[发明专利]通过实施布里奇曼法来制造零件的设备

说明书

本发明涉及一种通过实施布里奇曼法来制造零件的设备，该设备具体地包括旨在接收熔融材料的模具(6)和相对于模具(6)可移动的、旨在在定向凝固期间定位在凝固前沿(S)之前的绝热隔板(21)。

技术领域

本发明涉及一种实施布里奇曼(Bridgman)法的设备以及制造实施这种设备的零件的方法。

背景技术

布里奇曼法可用于实现单晶零件的定向凝固。这种技术允许使凝固前沿在一个方向上从零件的一端到另一端逐渐进行。以该方法实施的烤炉包括其温度高于用于形成零件的材料的熔化温度的热区以及调节到允许熔融材料凝固的温度的冷区。热区的温度可以由通过感应加热的感受器通过辐射来维持。绝热隔板(thermal screen)可以存在于冷区和热区之间的边界处。这两个区域之间存在较强的温度梯度。

为了使零件以定向的方式凝固，材料以熔融状态引入存在于烤炉的热部分中的模具中。这样由熔融材料填充的模具逐渐沿冷区的方向移置。强温度梯度允许获得位于热区与冷区之间的边界处的凝固前沿。

然而，希望通过实施布里奇曼法来改善所获得的零件的性能和质量。

本发明旨在对上述需求作出响应。

发明内容

为此，根据第一方面，本发明提出了一种通过实施布里奇曼法来制造零件的设备，所述设备包括：

-至少一个旨在接收熔融材料的模具，所述模具存在于位于外壳内部的加热区中，

-位于外壳内部并通过第一绝热隔板与加热区分开的冷却区，第一绝热隔板相对于外壳固定，并位于模具的第一侧上，加热区沿外壳的轴线叠置在冷却区上，

-第一移动系统，其构造成使模具在外壳中沿外壳的轴线从加热区移动到冷却区，

-相对于模具可移动的第二绝热隔板，第二绝热隔板与第一绝热隔板不同且位于模具的与第一侧相对的第二侧上，以及

-第二移动系统，其与第一移动系统不同，构造成使第二绝热隔板在外壳中沿外壳的轴线移动。

由发明人进行的研究已经能够观察到，待获得的零件的性能取决于凝固前沿处的局部温度梯度的方面，并且现有技术的布里奇曼技术不允许在定向凝固期间获得最佳温度梯度。更确切地说，发明人已经注意到，为了改善通过定向凝固获得的零件的质量，希望该热梯度在垂直于凝固方向的方向上具有最小分量。换言之，希望具有朝向仅仅沿凝固方向定向的完美稳定的温度梯度的最大趋势。使用相对于模具固定的一个或多个绝热隔板的事实使温度梯度仅在某些凝固时刻稳定，而在其它凝固时刻不稳定。

该观察结果由图1和图2示出，其通过相对于模具固定的绝热隔板示意性地再现了数值模拟的结果，该数值模拟的结果显示了在布里奇曼法的范围内的凝固前沿S的垂直向上前进(箭头F)的在凝固前沿S处的等温曲线的外观。图1和图2中所示的设备包括相对于外壳固定的、将热区(上区)与冷区(下区)分开的绝热隔板10。该设备还包括至少一个绝热隔板14，其连接到模具并位于与隔板10相对的侧上。绝热隔板14因此相对于模具固定。图1示出了当凝固前沿S在隔板14处时，绝热隔板14使温度梯度稳定。在这种情况下，等温曲线基本上是水平的，并且因此热梯度基本上沿方向F定向。另一方面，这些等温曲线在前一时刻会具有明显的倾斜度，并且因此具有明显的水平热梯度(图2)。在后一种情况下，热梯度的理想方面消失。实际上，绝热隔板14在其下面产生冷区，当凝固前沿S在隔板14下方时，冷区使热梯度不稳定。因此，发明人已经注意到，相对于模具固定的绝热隔板14的实施方式不允许温度梯度在凝固期间始终稳定。特别地，本发明人已经注意到，与将热区与冷区分开的绝热隔板10相对的模具C₂的一侧在凝固期间的某些时间相对于位于该隔板10的一侧上的模具C₁的一侧具有过度冷却(图2)。这种热梯度的不稳定性可能导致凝固后获得的零件中产生裂纹。