Μοναδικά κρύσταλλοι ανεμοφόρων: μια τεχνολογική επανάσταση που διασχίζει τα όρια υψηλών θερμοκρασιών

1 Ανάπτυξη αεροναυπηγικών μηχανών αεριού πυρήνα

Όπως οι απαιτήσεις επίδειξης για αεροσκάφη με σκοπό τη μεταφορά, τον στρατιωτικό, την παραγωγή και άλλους σκοπούς αυξήθηκαν, οι πρώτες μηχανές κλειστού κύλινδρου δεν μπορούσαν πλέον να καλύψουν τις ανάγκες υψηλής ταχύτητας πτήσης. Για αυτόν τον λόγο, από τη δεκαετία του '50, οι μηχανές αεριού πυρήνα έχουν φθάσει βαθμωδώς στο κύριο ρεύμα.

Το 1928, ο Σιρ Φρανκ Χουιτλε του Ηνωμένου Βασιλείου ανέφερε στη διπλωματική του εργασία με τίτλο "Μέλλοντας Ανάπτυξη στην Σχεδίαση Αεροπλάνων" κατά τη διάρκεια των σπουδών του στην στρατιωτική ακαδημία ότι, με βάση τις τεχνικές γνώσεις της εποχής, η μελλοντική ανάπτυξη των κινητήρων προπέλλας δεν θα μπορούσε να καλύψει τις ανάγκες υψομετρικών πτήσεων ή ταχυτήτων πάνω από 800km/h. Επέστησε για πρώτη φορά την ιδέα του πράγματος που σήμερα ονομάζεται ως κινητήρας πυρηνικής ενέργειας (motor engine): συμπιεσμένο αέρας παρέχεται στο καύσειο (combustion) μέσω ενός παραδοσιακού πιστόνα, και το υψόθερμο αέριο που παράγεται χρησιμοποιείται άμεσα για την προβολή της πτήσης, που μπορεί να θεωρηθεί ως κινητήρας προπέλλας πλύσιο με σχεδιασμό καύσειος. Στη συνέχεια των ερευνών, παραιτήθηκε την ιδέα της χρήσης βαρέων και ανεπαρκών πιστόνων και πρότεινε τη χρήση ενός τουρμπίνας (turbine) για να παρέχει συμπιεσμένο αέρα στο καύσειο, ενώ η δύναμη της τουρμπίνας προέρχονταν από το υψόθερμο εξάτμημα. Το 1930, ο Χουιτλε καταχώρησε πάτεντ και το 1937 ανέπτυξε τον πρώτο σε κλίμακα παγκόσμια κεντρικό κινητήρα τουρμπίνας. Αυτός έγινε επισήμως λειτουργικός στο αεροπλάνο Gloster E.28/39 το 1941. Από τότε και μετά, οι κινητήρες με αεριώδεις τουρμπίνες κυριαρχούν στην αεροπορική δύναμη και είναι σημαντικός δείκτης του επιπέδου επιστημονικής και τεχνολογικής βιομηχανίας και της συνολικής ισχύος ενός κράτους.

Τα μοτέρα αεροπλάνων μπορούν να διαιρεθούν σε τέσσερις βασικές κατηγορίες βάσει των χρήσεών τους και των προσαρμοστικών χαρακτηριστικών: μοτέρα turbojet, μοτέρα turbofan, μοτέρα turboshaft και μοτέρα turboprop.

Οι αεροπορικές αεριού γάζ με τουρβίνες ονομάζονται μοτέρες turbojet, που είναι τα παλαιότερα μοτέρα αεριού γάζ που χρησιμοποιήθηκαν. Από την άποψη της μέθοδος παραγωγής θρύμματος, οι μοτέρες turbojet είναι τα απλούστερα και πιο άμεσα μοτέρα. Η λογική βασίζεται στην αντιδραστική δύναμη που προκαλείται από την υψηλή ταχύτητα εξαγωγής της υφάλοιας. Ωστόσο, ο υψηλός ροής αέρας φέρνει μαζί του πολλή θερμοκρασία και κινητική ενέργεια, προκαλώντας μεγάλες απώλειες ενέργειας.

