通过实施布里奇曼法来制造零件的设备制造技术

本发明专利技术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)。

Equipment for manufacturing parts by implementing Bridge method

The present invention relates to a device for making parts by implementing a Bridge man method, which specifically includes a mold (6) designed to receive a molten material (6) and an adiabatic partition (21) that is removable relative to a die (6), which is aimed at positioning at the solidification front (S) during directional solidification.

【技术实现步骤摘要】
通过实施布里奇曼法来制造零件的设备
本专利技术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。
技术介绍
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(thermalscreen)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。本专利技术旨在对上述需求作出响应。
技术实现思路
为此，根据第一方面，本专利技术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。由专利技术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，专利技术人已经注意到，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，专利技术人已经注意到，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，本专利技术人已经注意到，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。本专利技术提出了一种设备，其允许在定向凝固期间改善热梯度的稳定性。第一绝热隔板和第二绝热隔板位于每个模具的任一侧上。第二绝热隔板和第二移动系统的实施有利地允许绝热隔板有效、相对于模具可移动，从而允许在定向凝固期间跟随凝固前沿。在定向凝固期间能够改变第二绝热隔板的位置以将其定位在凝固前沿之前的事实使得热梯度能够在凝固期间额外稳定，以避免模具的与第一绝热隔板相对的一侧过度冷却，并且由此改善所获得的零件的质量。在一个示例性实施例中，该设备还包括相对于外壳固定的第三绝热隔板，其与第一绝热隔板和第二绝热隔板均不同，所述第三绝热隔板存在于加热区中，并且沿外壳的轴线叠置在第一绝热隔板上。这样的特征有利于限制外壳下部的辐射损失。在一个示例性实施例中，该设备还包括：-第四绝热隔板，其相对于模具可移动并且与第一和第二绝热隔板不同并且当第三绝热隔板存在时可能与第三绝热隔板不同，第四绝热隔板位于模具的第二侧上并且沿外壳的轴线叠置在第二绝热隔板上，第四绝热隔板的宽度小于第二绝热隔板的宽度，以及-第三移动系统，其与所述第一移动系统和所述第二移动系统不同，构造成使第四绝热隔板独立于第二绝热隔板沿外壳的轴线移动。以下将“第四绝热隔板”称为“第四绝热隔板”或“额外绝热隔板”。当使用的模具具有为第二绝热隔板留下不足的空间以在整个凝固期间跟随凝固前沿的形状或尺寸时，这样的特征是有利的。因此，根据该示例性实施例，第二绝热隔板将在第一定向凝固阶段期间跟随凝固前沿，并将在该阶段期间定位在该前沿之前。一旦第二绝热隔板由于模具或多个模具界定的空间不足而不再继续跟随凝固前沿，则第二绝热隔板的移动将停止。然后第四绝热隔板的移动将使用第三移动系统开始，使得比第二绝热隔板更窄的第四绝热隔板继续跟随凝固前沿，以定位在该凝固前沿之前。因此，这样的特征使得即使当模具的几何形状使得第二绝热隔板在整个方法中不能跟随凝固前沿时，也能够确保整个定向凝固中的热梯度的稳定性。在一个示例性实施例中，该设备包括多个模具，其旨在接收熔融材料并存在于加热区中，所述模具存在于第二绝热隔板周围，该设备还包括配置成加热所述加热区的加热系统，加热系统和第一绝热隔板存在于所述模具周围。本专利技术还涉及一种通过实施布里奇曼方法和上述设备来制造至少一个零件的方法，该方法至少包括：-将熔融材料引入所述至少一个模具中，-通过启动第一移动系统将包含熔融材料的所述至少一个模具沿外壳的轴线从加热区向冷却区移动来使熔融材料定向凝固，以及-通过启动第二移动系统使第二绝热隔板沿外壳的轴线移动，以在全部或部分定向凝固期间将第二绝热隔板定位在熔融材料的凝固前沿之前。在一个示例性实施例中，在定向凝固的第一阶段期间，第二绝热隔板通过将其定位在凝固前沿之前来移动，然后第四绝热隔板通过致动第三移动系统来沿外壳的轴线移动，以在定向凝固的第二阶段期间将第四绝热隔板定位在熔融材料的凝固前沿之前。在一个示例性实施例中，该零件可以是涡轮机零件。具体地，该零件可以是涡轮机叶片、分配器或环的扇形段。在一个示例性实施例中，所制造的零件是航空涡轮机的零件。作为变型，其是陆基涡轮的零件。在一个示例性实施例中，熔融材料是金属材料。作为变型，熔融材料是陶瓷材料，例如共晶成分的陶瓷材料。熔融陶瓷材料例如可至少包括：氧化铝Al2O3、氧化锆ZrO2、稀土氧化物、铝和稀土石榴石RE3Al5O12或钙钛矿REAlO3，其中RE表示稀土元素。稀土氧化物可以具有带有如上所定义的RE的化学式RE2O3，并且可以例如是Y2O3或La2O3。陶瓷材料可例如包括氧化铝和氧化锆。陶瓷材料可具有共晶成分并且可例如选自下列混合物：Al2O3–ZrO2、Al2O3–YAG(YAG对应于Y3Al5O12)、RE3Al5O12–Al2O3，其中RE是稀土元素、Al2O3–RE本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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，‑冷却区，所述冷却区位于所述外壳内部并通过第一绝热隔板与所述加热区分开，所述第一绝热隔板相对于所述外壳固定，并位于所述模具的第一侧上，所述加热区沿所述外壳的轴线叠置在所述冷却区上，‑第一移动系统，所述第一移动系统构造成使所述模具在所述外壳中沿所述外壳的所述轴线从所述加热区移动到所述冷却区，‑第二绝热隔板，所述第二绝热隔板相对于所述模具可移动，与所述第一绝热隔板不同且位于所述模具的与所述第一侧相对的第二侧上，‑第二移动系统，所述第二移动系统与所述第一移动系统不同，构造成使所述第二绝热隔板在所述外壳中沿所述外壳的所述轴线移动，‑额外绝热隔板，所述额外绝热隔板相对于所述模具可移动并且与所述第一和第二绝热隔板不同，所述额外绝热隔板位于所述模具的所述第二侧上并且沿所述外壳的所述轴线叠置在所述第二绝热隔板上，所述额外绝热隔板的宽度小于所述第二绝热隔板的宽度，以及‑第三移动系统，所述第三移动系统与所述第一移动系统和所述第二移动系统不同，构造成使所述额外绝热隔板独立于所述第二绝热隔板在所述外壳中沿所述外壳的所述轴线移动。...

