專利名稱：一種用于熔融液定向凝固的方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于一種第一種金屬的熔融液在一個鑄模中定向凝固的方法和一種裝置。其中該方法包括在鑄模中預(yù)備好具有高于第一種金屬熔點的第一溫度的熔融液和隨后通過將鑄模浸沒于一熔液中對在鑄模中的熔融液進行冷卻。該熔液由一種液態(tài)的第二種金屬形成，其溫度處于低于第一種金屬的熔點的一個第二溫度上。本發(fā)明中的裝置包括一個加溫室，一口安置于加溫室下面的坩堝，以及一個用于將鑄模從加熱區(qū)移送進熔液中的升降機構(gòu)。加溫室中有一加溫區(qū)，加熱區(qū)的作用是將熔融液和鑄模保溫在高于第一種金屬的熔點以上的一個第一溫度上。而坩堝中的由第二種液態(tài)金屬形成的熔液則處于低于第一種金屬的熔點的一個第二溫度上。
定向凝固熔融液的方法和裝置用于由熔融液生產(chǎn)具柱狀晶體或單晶體組織的鑄件。在由鎳基或鈷基合金，尤其是超合金的熔融液制造燃氣輪機的渦輪葉片時，此方法和裝置尤其有用。
柱狀晶體組織總是指一種多晶體組織。這種組織由沿著一定軸向取向的長條形柱形晶體組成。在上述軸線方向，這種組織的承載能力特別強。單晶組織實際上是指一個單晶體的組織，歸根結(jié)底是一個基本上為唯一晶體的工件。有關(guān)資料可從EP0092496B1中獲得。
由熔融液制造單晶體的技術(shù)也見于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。不過，迄今為止在該領(lǐng)域所應(yīng)用的方法和裝置均與先前描述的不同。但是，近來人們已在致力于開展相關(guān)的研究工作，將用于金屬材料的類似方法和裝置用于半導(dǎo)體材料領(lǐng)域。在熔融液的定向凝固方面，人們已經(jīng)知道有若干途經(jīng)可以獲得單晶組織。根據(jù)EP0092496B1，優(yōu)選采取的方法是將熔融液在一個下端有一螺旋形頸縮的鑄模中凝固。在此情形下，在頸縮處以下首先形成一個柱狀晶體組織，由此只有一個唯一的柱狀晶體長過頸縮處，繼而成為熔融液在頸縮以上區(qū)域結(jié)晶的出發(fā)點。一種替代方法是在鑄模中置入一個所謂的“種晶”，也就是一個小單晶。這樣，熔融液就可以沿著種晶的定向結(jié)晶。在應(yīng)用此方法時，當(dāng)然需要采取預(yù)防措施，防止種晶被將其覆蓋的熔融液完全熔化掉。
在DE2815818A1中，有本文開始時所講的那類方法和裝置各一種。無論如何都要將鑄模浸入起冷卻作用的熔液，該熔液最好是由液態(tài)的錫所形成，其作用是在鑄模和熔融液中產(chǎn)生一個沿垂直方向有劇烈的溫度梯度的區(qū)域。隨著鑄模不斷浸入熔液中，這個區(qū)域?qū)⒃谌廴谝褐醒刂c鑄模浸入運動相反的方向移動。之所以希望有一個盡可能急劇的溫度梯度是因為它促使形成一種有利的組織。急劇的溫度梯度隨著將裝有熔融液的鑄模浸入熔液時的高冷卻速率而產(chǎn)生。在這里“有利”組織是指一個在很大程度上沒有非均勻性，沒有偏析，沒有低熔點非平衡相和氣孔，因而具有良好機械性能的組織。急劇溫度梯度的另一優(yōu)點是，它可以提高生產(chǎn)過程的效率和經(jīng)濟性。不過，由于加熱區(qū)的溫度通常高達1600℃左右，來自加熱區(qū)的強烈的熱幅射有礙于高溫度梯度的形成。這一熱幅射能將熔液強烈加熱，從而明顯地降低可以獲得的溫度梯度，并有可能導(dǎo)致金屬熔液蒸發(fā)，尤其是若按通常的做法，熔融液的定向凝固在真空下進行時更是如此。為了排除這些不利影響以及阻止來自加熱室的熱幅射加熱熔液，在加熱室的底部有一指向鑄模的輻射屏蔽罩，這種屏蔽罩一般稱為“遮護板”，其作用是遮住熔液，使其免受來自加熱區(qū)的熱幅射。除此以外，在冷卻熔融液上面還漂浮著一塊由絕熱材料組成的隔離板。隔離板上有一開口，以便將鑄模浸入冷卻熔融液中。不過，由這種設(shè)計所能達到的絕熱效果并不理想，特別是當(dāng)要生產(chǎn)的鑄件具有變截面，因而鑄模的截面也相應(yīng)地變化很大時，更是如此。在這種情況下，屏蔽罩和隔離板必須與鑄模的最大的橫截面相適應(yīng)。當(dāng)鑄模的橫截面明顯收縮的一個部位要穿過屏蔽罩和隔離板而浸入熔液時，就會形成間隙，熱幅射就可以透過此間隙而輻射到熔液上，進而對可以獲得的溫度梯度產(chǎn)生不利影響。