Η μοτέρα turbofan διαιρεί τον αέρα που εισέρχεται στο μοτέρο σε δύο διαδρομές: το εσωτερικό αγωγό και το εξωτερικό αγωγό, που αυξάνει το συνολικό ρεύμα αέρα και μειώνει τη θερμοκρασία και την ταχύτητα εξαγωγής του εσωτερικού ρεύματος αέρα.

Τα μοτέρα καταστομπίου και τα μοτέρα με προπέλα δεν παράγουν οθόνη μέσω εισαγωγής ρεύματος αέρα, έτσι η θερμοκρασία και η ταχύτητα των αερίων εξαγωγής μειώνονται σημαντικά, η θερμική απόδοση είναι σχετικά υψηλή και ο ρυθμός κατανάλωσης καύσιμου του μοτέρα είναι χαμηλός, που είναι κατάλληλος για αεροσκάφη μεγάλου εύρους. Η ταχύτητα της προπέλας γενικά δεν αλλάζει, και διαφορετικές οθόνες επιτυγχάνονται με την παρακαμπυλισμό των φύλλων.

Το μοτέρα propfan είναι ένα μοτέρα μεταξύ μοτέρων με προπέλα και μοτέρων με καταστομπίου. Μπορεί να χωριστεί σε μοτέρα propfan με κάλυψη προπέλας και μοτέρα propfan χωρίς κάλυψη προπέλας. Το μοτέρα propfan είναι η πιο ανταγωνιστική νέα ενεργειακή μονάδα εξοικονόμησης που είναι κατάλληλη για υποφωνική πτήση.

Οι κινητήρες πολιτικής αεροπορικής έχουν διασκευαστεί μέσω περισσότερων από μισό αιώνα ανάπτυξης. Η δομή του κινητήρα έχει εξελιχθεί από τους πρώιμους κινητήρες κεντρικής υφής σε κινητήρες μονο-άξονα με ροή αξονική, από τους κινητήρες διπλής ροής με τύρμα σε κινητήρες με χαμηλό λόγο περιφερειακής ροής, και στη συνέχεια σε κινητήρες με υψηλό λόγο περιφερειακής ροής. Η δομή έχει βελτιωθεί συνεχώς με την αναζήτηση αποδοσης και αξιοπιστίας. Η θερμοκρασία εισόδου στον τύρμα ήταν μόλις 1200-1300K στην πρώτη γενιά των κινητήρων τύρμας της δεκαετίας του '40 και '50. Αυξήθηκε κατά περίπου 200K με κάθε αναβάθμιση αεροσκάφους. Μέχρι τη δεκαετία του '80, η θερμοκρασία εισόδου στον τύρμα των τέταρτων γενιών προηγμένων μαχητικών αεροσκαφών φθάνει στα 1800-2000K[1].

Το αρχή του κεντριφύγου συμπιέστηκα αέρα είναι ότι ο φωλιός κινεί το αέριο να περιστρέφεται με υψηλή ταχύτητα, ώστε το αέριο να παράγει κεντριφύγο δύναμη. Εξαιτίας της διεύρυνσης πίεσης ροής του αερίου στον φωλιό, αυξάνεται η ταχύτητα και η πίεση του αερίου μετά τη διέλευσή του από τον φωλιό, και παράγεται συνεχώς συμπιεσμένος αέρας. Έχει μικρή άξονα διάσταση και υψηλό μοναδικό όγκοιο λόγο πίεσης. Ο άξονα ροής συμπιεστής αέρα είναι ένας συμπιεστής στον οποίο η ροή αέρα μετακινείται βασικά παράλληλα με τον άξονα του περιστρεφόμενου φωλιού. Ο συμπιεστής άξονα ροής αποτελείται από πολλά στάδια, και κάθε στάδιο περιέχει μια σειρά κινητών φύλλων και μια επόμενη σειρά στατικών φύλλων. Ο κινητής είναι τα εργαστικά φύλλα και το τροχόιο, και ο στατικός είναι ο διευθυντής. Ο αέρας πρώτα επιταχύνεται από τα κινητά φύλλα, επιβραδύνεται και συμπιέζεται στο κανάλι των στατικών φύλλων, και επαναλαμβάνεται στα πολλαπλά φύλλα μέχρι να φθάσει ο συνολικός λόγος πίεσης στο απαιτούμενο επίπεδο. Ο συμπιεστής άξονα ροής έχει μικρό διάμετρο, που επιτρέπει τη χρήση πολλαπλών σταδίων για να επιτευχθεί υψηλότερος λόγος πίεσης.   

