專利名稱：一種定向凝固用復(fù)合隔熱擋板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及定向凝固材料制備領(lǐng)域，具體是一種應(yīng)用于定向凝固裝置的高溫復(fù)合隔熱擋板。
背景技術(shù)：
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(guān)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(guān)鍵。為了屏蔽高溫區(qū)向低溫區(qū)的輻射散熱，加強(qiáng)熱流的單向性，在爐子加熱區(qū)底部設(shè)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(shè)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(shí)用新型專利描述了一種用于定向凝固設(shè)備的隔熱擋板，該擋板由碳?xì)趾豌f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(nèi)緣和鑄件模殼外表面之間會有較大間隙，隔熱效果較差，導(dǎo)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(yán)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?xì)制唇佣傻母魺釗醢?，其特征主要是為通過碳?xì)稚媳砻媸堖M(jìn)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?xì)值母魺嵝Ч谝欢囟确秶脖裙杷徜X針刺氈要差，因而隔熱效果還有提升空間。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)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(yán)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(fù)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(nèi)徑相同；鉬片、針刺氈的內(nèi)徑與模殼的最大外徑相同；石墨氈的內(nèi)孔形狀與模殼的最小橫截面外形吻合，石墨氈內(nèi)徑小于鉬片內(nèi)徑。石墨氈的內(nèi)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(nèi)緣所超出鉬片內(nèi)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(qiáng)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?xì)志哂懈邷叵铝己玫母魺嵝Ч?，且其?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(yuǎn)優(yōu)于碳?xì)值炔牧?。與現(xiàn)有技術(shù)中采用的環(huán)形復(fù)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?xì)帧⒐杷徜X針刺氈、循環(huán)水冷托盤結(jié)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(qiáng)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?xì)诌M(jìn)行隔溫，碳?xì)衷诒旧頌楦邷叵赂魺嵝Ч己玫牟牧希移浣?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(jìn)入硅酸鋁針刺氈的工作溫度范圍，在此溫度范圍內(nèi)，碳?xì)值膶?dǎo)熱系數(shù)為0. 45左右，而硅酸鋁針刺氈的導(dǎo)熱系數(shù)只有0. 2左右，隔熱效果優(yōu)于碳?xì)值炔牧希移浜穸纫话爿^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(jìn)一步輻射隔溫作用。最底層循環(huán)水冷托盤對本發(fā)明進(jìn)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?，F(xiàn)有技術(shù)的環(huán)形復(fù)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(fù)合隔熱擋板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的AA剖面圖；圖3為應(yīng)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(yīng)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(shí)施實(shí)例實(shí)施例一本實(shí)施例是一種用于HRS定向凝固裝置的復(fù)合隔熱擋板，適用于1480-1620°C高 如圖1所示。本實(shí)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(shí)施例所述的用于定向凝固裝置的復(fù)合隔熱擋板。使用時， 將復(fù)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(nèi)。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(nèi)徑相同；鉬片2、針刺氈4的內(nèi)徑與模殼8的最大外徑相同。如圖2所示，石墨氈3的內(nèi)孔形狀與模殼8的最小橫截面外形吻合，石墨氈3內(nèi)徑小于鉬片2內(nèi)徑；將石墨氈3的內(nèi)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(nèi)緣所超出鉬片2內(nèi)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(nèi)孔中拉出。石墨氈3內(nèi)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(shù)有限公司購入，其的外徑與復(fù)合隔熱擋板的外徑相同。水冷銅盤5厚度為20mm，內(nèi)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(nèi)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(jìn)口與出口。本實(shí)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(qiáng)度類型，使石墨氈 3的內(nèi)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(shí)施例中的復(fù)合隔熱擋板適用于HRS定向凝固設(shè)備。將復(fù)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(fù)合隔熱擋板下方，以支撐復(fù)合隔熱擋板，并維持硅酸鋁針刺氈4溫度，加強(qiáng)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(yīng)用本實(shí)施例，使鑄件的凝固溫度梯度較一般環(huán)形復(fù)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(shí)施例二本實(shí)施例是一種用于HRS定向凝固裝置的復(fù)合隔熱擋板，適用于1480-1620°C高
