介紹了新型工程型高溫度梯度單晶爐研制開發的項目背景，主要研發內容及技術指標，創新性和達到的技術水平，產品采標，應用領域及應用情況，產品經濟和社會效益情況，對推動產業發展或行業技術進步的意義。

1、項目背景

　　定向凝固單晶技術進入航空制造工業已有三十多年歷史，為提高航空燃氣渦輪發動機單晶葉片的性能和使用壽命做出了巨大貢獻。國內外近年來研究發現，進一步提高凝固前沿的溫度梯度，不僅可提高生產率，而且可顯著提高單晶葉片的性能。我國從事單晶技術的研究也有二十多年的歷史，但是，由于設備落后，自動化程度低，真空技術網(http://shengya888.com/)認為在一定程度上影響了單晶技術的進行和單晶葉片的應用進程。新型單晶爐結合國內外配套條件，突破主要技術關鍵，如設計先進的模殼加熱方式和水冷結晶器，實現高溫度梯度和計算機PLC 控制等，產成品率及生產效率提高1 倍，使之成為先進的機、電、爐一體化設備，技術水平居于國內領先水平。

　　工程型高溫度梯度單晶爐圖示于圖1、圖2。

圖1 工程型高溫度梯度單晶爐

圖2 工程型高溫度梯度單晶爐

2、主要研制開發內容

　　ZGID0.015-160-2.5A 工程型高溫度梯度單晶爐是在真空狀態下澆注飛機發動機單晶葉片，具有自我創新的專用設備。它是在真空狀態下通過感應加熱把金屬熔化，然后將金屬液澆注到預熱的模殼內，模殼在做向下抽拉運動過程中嚴格控制向下抽拉速度，并利用雙區加熱及控制雙區溫度，再用水冷環和結晶器冷卻等方式，產生較大溫度梯度的特殊工藝條件，最終生產出理想的單晶葉片。

　　本設備爐體采用三室立式結構，上部為轉塔加料和測溫裝置，中部為熔煉保溫室，下部為鑄型室，爐體材料全部采用304 不銹鋼，提高了使用壽命。在熔煉室和鑄型室之間，采用翻板閥代替了轉閥隔開，增加了運行的可靠性。

　　抽拉系統選用德國產滾珠絲杠、韓國產光杠，并選用德國西門子的伺服電機驅動，由計算機.PLC實現閉環控制，使運行靈活，穩定，控制精度高。模殼加熱采用上、下兩區加熱，并強化下區加熱，大大提高下區的溫度，使下區溫度達到1600 ℃，比單區加熱的溫度提高了100 ℃，從而達到了產生高溫度梯度的目的。

　　對水冷結晶器水道設計進行改進，增大了出口直徑，提高了冷卻速度，更利于提高溫度梯度。總之，通過突破以上的技術關鍵，既提高了溫度梯度，又保證了工作的可靠性，使該設備具有了自動化程度高、精度高、穩定可靠、操控性好等特點。

3、主要技術經濟指標、創新性和達到的技術水平

　　3.1、主要技術經濟指標與國外幾種工業型單晶爐的比較：見表1

表1 主要技術經濟指標與國外幾種工業型單晶爐的比較

　　3.2、創新性和達到的技術水平

　　ZGID0.015-160-2.5A 工程型高溫度梯度單晶爐采用三室半連續結構，進出料方式為上進下出。優點是在不破壞熔煉室真空度的情況下能夠加料，也能夠放入或取出模殼，所以極大地縮短了工作周期，提高了生產率，延長坩堝的使用壽命。為了提高設備性能，提高生產效率及生產的產品合格率，本設備進行了多項設計創新及設計改進。

　　1.爐體的三室全部采用304 不銹鋼制造，增強耐受電化學腐蝕的能力，提高了設備使用壽命1倍，并且對外表面進行微型玻珠流體噴丸處理，提高了產品的美觀度。熔煉保溫室和鑄型室為U 型殼結構，這樣結構布局合理，容易操作，檢修方便。為確保其強度，進行了大量的強度分析計算，穩定的機架結構設計，增強了設備的抗振能力，減少了設備振動對晶體生長的影響。

　　爐體設計預留了三區加熱接口，為研制三區加熱單晶爐提供了條件。

　　爐門由原來的平面結構改為曲面結構，可防止爐門因受熱變形。

　　爐體系統圖示于圖3。

圖3 爐體系統

5、應用領域及應用情況

　　ZGID0.015-160-2.5A 工程型高溫度梯度單晶爐，是生產單晶葉片的專用設備。國外的單晶爐目前已十分普遍而大量地用來生產先進的航空和地面燃氣渦輪工作葉片及導向葉片。美國的惠普公司，英國的羅·羅公司研制的單晶葉片已廣泛投入航線，服務于軍用和民用發動機。當前從德國ALD公司引進一臺兩區加熱的單晶爐需要1300 萬元人民幣，而我們自行研制的單晶爐只需要300 萬元人民幣。該產品得到了用戶的充分肯定，該設備在航空發動機生產企業得到廣泛關注，也必將為我國航空事業的快速發展發揮關鍵作用。

6、產品經濟效益和社會效益情況

　　ZGID0.015-160-2.5A 工程型高溫度梯度單晶爐從產品開發到市場推廣本著：新產品、新思路、新營銷這一全新理念，堅持以市場為導向，全力打造市場，對產品更是精益求精，直面高端市場的需求，創造了新的經濟增長點。

　　本產品是生產單晶葉片的專用設備，單晶葉片在強度上要遠強于普通葉片，尤其在高溫情況下，效果更為顯著。單晶葉片因為制造成品率低(以往為10%~30%)的問題，始終無法批量生產，無法滿足國內的需求。這種新型的單晶爐是航空業重點關注項目，經過優化設計、采用新技術新工藝、大膽進行技術創新，使單晶葉片的制造成品率至少提高了十個百分點，并提高了葉片的使用壽命，節省了大量稀有金屬材料，實現了可觀的社會效益。

7、對推動產業發展或行業技術進步

　　當前國家對自主研制飛機發動機有著迫切的需求，國內對單晶爐的需求也將日趨強烈;同時提高單晶葉片的制造成品率也是當前迫切需要解決的問題，這就使設計制造高性能、較高成品率且售價低廉的單晶爐產品有了廣闊的發展空間，必將帶動國內單晶爐行業新一輪技術革新浪潮，推動真空爐行業的發展。

8、結論

　　ZGID0.015-160-2.5A 工程型高溫度梯度單晶爐經安裝、調試及工藝和運行試驗，試制出合格的單晶葉片，通過了用戶最終驗收。并以其該單晶爐綜合性能具有國內領先水平和其突出的先進性和創新性，通過了省級新產品(新技術)鑒定，綜合性能具有國內領先水平，操作方便，實用性強，具有與國外進口同類設備的價格優勢，有著十分廣泛的推廣價值。