Οι μηχανές turbofan χρησιμοποιούν συνήθως τον παράγοντα περιφερειακού παράβλητρου, τον παράγοντα πίεσης μηχανής, τη θερμοκρασία εισόδου τουρμπίνης και τον παράγοντα πίεσης φαντών ως παραμέτρους σχεδίασης:

Παράγοντας περιφερειακού παράβλητρου (BPR): Ο λόγος της μάζας αερίου που μεταφέρεται μέσω των εξωτερικών διαδρόμων εξόδου στη μάζα αερίου που μεταφέρεται μέσω των εσωτερικών διαδρόμων μέσα στη μηχανή. Το ρότορας στο μπροστά μέρος μιας μηχανής turbojet ονομάζεται συνήθως χαμηλής πίεσης συμπιεστής, ενώ ο ρότορας στο μπροστά μέρος μιας μηχανής turbofan ονομάζεται συνήθως φάνος. Το συμπιεσμένο αέριο που περνάει μέσω του συμπιεστή χαμηλής πίεσης περνάει μέσω όλων των τμημάτων της μηχανής turbojet. Το αέριο που περνάει μέσω του φάνους διαιρείται σε εσωτερικούς και εξωτερικούς διαδρόμους. Από την εμφάνιση των μηχανών turbofan, ο BPR έχει αυξηθεί συνεχώς, και αυτή η τάση είναι ιδιαίτερα εμφανής στις καταστροφικές μηχανές turbofan.

Παράγοντας πίεσης μηχανής (EPR): Ο λόγος της συνολικής πίεσης στην έξοδο της σάρουλας με τη συνολική πίεση στην είσοδο του συμπιεστή.

Θερμοκρασία εισόδου στην τουρβίνα: Η θερμοκρασία των αποβλήτων του καύσιμου χώρου όταν εισέρχονται στην τουρβίνα.

Αναλογία συμπίεσης ροπής: Επίσης γνωστή ως αναλογία συμπίεσης, ο παράγοντας της πίεσης των αερίων στην έξοδο του συμπιεστή σε σχέση με την πίεση των αερίων στην είσοδο.

Δύο αποδοτικότητες:

Θερμική αποδοτικότητα: Μέτρο του πόσο αποτελεσματικά ένα κινητήρα μετατρέπει την θερμική ενέργεια που παράγεται από την καύση σε μηχανική ενέργεια.

Αποδοτικότητα προπέλσης: Μέτρο της αναλογίας της μηχανικής ενέργειας που παράγεται από τον κινητήρα και χρησιμοποιείται για να προπελεί το αεροπλάνο.

2 Ανάπτυξη φολιών τουρβίνας

Ιτερατική Ανάπτυξη

Χρησιμοποιώντας ως παράδειγμα έναν κινητήρα με τουρβοφανό, η αξία των φύλλων αντιπροσωπεύει μέχρι και το 35%, και είναι κρίσιμο στοιχείο στην κατασκευή αεροπλανιακών κινητήρων. Σε έναν κινητήρα, υπάρχουν από 3.000 έως 4.000 αεροναυπηγικά φύλλα, τα οποία μπορούν να διαιρεθούν σε τρία κατηγορίες: φάνεια φύλλα, συμπιεστικά φύλλα και τουρβινικά φύλλα. Η αξία των τουρβινικών φυλλών είναι η υψηλότερη, φθάνοντας στο 63%. Επίσης, είναι τα φύλλα με τη μεγαλύτερη δυσκολία κατασκευής και το υψηλότερο κόστος παραγωγής στους κινητήρες με τουρβοφανό [2].