【技术特征摘要】
2017.01.09 FR 17501671.一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，-冷却区，所述冷却区位于所述外壳内部并通过第一绝热隔板与所述加热区分开，所述第一绝热隔板相对于所述外壳固定，并位于所述模具的第一侧上，所述加热区沿所述外壳的轴线叠置在所述冷却区上，-第一移动系统，所述第一移动系统构造成使所述模具在所述外壳中沿所述外壳的所述轴线从所述加热区移动到所述冷却区，-第二绝热隔板，所述第二绝热隔板相对于所述模具可移动，与所述第一绝热隔板不同且位于所述模具的与所述第一侧相对的第二侧上，-第二移动系统，所述第二移动系统与所述第一移动系统不同，构造成使所述第二绝热隔板在所述外壳中沿所述外壳的所述轴线移动，-额外绝热隔板，所述额外绝热隔板相对于所述模具可移动并且与所述第一和第二绝热隔板不同，所述额外绝热隔板位于所述模具的所述第二侧上并且沿所述外壳的所述轴线叠置在所述第二绝热隔板上，所述额外绝热隔板的宽度小于所述第二绝热隔板的宽度，以及-第三移动系统，所述第三移动系统与所述第一移动系统和所述第二移动系统不同，构造成使所述额外绝热隔板独立于所述第二绝热隔板在所述外壳中沿所述外壳的所述轴线移动。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括第三绝热隔板，...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·格兰吉，G·马丁，
申请(专利权)人：赛峰集团，赛峰飞机发动机公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR