一种籽晶法制备单晶叶片的方法与流程

1.本发明属于单晶制备技术领域，尤其涉及一种籽晶法制备单晶叶片的方法。

背景技术：

2.目前获得单晶的方法主要是选晶法和籽晶法。选晶法是在引晶段底部大量形核随后在定向凝固过程中通过晶粒间的竞争生长获得单晶，籽晶法则通过预先在铸件底部放置一期望取向的籽晶，在定向凝固过程中以籽晶外延生长的方式长出单晶，此方法可以精确控制单晶铸件的一次和二次枝晶取向。但是目前的籽晶法，装入模壳中的籽晶顶部在预热过程中会产生氧化膜，阻碍籽晶的外延生长，引起杂晶和条带晶缺陷的产生(如图1所示)。

技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提供一种籽晶法制备单晶叶片的方法，旨在实现浇注时将籽晶顶部的氧化膜移出籽晶腔，使籽晶能够顺利外延生长，以此达到解决杂晶和条带晶缺陷的目的。
4.为此，本发明提供的籽晶法制备单晶叶片的方法，包括：
5.s1、蜡模制备
6.制作叶片蜡模、底盘蜡模、籽晶腔蜡模、移出通道蜡模和浇注系统蜡模；
7.s2、蜡模组树
8.将底盘蜡模、籽晶腔蜡模、叶片蜡模和浇注系统蜡模依次连接，将移出通道蜡模的一端与籽晶腔蜡模的侧部连接，另一端则朝外倾斜向上延伸后向下弯折与底盘蜡模连接，组成蜡树；
9.s3、模壳制备
10.利用组成的蜡树制成相应的陶瓷模壳；
11.s4、装籽晶和预热保温
12.将籽晶装配在陶瓷模壳的籽晶腔中，并使籽晶的顶端位于籽晶腔与移出通道连接位置处，之后将装配有籽晶的陶瓷模壳装入定向凝固炉中预热保温；
13.s5、浇注熔炼
14.将熔融金属液浇至陶瓷模壳中，在压头的作用下籽晶顶部氧化膜被压入至陶瓷模壳的移出通道中，并顺着移出通道落下至定向凝固炉的激冷底盘上，之后被快速凝固的金属液固定。
15.具体的，将籽晶和陶瓷模壳的籽晶腔设计成相匹配的锥台形，籽晶与陶瓷模壳装配时，在移出通道的底端匹配安装有支撑棒，同时使籽晶和支撑棒的下端均延伸至陶瓷模壳外，将装配了籽晶的模壳安装在激冷底盘上后，籽晶和支撑棒将撑起整个陶瓷模壳，使陶瓷模壳不与激冷底盘接触，陶瓷模壳的重量全压在籽晶和支撑板上，籽晶腔与籽晶充分贴合，没有间隙，金属液不会流入形成披缝，因而不会形成披缝杂晶。
16.具体的，籽晶腔蜡模的直径为5-8mm，移出通道蜡模的直径为4-6mm。
17.具体的，籽晶腔蜡模与移出通道蜡模的倾斜段的夹角为50-60
°
。
18.具体的，陶瓷模壳预热温度为1500-1600℃，保温时间为10-20min。
19.与现有技术相比，本发明至少一个实施例具有如下有益效果：通过在模壳上增设移出通道，浇注过程中，利用熔融金属液将籽晶顶部氧化膜压至移出通道中，将氧化膜移出籽晶腔，使籽晶能够顺利外延生长，进而不会因氧化膜存在引起杂晶和条带晶缺陷；同时移出通道是朝外倾斜向上延伸后向下弯折与激冷底盘接触，移出通道内的晶粒不会长入籽晶腔中产生杂晶。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是现有籽晶法中籽晶与籽晶腔装配示意图；
22.图2是本发明实施例1涉及的籽晶与籽晶腔装配示意图；
23.图3是本发明实施例1涉及的浇注熔炼示意图；
24.图4是本发明实施例2涉及的浇注熔炼示意图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
28.实施例1
29.参见图2和图3，一种籽晶法制备单晶叶片的方法，包括：
30.s1、蜡模制备
31.制作叶片蜡模、底盘蜡模、籽晶腔蜡模、移出通道蜡模和浇注系统蜡模；
32.s2、蜡模组树
33.将底盘蜡模、籽晶腔蜡模、叶片蜡模和浇注系统蜡模依次连接，将移出通道蜡模的一端与籽晶腔蜡模的侧部连接，另一端则朝外倾斜向上延伸后向下弯折与底盘蜡模连接，
组成蜡树；
34.s3、模壳制备
35.利用组成的蜡树制成相应的陶瓷模壳；
36.s4、装籽晶和预热保温
37.将籽晶装配在陶瓷模壳的籽晶腔中，并使籽晶的顶端位于籽晶腔与移出通道连接位置处，之后将装配有籽晶的陶瓷模壳安放定向凝固炉的激冷底盘上，并将陶瓷模壳升入定向凝固炉的热室中进行预热保温；其中，预热温度为1600℃，保温时间为10min。
38.s5、浇注熔炼
39.将1600℃熔融金属液浇至陶瓷模壳中，金属液顺着浇注系统、叶片型腔进入籽晶腔中，在金属液压头的作用下籽晶顶部氧化膜被压入至陶瓷模壳的移出通道中，并顺着移出通道落下至激冷底盘上，之后激冷底盘下降，带动使模壳降入冷室，籽晶向上进行外延生长得单晶叶片，进入移出通道中的金属液在激冷底盘作用下快速凝固将氧化膜固定。
40.本实施例中，通过在模壳上增设移出通道，浇注过程中，利用熔融金属液将籽晶顶部氧化膜压至移出通道中，将氧化膜移出籽晶腔，使籽晶能够顺利外延生长，进而不会因氧化膜存在引起杂晶和条带晶缺陷；同时移出通道是朝外倾斜向上延伸后向下弯折与激冷底盘接触，移出通道内的晶粒不会长入籽晶腔中产生杂晶。当制壳完成后，移出通道部分还可以起加固籽晶段模壳强度的作用。
41.可以理解的是，在实际设计中，籽晶腔蜡模的直径可以设计为6mm，高度为35mm，移出通道蜡模的直径可以设计为4mm，籽晶腔蜡模与移出通道蜡模的倾斜段的夹角设计为55
°
，浇注熔融金属液时，金属液将在重力作用下将部分熔化籽晶和金属膜一起压入右侧ф4mm的移出通道内，从而阻止氧化膜切割或拉扯籽晶段枝晶正常生长，消除因金属膜引发的大角度晶界导致铸件报废。
42.实施例2
43.参见图4，与实施例1不同的是，本实施例中将籽晶和陶瓷模壳的籽晶腔设计成相匹配的锥台形，籽晶与陶瓷模壳装配时，在移出通道的底端匹配安装有支撑棒，同时使籽晶和支撑棒的下端均延伸至陶瓷模壳外，将装配了籽晶的模壳安装在激冷底盘上后，籽晶和支撑棒将撑起整个陶瓷模壳，使陶瓷模壳不与激冷底盘接触，陶瓷模壳的重量全压在籽晶和支撑板上，籽晶腔与籽晶充分贴合，没有间隙，因此浇注时金属液不会进入籽晶和籽晶腔之间形成披缝，因而不会形成披缝杂晶。
44.上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
45.同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
46.另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术
语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
47.上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

技术特征：

1.一种籽晶法制备单晶叶片的方法，其特征在于，包括：s1、蜡模制备制作叶片蜡模、底盘蜡模、籽晶腔蜡模、移出通道蜡模和浇注系统蜡模；s2、蜡模组树将底盘蜡模、籽晶腔蜡模、叶片蜡模和浇注系统蜡模依次连接，将移出通道蜡模的一端与籽晶腔蜡模的侧部连接，另一端则朝外倾斜向上延伸后向下弯折与底盘蜡模连接，组成蜡树；s3、模壳制备利用组成的蜡树制成相应的陶瓷模壳；s4、装籽晶和预热保温将籽晶装配在陶瓷模壳的籽晶腔中，并使籽晶的顶端位于籽晶腔与移出通道连接位置处，之后将装配有籽晶的陶瓷模壳装入定向凝固炉中预热保温；s5、浇注熔炼将熔融金属液浇至陶瓷模壳中，在压头的作用下籽晶顶部氧化膜被压入至陶瓷模壳的移出通道中，并顺着移出通道落下至定向凝固炉的激冷底盘上，之后被快速凝固的金属液固定。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将籽晶和陶瓷模壳的籽晶腔设计成相匹配的锥台形，籽晶与陶瓷模壳装配时，在移出通道的底端匹配安装有支撑棒，同时使籽晶和支撑棒的下端均延伸至陶瓷模壳外，将装配了籽晶的模壳安装在激冷底盘上后，籽晶和支撑棒将撑起整个陶瓷模壳，使陶瓷模壳不与激冷底盘接触，陶瓷模壳的重量全压在籽晶和支撑板上，籽晶腔与籽晶充分贴合，没有间隙，金属液不会流入形成披缝，因而不会形成披缝杂晶。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：籽晶腔蜡模的直径为5-8mm，移出通道蜡模的直径为4-6mm。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：籽晶腔蜡模与移出通道蜡模的倾斜段的夹角为50-60
°
。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：陶瓷模壳预热温度为1500-1600℃，保温时间为10-20min。

技术总结

本发明公开了一种籽晶法制备单晶叶片的方法，包括蜡模制备、蜡模组树、模壳制备、装籽晶和预热保温以及浇注熔炼，通过在模壳上增设移出通道，浇注过程中，利用熔融金属液将籽晶顶部氧化膜压至移出通道中，将氧化膜移出籽晶腔，使籽晶能够顺利外延生长，进而不会因氧化膜存在引起杂晶和条带晶缺陷；同时移出通道是朝外倾斜向上延伸后向下弯折与激冷底盘接触，移出通道内的晶粒不会长入籽晶腔中产生杂晶。移出通道内的晶粒不会长入籽晶腔中产生杂晶。移出通道内的晶粒不会长入籽晶腔中产生杂晶。