单晶镍基高温合金

单晶镍基高温合金是一种合金材料。

中文名称

单晶镍基高温合金

英文名称

single crystal nickel based superalloy

定　　义

采用特殊方法，使熔融高温镍基合金在凝固过程中只产生一个晶核，定向生长，最后由一个晶粒组成的晶体。其使用温度比普通镍基铸造高温合金大幅提高。

应用学科

材料科学技术（一级学科），金属材料（二级学科），特殊用途金属材料（三级学科），高温合金（四级学科）

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。

粉末冶金镍基高温合金是一种采用粉末冶金工艺制备的合金化程度高、晶粒细小的合金。

中文名称

粉末冶金镍基高温合金

英文名称

powder metallurgy nickel based superalloy

定　　义

采用粉末冶金工艺制备的镍基高温合金材料。合金化程度高、晶粒细小、组织均匀、加工性能好、高温持久、蠕变、疲劳性能高等优点，是先进高推重比航空发动机涡轮盘等理想材料。

应用学科

材料科学技术（一级学科），金属材料（二级学科），特殊用途金属材料（三级学科），高温合金（四级学科）