单晶叶片

单晶叶片籽晶法

首先将和所要铸造的单晶部件具有相同材料的的籽晶安放在模壳的最底部,然后将过热的熔融金属液浇注在籽晶上面,使籽晶部分熔化,再恰当地控制固液界面前沿液体中的温度梯度和晶体的生长速度,金属熔液就会从未被熔化的籽晶部分开始往金属液中生长,并最终形成晶体取向与籽晶相同的单晶。

单晶叶片选晶法

选晶法是单晶高温合金叶片制备中最基本的工艺方法. Higginbotham把常用的单晶选晶器结构归纳为四种类型:螺旋型、倾斜型、转折型、尺度限制型(缩颈型)随着单晶高温合金研究的发展,螺旋型选晶器逐渐淘汰掉其他三种选晶器,成为目前应用最广泛也是最成功的选晶器类型。 　选晶法的原理就是利用选晶器的这种狭窄界面,只允许一个晶粒长出它的顶部,然后这个晶粒长满整个型腔,从而得到单晶体. 其晶体竞争生长机制是:螺旋结构总的攀升走向正好与散热方向相反,致使螺旋体内散热均匀,因此在整个螺旋形生长过程中,位向最适合生长的那个晶粒将其他众多的初生晶粒一一淘汰,不断长出枝晶并最终进入试样本体成为单晶铸件. 　至于镍基单晶合金，在镍的Gamma固溶态中，有大量分散结晶构造稍为不同的Gamma基本态，只要将这种结晶单晶化，在定向凝固合金中，增加Gamma基本态，提高高温强度。镍基单晶合金基本上消除定向凝固高温合金的限制。F119的涡轮叶片是用第三代单晶作的，DD3可能是第一代。

单晶叶片英文名称：single crystal blade,经过了3代发展。第一代是 ：镍基高温合金 第2代是 ： 定向晶界的多晶

定义：只有一个晶粒的铸造叶片。 定向结晶叶片消除了对空洞和裂纹敏感的横向晶界，使全部晶界平行于应力轴方向，从而改善了合金的使用性能。单晶叶片消除了全部晶界，不必加入晶界强化元素，使合金的初熔温度相对升高，从而提高了合金的高温强度，并进一步改善了合金的综合性能。 单晶叶片整个铸件由一个晶粒组成的铸造高温合金。这是继定向凝固铸造高温合金之后，进一步提高合金强度和使用温度的一条途径。单晶叶片铸件的理想组织是叶根、叶身和叶冠，都由毫无缺陷的多相单晶体组成。晶体取向应是〈001〉方向，并与叶片主应力轴方向之间的偏离不应大于10度。单晶铸件可以用与定向凝固相同的设备和工艺制备，与定向凝固铸件的区别只在于在水冷底盘的上部加入选晶器或仔晶，以便控制单一晶体进入铸件。简史初期的单晶铸造高温合金采用普通铸造高温合金成分，在此情况下，单晶铸造高温合金与定向凝固铸造高温合金相比，除了改善横向强度和塑性外，其他性能并无明显改善。20世纪70年代末，出现了去掉晶界强化(见高温合金晶界强化)元素的单晶铸造高温合金，如美国的PwAl480、NASAIRl00。碳、硼、锆、铪等晶界强化元素去除后，提高了合金的初熔温度，从而允许提高固溶处理温度，获得更细小、弥散的Y’相(见高温合金材料的金属间化合物相)，使合金的潜力得到更充分发挥。经过20多年的发展，出现了20多种单晶铸造高温合金。这些合金可以分为三代：第一代以PwAl480为代表，其承温能力比最好的定向凝固铸造高温合金PwAl422有25℃的优势；第二代以PwAl484为代表，比第一代又提高了25℃；正在研制的是第三代单晶合金。

单晶炉是一种在惰性气体（氮气、氦气为主）环境中,用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化,用直拉法生长无错位单晶的设备。

购买技术主要要求

1.单晶炉装料量（单台机产能多少） 2. 能拉多长、几寸的硅棒 3. 拉制晶棒的成品率是多少4拉出硅棒品质（少子寿命、电阻率、碳氧含量、位错密度） 5设备制造工艺控制保证 6自动化控制程度 7设备主要关键部件的配置等 。

单晶炉型号定义

单晶炉型号有两种命名方式，一种为投料量，一种为炉室直径。比如85炉，是指主炉筒的直径大小，120、150等型号是由装料量来决定的

单晶炉主要需要控制的方面

一、晶体直径（尺寸）

二、温度（功率控制）

三、原料（硅料）

四、泄漏率，氩气质量等

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单晶炉热场的设计与仿真

单晶直径在生长过程中可受到温度，提拉速度与转速，坩埚跟踪速度与转速，保护气体的流速等因素的影响。其中温度主要决定能否成晶，而速度将直接影响到晶体的内在质量，而这种影响却只能在单晶拉出后通过检测才能获知。温度分布合适的热场，不仅单晶生长顺利，而且品质较高；如果热场的温度分布不是很合理,生长单晶的过程中容易产生各种缺陷,影响质量，情况严重的出现变晶现象生长不出来单晶。因此在投资单晶生长企业的前期，一定要根据生长设备，配置出最合理的热场，从而保证生产出来的单晶的品质。在晶体生长分析与设计中，实验与数值仿真是相辅相成的，其过程可以分为两个部分：

