專利名稱：一種定向凝固用復合隔熱擋板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及定向凝固材料制備領域，具體是一種應用于定向凝固裝置的高溫復合隔熱擋板。
背景技術：
定向凝固過程中，將澆注入合金液體的鑄型以一定的速度從高溫區(qū)拉入低溫區(qū)， 形成固/液界面前沿較高的溫度梯度，是獲得良好鑄件組織的關鍵。維持熱量盡可能的從冷卻區(qū)鑄件外表面的散失、減少加熱區(qū)向冷卻區(qū)的輻射散熱，是獲得高溫度梯度的關鍵。為了屏蔽高溫區(qū)向低溫區(qū)的輻射散熱，加強熱流的單向性，在爐子加熱區(qū)底部設置一套隔熱擋板，通過隔熱擋板將加熱區(qū)和冷卻區(qū)兩部分隔開。隔熱擋板的隔熱效果對定向凝固固/ 液界面前沿的溫度梯度有直接的影響。目前，大型定向凝固設備中的隔熱擋板材料主要為剛玉，石墨氈等，但這些類型隔熱擋板材料均存在一些不足之處。剛玉環(huán)具有一定耐高溫能力，但在高溫使用中容易開裂， 從而影響其隔熱效果、壽命較短；石墨氈雖然具有較好的隔熱效果，但其本身為黑色，輻射效果不佳。申請?zhí)枮?1250519. 6的中國實用新型專利描述了一種用于定向凝固設備的隔熱擋板，該擋板由碳氈和鉬片同軸疊放而成，但其中心過孔較大且固定，不規(guī)則形狀橫截面鑄件及具有多個尺寸橫截面的鑄件從過孔中通過時，隔熱擋板內緣和鑄件模殼外表面之間會有較大間隙，隔熱效果較差，導致加熱區(qū)熱量從模殼及隔熱隔熱擋板之間大量散失，尤其是輻射到冷區(qū)的熱量嚴重影響上、下區(qū)的溫度梯度。申請?zhí)枮?00510046341. 3的中國發(fā)明專利提供了一種由多片碳氈拼接而成的隔熱擋板，其特征主要是為通過碳氈上表面石墨紙進行輻射隔熱且中心過孔形狀及尺寸與鑄件橫截面外輪廓接近，能起到提高隔熱效果的作用，但其上表面亮面輻射效果和鉬片相比較差，碳氈的隔熱效果在一定溫度范圍也比硅酸鋁針刺氈要差，因而隔熱效果還有提升空間。
發(fā)明內容為克服現(xiàn)有技術中存在的或者形狀不可變，與鑄型間空隙較大，從高溫區(qū)向低溫區(qū)熱量輻射嚴重；或者隔熱效果不佳的不足，本發(fā)明提出了一種定向凝固用復合隔熱擋板。本發(fā)明包括兩層鉬片、一層石墨氈和一層針刺氈；其中，第一層鉬片在最底層；針刺氈位于第一層鉬片的上表面；石墨氈位于針刺氈的上表面；另一層鉬片放置在石墨氈的上表面；將上述兩層鉬片、一層石墨氈和針刺氈用鉬螺栓固緊，并使兩層鉬片、一層石墨氈和針刺氈同心。所述的鉬片的厚度為1 3mm，所述的石墨氈的厚度為3 5mm，所述的針刺氈的厚度為2 3mm。所述的2層鉬片、石墨氈和針刺氈均為環(huán)形板狀，并且2層鉬片、石墨氈和針刺氈的外徑均與加熱體屏蔽層的內徑相同；鉬片、針刺氈的內徑與模殼的最大外徑相同；石墨氈的內孔形狀與模殼的最小橫截面外形吻合，石墨氈內徑小于鉬片內徑。石墨氈的內緣沿正交方向剪開，并且剪開的深度為石墨氈與鉬片疊放之后石墨氈的內緣所超出鉬片內緣部分的深度。本發(fā)明以鉬片作為最頂部隔熱層，在高溫下表面具有較強的金屬光澤，輻射隔溫效果良好，且使用壽命較長。第二層采用的碳氈具有高溫下良好的隔熱效果，且其經(jīng)加工具有與鑄件模殼尺寸最小截面形狀吻合的過孔使得其距離模殼尺寸較近，空隙很小，隔熱效果良好。第三層采用的硅酸鋁針刺氈處于1000°c左右溫度區(qū)，在此溫度下其隔熱效果遠優(yōu)于碳氈等材料。與現(xiàn)有技術中采用的環(huán)形復合隔熱擋板相比，本發(fā)明可使溫度梯度提高 10%。本發(fā)明中將鉬片、碳氈、硅酸鋁針刺氈、循環(huán)水冷托盤結合使用，以發(fā)揮每層材料各自的優(yōu)勢。