ilm ο如圖1所示。本實(shí)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(shí)施例所述的用于定向凝固裝置的復(fù)合隔熱擋板。使用時， 將復(fù)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(nèi)。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(nèi)徑相同；鉬片2、針刺氈4的內(nèi)徑與模殼8的最大外徑相同。如圖2所示，石墨氈3的內(nèi)孔形狀與模殼8的最小橫截面外形吻合，石墨氈3內(nèi)徑小于鉬片2內(nèi)徑；將石墨氈3的內(nèi)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(nèi)緣所超出鉬片2內(nèi)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(nèi)孔中拉出。石墨氈3內(nèi)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(shù)有限公司購入，其外徑與復(fù)合隔熱擋板的外徑相同。水冷銅盤5厚度為20mm，內(nèi)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(nèi)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(jìn)口與出口。
本實(shí)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(qiáng)度類型，使石墨氈 3的內(nèi)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(shí)施例中的復(fù)合隔熱擋板適用于HRS定向凝固設(shè)備。將復(fù)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(fù)合隔熱擋板下方，以支撐復(fù)合隔熱擋板，并維持硅酸鋁針刺氈4溫度，加強(qiáng)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(yīng)用本實(shí)施例，使鑄件的凝固溫度梯度較一般環(huán)形復(fù)合隔熱擋板提高7%以上。實(shí)施例三本實(shí)施例是一種用于HRS定向凝固裝置的復(fù)合隔熱擋板，適用于1480-1620°C高如圖1所示。本實(shí)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(shí)施例所述的用于定向凝固裝置的復(fù)合隔熱擋板。使用時， 將復(fù)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(nèi)。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(nèi)徑相同；鉬片2、針刺氈4的內(nèi)徑與模殼8的最大外徑相同。如圖2所示，石墨氈3的內(nèi)孔形狀與模殼8的最小橫截面外形吻合，石墨氈3內(nèi)徑小于鉬片2內(nèi)徑；將石墨氈3的內(nèi)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(nèi)緣所超出鉬片2內(nèi)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(nèi)孔中拉出。石墨氈3內(nèi)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(shù)有限公司購入，其的外徑與復(fù)合隔熱擋板的外徑相同。水冷銅盤5厚度為20mm，內(nèi)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(nèi)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(jìn)口與出口。本實(shí)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(qiáng)度類型，使石墨氈 3的內(nèi)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(shí)施例中的復(fù)合隔熱擋板適用于HRS定向凝固設(shè)備。將復(fù)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(fù)合隔熱擋板下方，以支撐復(fù)合隔熱擋板，并維持硅酸鋁針刺氈4溫度，加強(qiáng)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(yīng)用本實(shí)施例，使鑄件的凝固溫度梯度較一般環(huán)形復(fù)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(quán)利要求
1.一種定向凝固用復(fù)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(quán)利要求1所述一種定向凝固用復(fù)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(nèi)徑相同；鉬片O)、針刺氈的內(nèi)徑與模殼的最大外徑相同； 石墨氈⑶的內(nèi)孔形狀與模殼的最小橫截面外形吻合，石墨氈⑶內(nèi)徑小于鉬片⑵內(nèi)徑。
3.如權(quán)利要求1所述一種定向凝固用復(fù)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(quán)利要求2所述一種定向凝固用復(fù)合隔熱擋板，其特征在于石墨氈(3)的內(nèi)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(nèi)緣所超出鉬片O)內(nèi)緣部分的深度。
全文摘要
一種定向凝固用復(fù)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(nèi)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(nèi)緣所超出鉬片內(nèi)緣部分的深度。與現(xiàn)有技術(shù)中采用的環(huán)形復(fù)合隔熱擋板相比，本發(fā)明能夠使溫度梯度提高10％。
文檔編號B22D27/04GK102179506SQ20111008712
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)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(xué)