（1）在第一阶段,利用引上法晶体生长实验来进行数值模拟参数的调整。

（2）在第二阶段,利用数值模拟是用来确定最佳的晶体生长工艺参数。

数值仿真是用来获得廉价的，完整的和全面细节的结晶过程，以此方法用来预测晶体生长,改善晶体生长技术。数值模拟是当实验的费用太昂贵或无法常规进行时一种非常有用或必不可少的方法。举例来说，对于无经验人员，可以形象化展示熔体流动的历史点缺陷和热应力细节。所以数值仿真是一种达到较高生产率和较好满足市场对晶体直径，质量要求的最好办法。面向过程的仿真软件FEMAG为用户提供了可以深入研究的数值工具,用户通过有效的计算机模拟可以设计和优化工作流程。通过对单晶炉热场的仿真计算，优化设计单晶炉的机械结构，在拉晶过程中以仿真结果设定合理的理论拉晶曲线，就可以在实际生产中是完全可以生长出合格的单晶棒。

叶片按用途可分为动叶片（又称工作叶片，简称叶片）和静叶片（又称导叶叶片）两种。

动叶片安装在转子叶轮（冲动式汽轮机）或转鼓（反动式汽轮机）上，接受静叶栅射出的高速汽流。把蒸汽的动能转换成轴旋转的机械能，使转子旋转。

静叶片安装在隔板或持环套上。在静叶栅中，蒸汽的压力和温度降低。流速增加，将热力势能转换为动能。

叶片是汽轮机中数量和种类最多的关键零件，其结构型线、工作状态将直接影响能量转换效率，因此其加工精度要求高，它所占加工量约为整个汽轮机加工量的30%，可批量生产。

叶片的工作条件很复杂，除凶高速旋转和汽流作用而承受较高的静应力和动应力外，还因其分别处在过热蒸汽区、两相过渡区（指从过热蒸汽区过渡到湿蒸汽区）和湿蒸汽区段内工作而承受高温、高压、腐蚀和冲蚀作用，因此它的结构、材料和加工、装配质量对汽轮机的安全经济运行有极大的影响。所以存设计、制造叶片时，既要考虑到有足够的强度和刚度，又要有良好的型线，以提高汽轮机的效率。

对于在高温区工作的叶片，应考虑材料的蠕变问题；对于在湿蒸汽区工作的叶片，应考虑材料受湿蒸汽冲蚀的问题。任何一只叶片的断裂都有可能造成严重事故。实践表明，汽轮发生的事故以叶片部分的为最多，所以必须给予足够的重视。

叶片一般由叶根、工作部分（或称叶身、叶型部分）、叶顶连接件（围带）或拉筋组成，如图1所示。

1．叶根部分

叶片是通过叶根与叶轮或转鼓相连接的。叶根的作用是将动叶嵌固在叶轮轮缘或转鼓凸缘的沟槽里，在汽流的作用力和旋转离心力的作用下，使叶片不至于从沟槽里甩出来；因此要求它与叶轮轮缘或转鼓凸缘的配合部分要有足够的配合精度和强度，而且应力集中要小。所以，叶根与轮缘或叶根与转鼓槽的结构是否适当，对叶片的安全运行起着重要的作用。

工作叶片一般用单支承面或多支承面的叶根固定在沟槽中，随着叶片高度和重量的增加，叶根所受的作用力增大，应当相应地增加叶片根部支承而的数目，即要采用不同型式的叶根结构。现代汽轮机常用的叶根结构型式有T形、外包T形、双T形、菌形、叉形、枞树形等，其适用范围和装配要求各不相同。

2．叶型部分

叶型部分是指叶片的工作部分。叶片工作部分的横截面形状称为叶型。叶型的周线称为型线。相邻叶片的叶型部分构成蒸汽流动的通道，它要求具有良好的空气动力特性的型线，以减少汽流的能量损失，提高机组的内效率。同时还要满足结构强度、刚度和加工工艺的要求。

按工作原理不同，汽轮机的级分为冲动级和反动级两大类。冲动级动叶片的进、出口压差不大，级的反动度较小，蒸汽在动叶栅中的膨胀程度不大，动叶栅流通截面积稍呈渐缩形；反动级动叶片的进、出口压差较大，级的反动度大，蒸汽在动叶栅中的膨胀程度与导叶栅差不多，动叶栅流通横截面与导叶叶栅的几何形状相似，如图2所示。

按叶片的截面形状沿叶高是否变化，可以把叶片分为等截面叶片、变截面叶片和扭曲叶片。等截面叶片的叶型形状和截面面积沿叶高是不变的，也称为直叶片；变截面叶片的叶型截面面积沿叶高按一定的规律变化，各截面面积不相等；若叶片不同高度各横截面逐渐扭转一定角度，且各截面面积不相等，则称为扭曲叶片。

3．叶顶部分

为了使动叶片之间组成良好的通道，保证汽流沿外缘周界上的良好流动性，降低漏汽损失，提高级的效率，通常叶片的叶顶上都装有围带（复环），将动叶片连成叶片组。成组叶片也提高了叶栅的刚度，降低了叶片中的弯曲应力，改善其频率特性；在扭曲叶‘片加装围带后，能限制动叶片外缘部分在蒸汽作用力下发生扭转。

随着成组方式的不同，叶顶结构也各不相同。整体围带结构型式，围带和叶片实为一个整体部件，叶片装好后顶板互相靠紧即形成一圈围带，围带之问可以焊接，这种结构称为焊接围带；也可以不焊接。整体围带一般用于短叶片。将3～5mm厚的扁平钢带，用铆接方法固定在叶片顶部，称为铆接围带。采用铆接围带结构的叶顶必须做出与围带上的孔相配合的凸出部分（铆头），以备铆接。考虑到有热膨胀，各成组叶片的围带间留有约1mm的膨胀间隙。