鉬片作為最頂部隔熱層，在高溫下表面具有較強的金屬光澤，輻射隔溫效果良好，且長期高溫下使用不易斷裂；第二層使用碳氈進行隔溫，碳氈在本身為高溫下隔熱效果良好的材料，且其經(jīng)加工具有與鑄件模殼尺寸最小截面形狀吻合的過孔使得其距離模殼尺寸較近，空隙很小，隔熱效果良好；前兩層隔溫及輻射作用加之下部水冷盤的冷卻作用使得第三層硅酸鋁針刺氈位置處溫度已經(jīng)降到1000°c左右，進入硅酸鋁針刺氈的工作溫度范圍，在此溫度范圍內，碳氈的導熱系數(shù)為0. 45左右，而硅酸鋁針刺氈的導熱系數(shù)只有0. 2左右，隔熱效果優(yōu)于碳氈等材料，且其厚度一般較小，故選用硅酸鋁針刺氈置于第三層。第四層仍采用鉬片，其與頂層鉬片一起固定中間兩層隔熱材料并起進一步輻射隔溫作用。最底層循環(huán)水冷托盤對本發(fā)明進行降溫，同時增加冷卻區(qū)域冷卻效果，提高鑄件固/液界面前沿溫度梯度。現(xiàn)有技術的環(huán)形復合隔熱擋板相比，采用本發(fā)明可使溫度梯度提高10%。

圖1為定向凝固用復合隔熱擋板的結構示意圖；圖2為圖1的AA剖面圖；圖3為應用本發(fā)明的定向凝固裝置拉制出葉片類試樣的微觀組織圖；圖4為應用一般環(huán)形隔熱擋板的定向凝固裝置拉制出葉片類試樣的微觀組織圖。附圖中1.鉬螺栓2.鉬片3.石墨氈4.針刺氈5.水冷銅盤6.螺栓 7.加熱體屏蔽層8.模殼具體實施實例實施例一本實施例是一種用于HRS定向凝固裝置的復合隔熱擋板，適用于1480-1620°C高如圖1所示。本實施例包括兩層Imm厚的鉬片2、一層5mm厚的石墨氈3和一層 2mm厚的硅酸鋁制作的針刺氈4。將一層鉬片2放置在最底層；將針刺氈4放置在第一層鉬片2的上表面；石墨氈3位于針刺氈4的上表面；將另一層鉬片2放置在石墨氈3的上表面；將上述兩層鉬片2、一層石墨氈3和針刺氈4用鉬螺栓固緊，并使兩層鉬片2、一層石墨氈3和針刺氈4同心，形成了本實施例所述的用于定向凝固裝置的復合隔熱擋板。使用時， 將復合隔熱擋板置于水冷銅盤5的上表面，并位于加熱體屏蔽層7內。水冷銅盤通過螺栓 6固定于保溫區(qū)爐體保溫層下方。2層鉬片2、石墨氈3和針刺氈4均為環(huán)形板狀，并且2層鉬片2、石墨氈3和針刺氈4的外徑均與加熱體屏蔽層7的內徑相同；鉬片2、針刺氈4的內徑與模殼8的最大外徑相同。如圖2所示，石墨氈3的內孔形狀與模殼8的最小橫截面外形吻合，石墨氈3內徑小于鉬片2內徑；將石墨氈3的內緣沿正交方向剪開，并且剪開的深度為石墨氈3與鉬片2疊放之后石墨氈3的內緣所超出鉬片2內緣部分的深度，使得模殼8最大直徑部分能夠順利從石墨氈3的內孔中拉出。石墨氈3內徑與模殼8最大直徑處之間的縫隙為5mm。所述的水冷銅盤5從沈陽好智多新材料制備技術有限公司購入，其的外徑與復合隔熱擋板的外徑相同。水冷銅盤5厚度為20mm，內部循環(huán)水通道直徑為10mm。在水冷銅盤 5的中心有模殼的過孔；在水冷銅盤5內部有繞模殼8的過孔螺旋狀的循環(huán)水冷通道。該循環(huán)水冷通道的兩端分別冷卻水的進口與出口。本實施例中的鉬片2選用寶雞市博信金屬材料有限公司的產(chǎn)品。石墨氈3選用白銀福瑞科技工貿(mào)有限公司的產(chǎn)品；石墨氈3選擇具有0. 65Mpa以上抗彎強度類型，使石墨氈 3的內緣處被剪開成如圖2形狀仍然維持原形。針刺氈4為硅酸鋁針刺氈，選用廊坊宏利保溫建材廠的產(chǎn)品。本實施例中的復合隔熱擋板適用于HRS定向凝固設備。將復合隔熱擋板置于真空環(huán)境下，并使其位于加熱區(qū)下方。循環(huán)水冷銅盤5位于該復合隔熱擋板下方，以支撐復合隔熱擋板，并維持硅酸鋁針刺氈4溫度，加強冷卻區(qū)的冷卻效果，提高鑄件凝固固/液界面處溫度梯度。應用本實施例，使鑄件的凝固溫度梯度較一般環(huán)形復合隔熱擋板更高，且制備出鑄件組織均勻性有顯著改善，如圖3和圖4所示。實施例二本實施例是一種用于HRS定向凝固裝置的復合隔熱擋板，適用于1480-1620°C高如圖1所示。本實施例包括兩層2mm厚的鉬片2、一層3mm厚的石墨氈3和一層 3mm厚的硅酸鋁制作的針刺氈4。將一層鉬片2放置在最底層；將針刺氈4放置在第一層鉬片2的上表面；石墨氈3位于針刺氈4的上表面；將另一層鉬片2放置在石墨氈3的上表面；將上述兩層鉬片2、一層石墨氈3和針刺氈4用鉬螺栓固緊，并使兩層鉬片2、一層石墨氈3和針刺氈4同心，形成了本實施例所述的用于定向凝固裝置的復合隔熱擋板。使用時， 將復合隔熱擋板置于水冷銅盤5的上表面，并位于加熱體屏蔽層7內。水冷銅盤通過螺栓 6固定于保溫區(qū)爐體保溫層下方。2層鉬片2、石墨氈3和針刺氈4均為環(huán)形板狀，并且2層鉬片2、石墨氈3和針刺氈4的外徑均與加熱體屏蔽層7的內徑相同；鉬片2、針刺氈4的內徑與模殼8的最大外徑相同。如圖2所示，石墨氈3的內孔形狀與模殼8的最小橫截面外形吻合，石墨氈3內徑小于鉬片2內徑；將石墨氈3的內緣沿正交方向剪開，并且剪開的深度為石墨氈3與鉬片2疊放之后石墨氈3的內緣所超出鉬片2內緣部分的深度，使得模殼8最大直徑部分能夠順利從石墨氈3的內孔中拉出。石墨氈3內徑與模殼8最大直徑處之間的縫隙為5mm。所述的水冷銅盤5從沈陽好智多新材料制備技術有限公司購入，其外徑與復合隔熱擋板的外徑相同。水冷銅盤5厚度為20mm，內部循環(huán)水通道直徑為10mm。在水冷銅盤5 的中心有模殼的過孔；在水冷銅盤5內部有繞模殼8的過孔螺旋狀的循環(huán)水冷通道。該循環(huán)水冷通道的兩端分別冷卻水的進口與出口。本實施例中的鉬片2選用寶雞市博信金屬材料有限公司的產(chǎn)品。石墨氈3選用白銀福瑞科技工貿(mào)有限公司的產(chǎn)品；石墨氈3選擇具有0. 5Mpa以上抗彎強度類型，使石墨氈 3的內緣處被剪開成如圖2形狀仍然維持原形。針刺氈4為硅酸鋁針刺氈，選用廊坊宏利保溫建材廠的產(chǎn)品。本實施例中的復合隔熱擋板適用于HRS定向凝固設備。將復合隔熱擋板置于真空環(huán)境下，并使其位于加熱區(qū)下方。循環(huán)水冷銅盤5位于該復合隔熱擋板下方，以支撐復合隔熱擋板，并維持硅酸鋁針刺氈4溫度，加強冷卻區(qū)的冷卻效果，提高鑄件凝固固/液界面處溫度梯度。應用本實施例，使鑄件的凝固溫度梯度較一般環(huán)形復合隔熱擋板提高7%以上。實施例三本實施例是一種用于HRS定向凝固裝置的復合隔熱擋板，適用于1480-1620°C高溫。[0034]如圖1所示。本實施例包括兩層3mm厚的鉬片2、一層4mm厚的石墨氈3和一層 2mm厚的硅酸鋁制作的針刺氈4。將一層鉬片2放置在最底層；將針刺氈4放置在第一層鉬片2的上表面；石墨氈3位于針刺氈4的上表面；將另一層鋁片2放置在石墨氈3的上表面；將上述兩層鉬片2、一層石墨氈3和針刺氈4用鉬螺栓固緊，并使兩層鉬片2、一層石墨氈3和針刺氈4同心，形成了本實施例所述的用于定向凝固裝置的復合隔熱擋板。使用時， 將復合隔熱擋板置于水冷銅盤5的上表面，并位于加熱體屏蔽層7內。水冷銅盤通過螺栓 6固定于保溫區(qū)爐體保溫層下方。2層鉬片2、石墨氈3和針刺氈4均為環(huán)形板狀，并且2層鉬片2、石墨氈3和針刺氈4的外徑均與加熱體屏蔽層7的內徑相同；鉬片2、針刺氈4的內徑與模殼8的最大外徑相同。如圖2所示，石墨氈3的內孔形狀與模殼8的最小橫截面外形吻合，石墨氈3內徑小于鉬片2內徑；將石墨氈3的內緣沿正交方向剪開，并且剪開的深度為石墨氈3與鉬片2疊放之后石墨氈3的內緣所超出鉬片2內緣部分的深度，使得模殼8最大直徑部分能夠順利從石墨氈3的內孔中拉出。石墨氈3內徑與模殼8最大直徑處之間的縫隙為5mm。所述的水冷銅盤5從沈陽好智多新材料制備技術有限公司購入，其的外徑與復合隔熱擋板的外徑相同。水冷銅盤5厚度為20mm，內部循環(huán)水通道直徑為10mm。在水冷銅盤 5的中心有模殼的過孔；在水冷銅盤5內部有繞模殼8的過孔螺旋狀的循環(huán)水冷通道。該循環(huán)水冷通道的兩端分別冷卻水的進口與出口。本實施例中的鉬片2選用寶雞市博信金屬材料有限公司的產(chǎn)品。石墨氈3選用白銀福瑞科技工貿(mào)有限公司的產(chǎn)品；石墨氈3選擇具有0. 65Mpa以上抗彎強度類型，使石墨氈 3的內緣處被剪開成如圖2形狀仍然維持原形。針刺氈4為硅酸鋁針刺氈，選用廊坊宏利保溫建材廠的產(chǎn)品。本實施例中的復合隔熱擋板適用于HRS定向凝固設備。將復合隔熱擋板置于真空環(huán)境下，并使其位于加熱區(qū)下方。循環(huán)水冷銅盤5位于該復合隔熱擋板下方，以支撐復合隔熱擋板，并維持硅酸鋁針刺氈4溫度，加強冷卻區(qū)的冷卻效果，提高鑄件凝固固/液界面處溫度梯度。應用本實施例，使鑄件的凝固溫度梯度較一般環(huán)形復合隔熱擋板更高，且制備出鑄件組織均勻性有顯著改善，如圖3和圖4所示。
權利要求1.一種定向凝固用復合隔熱擋板，包括兩層鉬片( 和一層石墨氈(3)，其特征在于， 還包括有一層針刺氈；其中，第一層鉬片( 在最底層；針刺氈(4)位于第一層鉬片(2) 的上表面；石墨氈(3)位于針刺氈(4)的上表面；另一層鉬片(2)放置在石墨氈(3)的上表面；將上述兩層鉬片O)、一層石墨氈C3)和針刺氈(4)用鉬螺栓固緊，并使兩層鉬片O)、 一層石墨氈⑶和針刺氈⑷同心。
2.如權利要求1所述一種定向凝固用復合隔熱擋板，其特征在于，所述的2層鉬片 O)、石墨氈(3)和針刺氈(4)均為環(huán)形板狀，并且2層鉬片O)、石墨氈(3)和針刺氈(4)的外徑均與加熱體屏蔽層的內徑相同；鉬片O)、針刺氈的內徑與模殼的最大外徑相同； 石墨氈⑶的內孔形狀與模殼的最小橫截面外形吻合，石墨氈⑶內徑小于鉬片⑵內徑。
3.如權利要求1所述一種定向凝固用復合隔熱擋板，其特征在于所述的鉬片O)的厚度為1 3mm，所述的石墨氈(3)的厚度為3 5mm，所述的針刺氈(4)的厚度為2 3mm。
4.如權利要求2所述一種定向凝固用復合隔熱擋板，其特征在于石墨氈(3)的內緣沿正交方向剪開，并且剪開的深度為石墨氈(3)與鉬片(2)疊放之后石墨氈(3)的內緣所超出鉬片O)內緣部分的深度。
專利摘要一種定向凝固用復合隔熱擋板，包括兩層鉬片、一層石墨氈和一層針刺氈。其中，第一層鉬片在最底層；針刺氈位于第一層鉬片的上表面；石墨氈位于針刺氈的上表面；另一層鉬片放置在石墨氈的上表面。將上述兩層鉬片、一層石墨氈和針刺氈用鉬螺栓固緊，并使兩層鉬片、一層石墨氈和針刺氈同心。所述的鉬片的厚度為1～3mm，所述的石墨氈的厚度為3～5mm，所述的針刺氈的厚度為2～3mm。石墨氈的內緣沿正交方向剪開，并且剪開的深度為石墨氈與鉬片疊放之后石墨氈的內緣所超出鉬片內緣部分的深度。與現(xiàn)有技術中采用的環(huán)形復合隔熱擋板相比，本實用新型能夠使溫度梯度提高10％。
文檔編號B22D27/04GK202070753SQ20112010021
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權日2011年4月7日
發(fā)明者傅恒志, 劉剛, 劉林, 張軍, 張益州, 葛丙明, 黃太文 申請人:西北工業(yè)大學