在DE-AS1953716中，已有一帶有熔液的容器，用于冷卻鑄模中的熔融液。熔液的表面用一絕熱覆蓋層覆蓋。熔液由液態(tài)鉛形成。絕熱層的作用是阻止熔液的氧化和過度冷卻。冷卻熔融液不與任何加熱裝置有直接的關(guān)系。使用時先將空的鑄模浸入池中，然后將要凝固的熔融液充入鑄模中。熔融液的定向凝固并不是目的。同樣，在熔融液或其由生產(chǎn)出的鑄件中獲得某一特殊的溫度分布也不在考慮之列。
在DE2242111B2中介紹的一種同類方法和一種同類裝置是使熔液的表面與加熱室足夠緊密，從而使得位于鑄模下端的冷卻板在鑄模本身尚未浸入冷卻池時至少已經(jīng)部分地浸沒于冷卻池中。這樣，當(dāng)鑄模還處于加熱區(qū)，而且有可能還沒有注入熔融液時，冷卻板也保持在一個與熔液的溫度相適應(yīng)的溫度上。其結(jié)果是強化了位于鑄模下端的熔融液的冷卻，此外，對熔液還可以達到增加一定程度的熱屏蔽作用的效果，擋住來自加熱區(qū)的熱幅射。作為進一步的補充，在加熱室的下端有一特殊的熱屏蔽。為了使熔液中的溫度均勻，設(shè)計有一攪拌裝置，用它可以使熔液轉(zhuǎn)動。
就所有已知的用于熔融液定向凝固的方法和裝置而言，它們大概只能有限地適用于生產(chǎn)尺寸明顯大于10cm的鑄件。其原因主要是因為迄今所能達到的溫度梯度不足以保證較多的熔融液可靠地定向凝固。對截面變化較大的鑄件而言，還有加熱區(qū)的熱幅射加熱熔液所引起的問題。在使用已知的方法和裝置時，問題也存在于要同時生產(chǎn)一串用一共同的橫澆口連接起來的多個工件時，因為在這樣一種情形下，由于熱屏蔽更加困難，在鑄件中所能達到的溫度梯度還將進一步減小。
因此，本發(fā)明的基本問題是，將本文初始所述的那類方法和裝置進行改進，使得與現(xiàn)有技術(shù)水平相比，熔液的熱屏蔽有實質(zhì)性改善；在將裝有熔融液的鑄模浸入熔液時，獲得比現(xiàn)有技術(shù)水平所能實現(xiàn)的要高得多的溫度梯度。最好是應(yīng)當(dāng)獲得更為有利的凝固熔融液的組織和較短的生產(chǎn)時間。另外，也應(yīng)該能夠在保證定向凝固和避免熔液過熱和/或蒸發(fā)的前提下，生產(chǎn)較大的鑄件。
就方法而言，本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，即給出了一種用于一種第一種金屬在一個鑄模中定向凝固的方法，包括在鑄模中預(yù)備好溫度高于其熔點的第一種金屬的熔融液和隨后將裝有熔融液的鑄模浸入一個由一種液態(tài)的第二種金屬所形成的熔液中，以冷卻鑄模中的熔融液。第二種熔融液的溫度低于第一種金屬的熔點。熔液由一飄浮著的、可以流動的覆蓋層所覆蓋。覆蓋層由一種絕熱的松散材料所組成。裝有熔融液的鑄模穿透覆蓋層而浸入熔液中。
即使是在鑄模進入熔液的過程中，本發(fā)明所采用的覆蓋層也能完全屏蔽熔液，這是因為可流動的松散材料總是將鑄模團團圍住，即使是在穿透覆蓋層時，鑄模的橫截面積發(fā)生改變，也即使是設(shè)置鑄模用于同時容納多個相互之間有一定間距的金屬熔融液，就像在最新的現(xiàn)有技術(shù)中間或所描述以及上面已經(jīng)解釋的那樣。
