科创中国

随着航空发动机性能的提高，单晶涡轮叶片的几何结构和合金组成也越来越复杂，叶片服役性能对单晶取向的敏感性日益增强。目前单晶叶片主要采用选晶法制备，不能够精确控制单晶叶片的晶体取向，急需向籽晶法转变，实现精确控制单晶取向、提高叶片服役性能的目的。本技术以熔体外延生长技术为基础，通过控制籽晶回熔比例、未熔籽晶的组织状态、模壳表面粗糙度和定向凝固工艺过程，实现熔体在未熔籽晶上稳定生长，避免了凝固起始阶段凝固缺陷的形成，同时对重新凝固的籽晶进行处理，达到相应的使用标准后再次制备单晶叶片实现重复使用制备单晶的目的。 本技术实施的关键点有控制籽晶长度在30-50mm，模壳表面表面粗糙度（Ra）控制在***μm以下，模壳与籽晶间隙小于***以下，籽晶组织以固溶态组织为最好，定向凝固过程中抽拉速率小于200μm以下为好，重复使用籽晶时，后一次回熔界面低于前一次5mm以上为最好。 本技术相比现有的单晶制备技术，具有单晶成品率高、生产成本低等优势，同时没有明显增加单晶制备的技术难度。本技术主要应用于单晶叶片的制备领域，已经在中国航发集团所属的多家单位进行了技术推广。 目前本技术正在进行工程化应用研究，处于生产试制阶段，近半年来使用本技术试制单晶叶片约100件，单晶取向控制成功率达到了95%以上。