Στη δεκαετία του '70, οι Ηνωμένες Πολιτείες ήταν οι πρώτοι που χρησιμοποίησαν φύλλα κατευθυντικής απεικόνισης PWA1422 σε στρατιωτικούς και πολιτικούς αεροπλανιακούς κινητήρες.

Μετά τη δεκαετία του '80, το όγκο-δυναμικό λόγο του τρίτου γενεσιώδους μηχανήματος αυξήθηκε σε πάνω από 8, και οι φύλλοι του τουρμπίνα άρχισαν να χρησιμοποιούν την πρώτη γενιά SX, PWA1480, RenéN4, CMSX-2 και της Κίνας DD3. Η θερμοαντοχή τους είναι 80K υψηλότερη από εκείνη του καλύτερου υψηλού θερμικού συνδέσμου χαλκού PWA1422 με διεύθυνση κρυσταλλικής κατάρριψης. Συνδυασμένα με την τεχνολογία μονοδιαδρομού κενού ψύξιμου μεμβράνης, η λειτουργική θερμοκρασία των φύλλων του τουρμπίνα φθάνει στα 1600-1750K.

Το τέταρτο γενιάς τουρβοφανέα χρησιμοποιεί τη δεύτερη γενιά SXPWA1484, RenéN5, CMSX-4, και DD6. Με την προσθήκη Re στοιχείων και τεχνολογίας ψύξιμου με πολλαπλά κανάλια υψηλής πίεσης αέρα, η λειτουργική θερμοκρασία των φύλλων του τουρμπίνα φθάνει στα 1800K-2000K. Σε 2000K και 100h, η διαρκής ισχύς φτάνει στα 140MPa.

Η τρίτη γενιά SX που αναπτύχθηκε μετά τη δεκαετία του '90 περιλαμβάνει τα RenéN6, CMRX-10 και DD9, τα οποία έχουν πολύ εμφανή πλεονεκτήματα σε ρευστότητα σε σύγκριση με τη δεύτερη γενιά SX. Υπό την προστασία περίπλοκων ψυξιμών καναλιών και θερμικών φραγμών καλύψεων, η θερμοκρασία εισόδου του τουρμπινού που μπορεί να ανέχεται φτάνει στα 3000K. Το μεταλλικό σύνθετο μετάλλειο που χρησιμοποιείται στα φύλλα φτάνει στα 2200K, ενώ η δύναμη βεβαιότητας για 100 ώρες φτάνει στα 100MPa.

Είναι σε εξέλιξη η τέταρτη γενιά SX που αντιπροσωπεύεται από MC-NG[4], TMS-138 κλπ., και η πέμπτη γενιά SX που αντιπροσωπεύεται από TMS-162 κλπ. Η σύστασή του χαρακτηρίζεται από την προσθήκη νέων σπάνιων γηών όπως το Ru και το Pt, που βελτιώνουν σημαντικά την αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και τη ρευστότητα του SX. Η λειτουργική θερμοκρασία της πέμπτης γενιάς υψηλοθερμικού σύνθετου έχει φτάσει στα 1150°C, που είναι κοντά στο θεωρητικό όριο λειτουργικής θερμοκρασίας των 1226°C.

3 Ανάπτυξη νικελοβασισμένων μονοκρισταλλικών υπερσύνθετων

3.1 Προσαρμογικές χαρακτηριστικές σύνθεσης και φάσεων των μονοκρυσταλλινών υπερδιαλλοκών με βάση τονικέλο

Σύμφωνα με το είδος των στοιχείων του μητρώου, οι υψόθερμοι διαλλοκοί μπορούν να διαιρεθούν σε σιδηροβάσικους, νικελιοβάσικους και κοβαλτιοβάσικους, και να υποδιαιρεθούν περαιτέρω σε καστινές, καταδεξικές και μακροδομές μεταλλουργίας μικροψήφιδων. Οι νικελιοβάσικοι διαλλοκοί έχουν καλύτερες υψόθερμες ιδιότητες από τους άλλους δύο τύπους υψόθερμων διαλλοκών και μπορούν να λειτουργούν για μακρά χρονικά διαστήματα σε ακριβότητα υψόθερμες συνθήκες.

Οι σοδειακές ομοσπονδίες υψηλών θερμοκρασιών με βάση τον κάλυβο περιέχουν τουλάχιστον 50% Ni. Η δομή τους FCC τους κάνει ιδιαίτερα συμβατούς με κάποιες συγκομιδιακές ουσίες. Το πλήθος των συγκομιδιακών ουσιών που προστίθενται κατά τη διαδικασία σχεδιασμού συχνά υπερβαίνει τις 10. Η κοινότητα των προστιθέμενων συγκομιδιακών ουσιών ταξινομείται ως εξής: (1) το Ni, Co, Fe, Cr, Ru, Re, Mo και W είναι πρώτης κατηγορίας ουσίες, οι οποίες λειτουργούν ως σταθεροποιητικές ουσίες αυστενίτης· (2) το Al, Ti, Ta και Nb έχουν μεγαλύτερες ατομικές ακτίνες, οι οποίες προωθούν τη δημιουργία ενισχυτικών φάσεων όπως το σύνθετο Ni3 (Al, Ti, Ta, Nb), και είναι δεύτερης κατηγορίας ουσίες· (3) το B, C και Zr είναι τρίτης κατηγορίας ουσίες. Η ατομική τους μέγεθος είναι πολύ μικρότερη από εκείνη των ατόμων Ni, και εύκολα απομονώνονται στα όρια σταφυλών της φάσης γ, παίζοντας ρόλο στην ενίσχυση των όριων σταφυλών [14].

Οι φάσεις των σοδειακών υψηλοθερμίας ομοσπονδιών με βάση τον κάλυβο είναι κυρίως: φάση γ, φάση γ', φάση καρβουρίου και φάση τετραγωνικής κοντινής συσταδοποίησης (TCP φάση).

φάση γ: Η φάση γ είναι μια φάση αυστενίτης με κρυσταλλική δομή FCC, που είναι μια στερεή λύση που σχηματίζεται από στοιχεία όπως Cr, Mo, Co, W, και Re που διαλύονται στον κάδμιο.

φάση γ': Η φάση γ' είναι ένα μεταξύμεταλλικό σύνθετο Ni3(Al, Ti) με δομή FCC, το οποίο σχηματίζεται ως φάση προσβολής και διατηρεί μια συγκεκριμένη συνεπαιθριότητα και μη-συμφωνία με την φάση του μητρώου, και είναι πλούσια σε Al, Ti, Ta και άλλα στοιχεία.

Καρβουρική φάση: Από τη δεύτερη γενιά των βασισμένων στον κάδμιο SX, προστίθεται μικρή ποσότητα C, που οδηγεί στην εμφάνιση καρβουρίδων. Μικροί καρβουρίδες διασπορίζονται στο μητρώο, που βελτιώνει μερικώς τις υψόμετρες ικανότητες του σύγχρωμα. Διαιρείται γενικά σε τρεις τύπους: MC, M23C6, και M6C.

Φάση TCP: Στην περίπτωση γήρανσης υπηρεσίας, υπερβολικά ανθεκτικά στοιχεία όπως Cr, Mo, W και Re προωθούν την προέλευση της φάσης TCP. Η φάση TCP συνήθως σχηματίζεται με μορφή πλαίσιου. Η δομή πλαίσιου έχει αρνητική επίδραση στην ελαστικότητα, την κρεώσιμη κίνηση και τις ιδιότητες κόπωσης. Η φάση TCP είναι μια από τις πηγές των σχισμάτων κατά κρεώσιμη κατάρρευση.

Μηχανισμός ενίσχυσης

Η δύναμη των υπεραλλοιώδων με βάση τονικό προέρχεται από την σύνδεση πολλών μηχανισμών ενίσχυσης, συμπεριλαμβανομένης της ενίσχυσης με λύση σε κατάσταση, της ενίσχυσης με προέλευση και της θερμικής επεξεργασίας για να αυξηθεί η πυκνότητα των διατοπισμών και να αναπτυχθεί υποδομή διατοπισμού για να παρέχει ενίσχυση.

Η ενίσχυση με λύση σε κατάσταση είναι να βελτιώσει την βασική δύναμη προσθέτοντας διαφορετικά διάλυσιμα στοιχεία, συμπεριλαμβανομένων των Cr, W, Co, Mo, Re και Ru.

Οι διαφορετικές ακτινοί των ατόμων οδηγούν σε ένα στερεό επίπεδο διαστολής του ατομικού πλέγματος, το οποίο εμποδίζει την κίνηση των διατοπισμών. Η ενίσχυση με λύση σε κατάσταση αυξάνει με την αύξηση της διαφοράς μεγέθους των ατόμων.

Η ενίσχυση με στερεή λύση έχει επίσης το αποτέλεσμα να μειώνει την ενέργεια λάθους στοίβας (SFE), κυρίως εμποδίζοντας τη διακρόσσωση παρατυπιών, η οποία είναι ο κύριος τρόπος μεταφορμώσεως των μη-ιδανικών κρυστάλλων σε υψηλές θερμοκρασίες.

Οι ατομικές ομάδες ή οι μικροδομές με τάξη στον μικρό ραδιούμιο είναι άλλος μηχανισμός που βοηθά να επιτευχθεί ενίσχυση μέσω στερεής λύσης. Τα άτομα Re στο SX συγκεντρώνονται στην περιοχή τάσης επιβολής στον πυρήνα των παρατυπιών στην διεπαφή γ/γ’, δημιουργώντας μια «ατμόσφαιρα Cottrell», η οποία καταστέλλει αποτελεσματικά την κίνηση των παρατυπιών και την εξάπλωση σχισμών. (Τα άτομα διάλυμας συγκεντρώνονται στην περιοχή τάσης επιβολής των οριακών παρατυπιών, μειώνοντας την καμπύλωση του πλέγματος, δημιουργώντας μια δομή Coriolis gas και παράγοντας ισχυρή ενίσχυση με στερεή λύση. Αυτό το φαινόμενο αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης των άτομων διάλυμας και την αύξηση της διαφοράς μεγέθους.)

Τα Re, W, Mo, Ru, Cr και Co ενισχύουν αποτελεσματικά τη φάση γ. Η ενίσχυση της λύσης σε αέριο του πρωτότυπου γ έχει αποφασιστική σημασία για την αντοχή σε ρεύσιμο των χαλυβών με βάση τονικέλιο υψηλών θερμοκρασιών.

Η επίδραση της κρυσταλλοποιητικής διαθέρμανσης επηρεάζεται από το όγκο έντονου και το μέγεθος της φάσης γ'. Το σκοπός της βελτιστοποίησης της σύνθεσης των υψηλοθερμιάς σοδείων είναι κυρίως να αυξηθεί ο όγκος της φάσης γ' και να βελτιωθούν οι μηχανικές ιδιότητες. Οι ΣΧ υψηλοθερμιάς σοδείες μπορούν να περιέχουν 65%-75% της φάσης γ', προκαλώντας καλή αντοχή στη ρεματικότητα. Αυτό αντιπροσωπεύει τη χρήσιμη μέγιστη τιμή της ενισχυτικής επιδράσεως της διεπιφάνειας γ/γ', και η περαιτέρω αύξηση θα οδηγήσει σε σημαντική μείωση της αντοχής. Η αντοχή στη ρεματικότητα των υψηλοθερμιάς σοδείων με υψηλό όγκο φάσης γ' επηρεάζεται από το μέγεθος των σωματιδίων της φάσης γ'.Όταν το μέγεθος της φάσης γ' είναι μικρό, οι αποκλίσεις τείνουν να κυκλοφορούν γύρω από αυτή, προκαλώντας μείωση της αντοχής στη ρεματικότητα.Όταν οι αποκλίσεις είναι υποχρεωμένες να κόψουν τη φάση γ', η αντοχή στη ρεματικότητα φτάνει στο μέγιστο της. Καθώς τα σωματίδια της φάσης γ' αυξάνονται σε μέγεθος, οι αποκλίσεις τείνουν να καμπύλωνται μεταξύ τους, προκαλώντας μείωση της αντοχής στη ρεματικότητα [14].