本發(fā)明首次在很大程度上完全阻止了進入熔液的主要熱傳送，而熔融液則定向凝固。本發(fā)明使得有可能大大地提高熔融液凝固同時的有效溫度梯度。由于可以達到迅速冷卻，本發(fā)明還可獲得更好的性能以及成批生產(chǎn)時的高生產(chǎn)率。基于此，本發(fā)明也可以經(jīng)濟、成批地生產(chǎn)比迄今為止尺寸要大得多和/或者更大一串的鑄件，從而開拓了將定向凝固用于額定功率為200MW的固定燃氣輪機的部件，特別是渦輪葉片的應(yīng)用前景。
覆蓋層可以比較容易而又廉價地由可以流動又具有絕熱性能的固體材料獲得，特別是陶瓷空心體，最好是空心球。空心體最好是用氧化鋁-二氧化硅陶瓷，特別是莫來石，做成其直徑在0.5mm至3mm之間，最好是1mm左右。
對組成覆蓋層材料的要求是低熱導(dǎo)率和在熔液上的良好的漂浮性能，以及為了保證覆蓋層的流動性，在覆蓋層所處的溫度下不易于互相粘結(jié)或燒結(jié)。同樣重要的是，組成覆蓋層的材料不大會被第二種金屬所潤濕，因為這樣就保證了第二種金屬不會滲入覆蓋層并被輸運到暴露于加熱區(qū)表面，從而防止了覆蓋層的蒸發(fā)及其絕熱性和流動性的損害。
一種滿足上述要求的材料是已經(jīng)提到過的莫來石，最好是以空心球的形式使用。在此情形下，組成覆蓋層的松散材料最好是外徑一致的球，而且，若使用外徑1mm的球，預(yù)期可以獲得特別好的結(jié)果。若使用外徑明顯大得多的空心球或使用不同直徑的球，都認為是不太有利的。
除了陶瓷空心體外，在熔液表面能夠漂浮良好以及導(dǎo)熱率低的陶瓷實心體同樣適用。這些實心體最好做成實心球?？捎米鬟@些實心體的材料有陶瓷氧化物，例如所提到的莫來石，以及氧化鋁、鎂、鋯。這些實心體的直徑最好是在0.5mm至3mm之間，優(yōu)選1mm左右。采用實心球的突出特點是實心球之間沒有什么空腔，因而空間利用率特別高，可以獲得良好的熱絕緣。
可以作為莫來石空心球替代物的有氧化鋁、鎂或鋯的粉末粒子，其直徑在0.06mm的下限和0.4mm的上限之間。市場上常見的相應(yīng)的陶瓷材料的粉末即可用來作此用途。
另一種選擇是使用熔融鹽來作為覆蓋層。
本方法的一個優(yōu)選改進是將裝有熔融液的鑄模先在加熱區(qū)保溫至第一溫度，然后將鑄模由加熱區(qū)浸入熔液中。其中，覆蓋層至少在鑄模浸入覆蓋層時，直接與加熱區(qū)接觸。加熱區(qū)與熔液的距離必須盡可能小，以便在有待凝固的熔融液中獲得盡可能大的溫度梯度。如果設(shè)計合理，還可保證鑄?？梢杂幸粋€特別有利的初始位置。在這一初始位置，一塊位于鑄模下面的冷卻板已經(jīng)浸入冷卻池，而還有待于灌注的鑄模大約與加熱區(qū)的下端平齊。這樣，在將鑄模浸入時就可以獲得一個特別高的初始凝固速度。這種措施可以有幾種方式可以實現(xiàn)。比如，可以將裝有熔液的坩堝做得足夠大，使它能夠得到加熱區(qū)，而在熔液上，則用組成覆蓋層的松散材料填充，直到加熱區(qū)為止。另一種選擇是，將坩堝和內(nèi)有加熱區(qū)的加熱室設(shè)計成可以相對運動，在將鑄模浸入熔液時，使它們相應(yīng)地相互接近。
通常覆蓋層的厚度最好在30mm至50mm之間。這一厚度至少應(yīng)在將鑄模浸入熔液的過程中得到保證。一般覆蓋層得受到強烈的熱輻射照射。上述厚度就特別能滿足要抵擋強烈熱幅射而所必需的絕熱要求。
本發(fā)明的實施盡量在隔離氧氣，最好是在真空條件下進行。以避免在熔液表面產(chǎn)生氧化性熔渣。這一點之所以重要，是為了防止熔渣使覆蓋層中的松散材料容易粘結(jié)。特別是當(dāng)用錫作為第二種金屬時，覆蓋層應(yīng)盡量處于剩余壓力最高為10-3mbar，最好是10-4mbar的真空下。當(dāng)?shù)诙N金屬是錫或含有錫時，這樣一個真空不僅能避免產(chǎn)生新的第二種金屬的氧化物，而且還能分解可能已經(jīng)存在的氧化錫，從而達到清潔熔液和覆蓋層的效果。這種效應(yīng)是基于氧化錫在熔液通常所處的溫度下的化學(xué)非穩(wěn)定性和相應(yīng)地趨于分解的特性。如果能夠保證將分解時所產(chǎn)生的氧通過制備好一個足夠好的真空而引走，就可以將有可能已經(jīng)存在的氧化錫完全清除掉。
