示。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种单晶铸件及其制备方法，旨在有效解决籽晶与模壳间存在披缝引起杂晶的问题。

为此，本发明实施例一方面提供的单晶铸件制备方法，包括：将籽晶和模壳的籽晶腔设计成相匹配的锥台形，并使籽晶的高度设计成大于籽晶腔的高度；将装配了籽晶的模壳安装在真空定向凝固炉的籽晶底盘上，利用籽晶撑起模壳，使模壳不与激冷底盘接触，由于籽晶与籽晶腔的锥度相同，且整个模壳的重量全压在籽晶上，籽晶与模壳紧密贴合，没有间隙，浇注金属液不会流入形成披缝，因而不会形成披缝杂晶。

具体的，利用真空定向凝固炉制备单晶铸件时，利用激冷底盘将模壳绝大部分升入定向凝固炉的热室，炉腔抽真空后进行预热，但籽晶腔连同籽晶仍保留在冷区；炉腔预热到设定温度后将模壳的籽晶腔升入热室，使得籽晶部分进入热区；之后进行保温并浇注，最后将激冷底盘缓慢下降，使模壳按照设定速度降入冷室，籽晶向上进行外延生长得单晶铸件。

具体的，模壳预热温度≥1500°，模壳预热升温时间≥1小时，籽晶腔连同籽晶升入热室后保温时间12-18分钟。

具体的，通过对真空定向凝固炉进行改造，将原来的激冷底盘分拆设计成两套能够独立上下移动的模壳底盘和籽晶底盘，制备铸件时，先利用模壳底盘将整个模壳升入定向凝固炉的热室进行预热，模壳预热过程中籽晶仍保留在真空定向凝固炉的冷区，接着利用籽晶底盘将籽晶升入已经加热的模壳中并顶紧，使模壳稍微抬升与模壳底盘分离，之后进行保温并浇注，最后将籽晶底盘和模壳底盘一起缓慢下降，使模壳降入冷室，籽晶向上进行外延生长得单晶铸件

具体的，所述模壳底盘上设有呈圆周阵列分布的多个通孔，每个所述通孔内均对应设有一个所述籽晶底盘，所述模壳上设有多个与所述籽晶底盘一一对应的籽晶腔，每个所述籽晶腔内均安装有所述籽晶，每个所述籽晶向上进行外延生长均可以得到一个所述单晶铸件。

具体的，多个所述通孔的分布圆周轴线与所述模壳底盘的轴线重合。

具体的，模壳预热温度≥1500°，模壳预热升温时间≥1小时，籽晶升入热室后保温时间4-6分钟。

具体的，所述籽晶的形状呈圆锥台形或正菱锥台形。

本发明实施例另一方面还提供一种上述单晶铸件制备方法制得的单晶铸件。

具体的，所述单晶铸件为单晶叶片。