Другие предметы \ Рентгеновские, электронно-лучевые приборы и устройства

Сравнительный анализ методов рентген-дифракционного контроля монокристаллических изделий на различных видах дифрактометров, страница 8

Скорость вытягивания 1—20 мм/ч. Метод позволяет получать монокристалл заданной кристаллографической ориентации. Метод Чохральского применяется при выращивании монокристаллов иттриево-алюминиевого граната, ниобата лития и полупроводниковых монокристаллов.

Метод Вернейля бестигельный. Вещество в виде порошка (размер частиц 2—100 мкм) из бункера 1 (рис. 1.8.) через кислородно-водородное пламя подаётся на верхний оплавленный торец затравочного монокристалла 2, медленно опускающегося с помощью механизма 5.

Рис. 3. Схема аппарата для выращивания монокристаллов по методу Вернейля: 1 — бункер; 2 — кристалл; 3 — печь; 4 — свеча; 5 — механизм опускания; 6 — механизм встряхивания.

Рис.1.8. Схема аппарата для выращивания монокристаллов по методу Вернейля:

1 — бункер; 2 — кристалл; 3 — печь; 4 — свеча; 5 — механизм опускания;

 6 — механизм встряхивания.

Метод Вернейля — основной промышленный метод производства тугоплавких монокристаллов: рубина, шпинелей, рутила и др.

В методе зонной плавки создаётся весьма ограниченная по ширине область расплава. Затем благодаря последовательному проплавлению всего слитка получают монокристалл. Метод зонного проплавления получил широкое распространение в производстве полупроводниковых монокристаллов [8].

1.1.1.2.   Методы выращивания монокристаллических лопаток

Как указывалось выше, лопатка имеет достаточно сложную форму и в процессе работы подвергается различным воздействиям – большие обороты турбины создают значительные центробежные силы, которые растягивают лопатку, при этом набегающие газовые потоки изгибают ее. Кроме того, изменение рабочих режимов вызывают вибрации и усталостные напряжения, а высокая температура потока газов грозит снижением прочности металла, из которого сделаны лопатки, сокращает их рабочий ресурс и надежность. Достаточно сказать, что температура газа у поверхности лопаток превышает температуру плавления жаропрочных сплавов, из которых они изготовлены, но эффективная система охлаждения помогает лопаткам выдерживать такую температуру. Для этого их делают пустотелыми, а во внутреннюю полость подают хладагент [9].

Один из наиболее распространенных методов изготовления лопаток сейчас – литейный, после которого не требуется механическая обработка. Кроме точности отливок сложной формы, метод этот позволяет получить в жаропрочном сплаве определенную кристаллическую структуру — равноосную или направленную.

Кристаллические зерна представляют собой весьма упорядоченную структуру, а инородные тела в процессе кристаллизации вытесняются к границам зерна. В результате в местах стыка зерен возникает опасная зона толщиной в несколько атомных слоев, в которой нарушено регулярное строение, в которою выжаты легкоплавкие примеси и откуда начинается возникновение опасных трещин.

В обычном поликристаллическом металле, с различной ориентацией  зерен, его механические свойства, жаропрочность и другие характеристики усредняются. В монокристалле они зависят от того, как он ориентирован, и, следовательно, лопатка турбины должна быть не только монокристаллической, но и иметь заданную кристаллографическую ориентацию и в долевом (аксиальном) и в поперечном (азимутальном) направлениях. Правильный выбор осей позволяет снизить термические напряжения в 1,5 — 2 раза.

Для выращивания монокристаллических лопаток возможно использование специальных сплавов с более высоким уровнем свойств. Как правило, применительно к лопаткам используются жаропрочные никелевые сплавы. В никеле слабо растворяются углерод, бор, редкоземельные элементы. Поэтому при кристаллизации они оттесняются к границам зерен, где связывают вредные легкоплавкие примеси в тугоплавкие соединения. Таким образом, существенно упрочняется самое слабое звено. В монокристаллической лопатке, где расстояния между зернами не так важны, отпадает необходимость в добавках углерода, бора и других элементов, а поэтому повышается высокотемпературная прочность сплава [9].

Скачать файл