本方法的各種形式主要用于鎳基或鈷基合金，特別是超合金的定向凝固。通常，生產(chǎn)燃氣輪機的渦輪葉片時就考慮采用這種方法。
構(gòu)成熔液的第二種金屬最好是鋁或錫，而尤以錫為佳。在選用錫時，熔液的溫度可以保持在500℃以下，最好在300℃左右。這樣，就可以在第一種金屬的熔點和熔液的溫度之間有一特別大的溫差。另外，盡可能低的熔液的第二溫度降低了第二種金屬過量蒸發(fā)的危險。
本方法的各種形式，尤其適用于通過定向凝固來生產(chǎn)燃氣輪機的部件，特別是渦輪機葉片。
本發(fā)明中裝置方面的目的是這樣實現(xiàn)的，即提供一種供一種第一種金屬在一個鑄模中定向凝固的裝置。該裝置包括一個加熱室，加熱室中有一加熱區(qū)，用于將熔融液和鑄模保溫在高于第一種金屬熔點的某一第一溫度上；一個置于加熱室下面的坩堝，坩堝中有一第二種液態(tài)金屬形成的熔液，熔液的溫度處于一個低于第一種金屬熔點的第二溫度上，此外，該裝置還包括一個用于將鑄模從加熱區(qū)送進熔液的升降裝置，而熔液則被一漂浮著的、可以流動的，并且可被鑄所穿透的覆蓋層所覆蓋。覆蓋層的材料是絕熱的顆粒材料。
有關(guān)本發(fā)明中的裝置的優(yōu)點，與相應(yīng)的方法所提供的一樣，這些優(yōu)點在前面已有敘述，在此不再贅述。
如前所述，加熱室與坩堝最好是可以相對運動，以便當(dāng)熔融液在鑄模中定向凝固時，加熱室中的加熱區(qū)和坩堝中的覆蓋層能達到期望的緊密的空間關(guān)系。
同樣盡量用一漂浮于熔液上的環(huán)將覆蓋層環(huán)繞起來。在浮力的作用下，該環(huán)被擠壓下加熱室而起到密封作用。通過前面所描述的那種加熱室和坩堝可以相對運動的設(shè)計，就可以使此環(huán)貼在加熱室的底部而起到密封作用。在將覆蓋層相對于加熱區(qū)和熔液的表面固定時，此環(huán)起了實質(zhì)性的作用。這樣，可以可靠地阻止加熱室的熱幅射進入熔液，也保證了覆蓋層直接置于加熱區(qū)的高溫下，使得在覆蓋層內(nèi)獲得一個特別高的溫度梯度。視情況而定，與此環(huán)一起，在坩堝上還可以有一設(shè)置合適的溢流口。當(dāng)鑄模被浸入熔液時，第二種金屬就可以通過溢流口溢出。至于溢流口是否有必要的問題，自然應(yīng)考慮所有的具體條件，尤其是熔液的幾何形狀和每每被鑄模所排開的體積而定。
覆蓋層由不能被第二種金屬所潤濕的固體顆粒，尤其是莫來石等等陶瓷空心體或氧化鋁、氧化鎂、或氧化鋯的粉末狀預(yù)制品所組成?？招捏w或粉末粒子都是有一定的尺寸。關(guān)于此方面的有關(guān)細節(jié)，請見上面對本發(fā)明所給出的方法的敘述。
覆蓋層最好是設(shè)計和安置得使加熱區(qū)和熔液表面之間的距離盡可能小，以便獲得一個盡可能大的溫度梯度。
覆蓋層的厚度最好是在30mm至50mm之間，以便保證有足夠的熱絕緣效果。
本裝置最好是置于一可以抽成真空的和/或可用一保護氣充填的保護容器中。這樣，有害氣體，比如說氧氣，對第一種或第二種金屬的作用就可得到阻止，或者通過在保護容器中建立真空，就能阻止對流引起的熱傳遞。這里所指的真空是指剩余壓力不超過10-3mbar，最好是低于10-4mbar的大氣壓，保護容器中的溫度可達300℃，這尤其保證了有機沉積物借助于保持真空所需要的抽吸過程而除掉，使得它們既不能損害生產(chǎn)裝置又不能損害其中的液態(tài)金屬。
圖示為本發(fā)明的幾個實施例。為了更清楚地說明具體的細節(jié)，所示圖形并非按比例繪制，因而有可能有少許失真。附圖中

圖1所示為本發(fā)明中的裝置和一個鑄模的垂直截面，鑄模中裝有待冷卻的熔融液；圖2和圖3為熔液的視圖，以及相應(yīng)的不同的覆蓋層實施例；圖4是用定向凝固而制造的具有柱狀晶體組織的一個渦輪葉片。
圖1示出一種第一種金屬的熔融液1在一個鑄模2中。3是一個第二種液態(tài)金屬所形成的熔液，它的溫度(為方便起見稱為第二溫度)大大地低于所要凝固的熔融液1的溫度(為方便起見，稱為第一溫度)。為了進行冷卻，要將鑄模2浸入熔液3中。用作第二種金屬最好是選錫，在此情形下，第二溫度要調(diào)節(jié)在300℃以下，當(dāng)然要在錫的熔點254℃以上。熔液3為一覆蓋層4所覆蓋。覆蓋層由可以流動的絕熱松散材料5、6組成(請參看圖2和圖書)。裝有熔融液1的鑄模2先停留在加熱區(qū)7，加熱區(qū)7處于一個很高的第一溫度下，特別是1600℃左右。覆蓋層4的作用是防止熱量由加熱區(qū)7傳入熔液3，以便在覆蓋層4的內(nèi)部形成一與一個很大的溫度梯度相對應(yīng)的盡可能大的溫差。熔融液1和鑄模2在加熱區(qū)7中吸熱，在熔液3中放熱，其結(jié)果是導(dǎo)致在熔融液1穿越覆蓋層4的那一部位同樣形成一個很大的溫度梯度。這一溫度梯度便使熔融液1定向凝固為一個或多個具有柱狀晶體或單晶體組織的工件，尤其是渦輪葉片8(請參看圖4)，加熱區(qū)7位于一個加熱室9內(nèi)，加熱室9置于一個坩堝10之上，坩堝10之中有熔液3、一個升降裝置11伸入加熱室9的內(nèi)部。托架11就代表該升降裝置11。用此升降裝置11可以將鑄模2移動，特別是將它從加熱區(qū)7浸入熔液3。熔液3的密封，以及與此有關(guān)將熔液3和覆蓋層4相對于加熱區(qū)7定位到所需位置是用一個環(huán)12來實現(xiàn)的，該環(huán)12漂浮在熔液上，并將覆蓋層4圍住。整個裝置置于一個示意性地勾畫出來的保護容器13內(nèi)，其目的尤其是為了將有可能氧化熔液3或熔融液1的氧與該裝置隔絕。為此，可將保護容器13抽真空和/或用一種合適的保護氣體，比如說氬氣，充填。
熔融液1的定向凝固是通過將鑄模2緩慢浸入熔液3來實現(xiàn)的。鑄模2靜置于一塊冷卻板14之上。即使鑄模2本身還未浸入熔液3，冷卻板14也應(yīng)部分地浸入其中，其目的是視情況必要時在將熔融液1注入以前即將鑄模2的下端部位冷卻，以便保證為熔融液1的定向凝固提供一個合適的初始溫度分布。條件合適可以省去冷卻板14。在加熱區(qū)7，在垂直方向上的不同部位裝有多個加熱元件15，比如說電阻加熱元件，電磁感應(yīng)加熱元件、等等。加熱室9用絕緣材料16里襯。加熱室9用一頂蓋17蓋住，頂蓋17上有開口讓托架11穿過。在加熱元件15之間，安放有絕緣環(huán)18。視鑄模2的大小和形狀而定，這些絕緣環(huán)可以使從上面開始的一個或多個加熱元件不工作或者調(diào)節(jié)它們所產(chǎn)生的功率，以獲得一所希望的溫度分布。
圖2和圖3所示為熔液3的覆蓋層4的實施例。最好采用圖2所示的覆蓋層4，它由陶瓷空心球5組成。如前所述，這樣的空心球因為具有良好的漂浮性能而特別適合于此目的。一種特別適合于制作此類空心球的材料是二氧化硅-氧化鋁陶瓷莫來石。這種陶瓷材料不會被錫和鋁這樣一些金屬所潤濕，因而能為通常溫度最高為500℃，最好是最高溫度為300℃的熔液3提供特別良好的熱屏蔽，以擋住來自加熱區(qū)7的熱幅射。不用說，覆蓋層4必須厚得足以在很大程度上完全屏蔽這一熱幅射，換句話說，相對于熱幅射來說，它必須是“光學(xué)密閉”的。
圖3所示的覆蓋層4由粉末狀的松散物粉末粒子6組成?？捎米鞔祟愃缮⑽锏牟牧嫌醒趸X、氧化鎂和氧化鋯。在此情形下有可能可以使用市場上常見的這些氧化物的預(yù)制物，有關(guān)合適的尺寸大小請參看前面相應(yīng)的實施形式。
圖4所示為一渦輪葉片8，它由熔融液1通過定向凝固而成，如圖1所示。柱狀晶體組織19由相應(yīng)的曲線所表示。通常，這一組織在渦輪機葉片8的表面清晰可見。如果它的方向與葉片8的主要受載方向一致，與用常規(guī)方法澆鑄的葉片相比，這種組織可以大大提高渦輪葉片8的承載能力。方向20是葉片的縱軸。在運行載荷下，離心力以及主要的熱膨脹均沿此方向。渦輪葉片8的常見結(jié)構(gòu)如圖粗略所示它有一葉瓣部分21(僅可以部分看見)，它是葉片的主要功能部分；以及一葉根部分22，用以固定葉片用。
權(quán)利要求
1.一種定向凝固在一鑄模(2)中的第一熔融金屬(1)的方法，包括制備溫度高于其熔點的，位于鑄模(2)中的第一熔融金屬(1)和緊接著通過將鑄模(2)浸入由溫度低于第一金屬熔融點的，液態(tài)的第二金屬熔液(3)中來冷卻鑄模(2)中的熔融金屬(1)，其特征在于，熔液(3)上覆蓋著一層飄浮其上能流動的、由絕熱松散物料(5，6)組成的覆蓋層(4)，帶有熔融金屬(1)的鑄模(2)穿過覆蓋層(4)被浸入熔液(3)中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中覆蓋層(4)由不被第二金屬潤濕的固體(5，6)組成。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中固體(5，6)是陶瓷空心體(5)，尤其為空心球粒(5)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中空心體(5)由莫來石(Mullit)制成，其外徑在0.5mm至3mm之間，最好為約1mm。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中固體(5，6)是陶瓷實心體(5)，尤其是實心球粒(5)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中空心體(5)的直徑在0.5至3mm之間，最好為約1mm。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其中實心體(5)由莫來石、鋁、鎂或鋯的氧化物組成。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其中固體(5，6)的粉狀顆粒由鋁、鎂或鋯的氧化物制成，其外徑在0.06mm至0.4mm之間。
9.如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中帶有熔融金屬(1)的鑄模(2)首先在一加熱區(qū)(7)保持在第一溫度，緊接著從加熱區(qū)(7)浸入熔液(3)中，其中至少當(dāng)鑄模(2)浸入覆蓋層(4)時，覆蓋層(4)直接達到加熱區(qū)(7)。
10.如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中在將鑄模(2)浸入熔液(3)期間，覆蓋層的厚度在30mm至50mm之間。
11.如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，為避免產(chǎn)生和/或排除熔液(3)內(nèi)的氧化熔渣，這些方法在缺氧狀況下，最好在真空狀態(tài)下進行實施。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中覆蓋層(4)被保持在殘余壓力最高為10-3mbar，最好最高為10-4mbar的真空狀態(tài)下。
13.如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中第一金屬為鎳基或鈷基合金，尤其是超合金。
14.如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中第二金屬為鋁或錫，最好為錫。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中第二金屬為錫，其溫度低于500℃；最好低于300℃。
16.如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中通過定向凝固熔融金屬(1)來生產(chǎn)燃氣輪機的零部件(8)，尤其是渦輪葉片(8)。
17.一種定向凝固在一鑄模(2)中的第一熔融金屬(1)的裝置，包括一加熱室(9)，其中的一加熱區(qū)(7)用于將熔融金屬(1)和鑄模(2)加熱保溫在高于第一金屬熔融點的第一溫度，一設(shè)置在加熱室(9)下方的盛有液態(tài)的，具有低于第一金屬熔融點溫度的第二金屬熔液(3)的坩堝(10)，以及一個用于將鑄模(2)從加熱區(qū)(7)移動到熔液(3)中的移動裝置(11)，其特征在于，熔液(3)被一層飄浮其上可流動的，能被鑄模(2)穿透的，由絕熱松散物料(5，6)所制的覆蓋層(4)所覆蓋。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中加熱室(9)和坩堝(10)能相對運動。
19.如權(quán)利要求17或18所述的裝置，其中覆蓋層(4)四周由一漂浮于熔液(3)上并密封地壓貼在加熱室(9)殼體上的環(huán)(12)所限界。
20.如權(quán)利要求17至19中任一項所述的裝置，其中覆蓋層由不被第二、金屬潤濕的固體(5，6)組成。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中固體(5，6)是陶瓷空心體(5)，尤其是空心球(5)。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中空心體(5)由莫來石制成，其外徑在0.5mm至3mm之間，最好為1mm。
23.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中固體(5，6)顆粒(6)由鋁、鎂或鋯氧化物制成，其外徑在0.06mm至0.4mm之間。
24.如權(quán)利要求17至23中任一項所述的裝置，其中覆蓋層(4)能一直達到加熱室(9)。
25.如權(quán)利要求17至24中任一項所述的裝置，其中覆蓋層(4)的厚度在30mm至50mm之間。
26.如權(quán)利要求17至25中任一項所述的裝置，由一可抽成真空的和/或可充有保護氣體的保護容器(13)所圍繞。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種定向凝固在一鑄模(2)中的第一熔融金屬(1)的方法，該方法包括在鑄模(2)中預(yù)備好具有高于第一種金屬熔點的第一溫度的熔融液(1)以及隨后將熔融液(1)在鑄模(2)中通過將鑄模(2)浸入一溶液(3)中而冷卻。熔液(3)由一液態(tài)的第二種金屬所形成。它處于一個第二溫度下，比第二溫度低于第一種金屬的熔點。熔液(3)被一漂浮著的、可以流動的覆蓋層(4)所覆蓋。覆蓋層(4)由一絕熱的松散材料(5，6)組成，裝有熔融液(1)的鑄模(2)穿過覆蓋層(4)而浸入熔液(3)、一套實施此方法的裝置包括一個有一加熱區(qū)(7)的加熱室(9)，加熱區(qū)(7)的作用是將熔融液(1)和鑄模(2)保溫至第一溫度。一套這種裝置還包括一個置于加熱室(9)下面的、裝有熔液(3)的坩堝(10)，以及一個將鑄模(2)從加熱區(qū)(7)移送進熔液(3)中的升降機構(gòu)(11)，而熔液(3)則為覆蓋層(4)所覆蓋。覆蓋層(4)最好是由陶瓷空心球(5)組成。本發(fā)明尤其適用于制造燃氣輪機的一個部件(8)，特別是渦輪機的葉片(8)。
文檔編號C30B11/00GK1169124SQ95194581
公開日1997年12月31日 申請日期1995年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月8日
發(fā)明者羅伯特·辛格, 托馬斯·菲茨杰拉德, 彼得·克魯格 申請人:西門子公司