Υπάρχουν τρεις κύριες μηχανισμοί ενδυνάμωσης από βροχοειδή:

Ενδυνάμωση λαθώνεφελής: Η φάση γ’ διασκορπίζεται και προκύπτει στον πυθμένα φάσης γ με συνεπή τρόπο. Και οι δύο έχουν δομή FCC. Η ανομοιογένεια λαθών αντικατοπτρίζει τη σταθερότητα και την κατάσταση τάσης της συνεπούς διεπαφής μεταξύ των δύο φάσεων. Το καλύτερο σενάριο είναι όταν ο πυθμήνας και η προκυμανούσα φάση έχουν την ίδια κρυσταλλική δομή και τα ίδια μέτρα λαθών, ώστε να μπορούν να γεμιστούν περισσότερες προκυμανούσες φάσεις στη φάση γ. Η ανομοιογένεια λαθών των χαλυβών υψηλών θερμοκρασιών με βάση τον νίκελο είναι 0~±1%. Τα Re και Ru διακρίνονται ξεκάθαρα με τη φάση γ. Η αύξηση του Re και Ru αυξάνει την ανομοιογένεια λαθών.

Ενδυνάμωση διάταξης: Η κοπή διατοπισμού θα προκαλέσει αταξία μεταξύ του πυθμένα και της προκυμανούσας φάσης, απαιτώντας περισσότερη ενέργεια

Μηχανισμός περιφοίτησης: ονομάζεται μηχανισμός Orowan (καμπτικό Orowan), είναι ένας μηχανισμός ενδυνάμωσης στον οποίο η φάση κατάθλιψης στην υλική μητρώσα του μέταλλου εμποδίζει την κινητή αποκλίση να συνεχίσει να κινείται. Βασική αρχή: Όταν η κινητή αποκλίση συναντά ένα σωματίδιο, δεν μπορεί να περάσει μέσα του, προκαλώντας συμπεριφορά περιφοίτησης, αύξηση της γραμμής αποκλίσεως και αύξηση της απαιτούμενης οδηγιακής δύναμης, που αποτελεί αποτέλεσμα ενδυνάμωσης.

3.3 Ανάπτυξη μεθόδων καστρολαβής υψηλοθερμικών σοδειών

Το παλαιότερο μετάλλινο σύνθετο που χρησιμοποιήθηκε σε υψηλοθερμικές περιβάλλοντα μπορεί να αναχθεί μέχρι την εφεύρεση του Nichrome το 1906. Η εμφάνιση των τυμπάνων συμπίεσης και των μηχανών φτων γάζας κινήτρια της σημαντικής ανάπτυξης των υψηλοθερμικών σύνθετων. Οι κορυφές της πρώτης γενιάς των μηχανών φτων γάζας παρήχθησαν με εξαγωγή και καταδεσμό, πράγμα που είχε ασφαλώς τα περιορισμούς της εποχής. Σήμερα, οι κορυφές των υψηλοθερμικών σύνθετων φτιάχνονται κυρίως με καταχύση επενδυτικού τύπου, συγκεκριμένα με διεύθυνση σταθεροποίησης (DS). Η μέθοδος DS εφεύρθη πρώτη από το ομάδα Versnyder της Pratt & Whitney στις Ηνωμένες Πολιτείες στη δεκαετία του '70 [3]. Κατά την ανάπτυξή τους, τα υλικά προτίμησης για τις κορυφές άλλαξαν από ισομεγεθείς κρύσταλλους σε κρύσταλλους στήλες και στη συνέχεια βελτιώθηκαν σε υλικά μονοκρύσταλλων υψηλοθερμικών συνθέτων.

Η τεχνολογία DS χρησιμοποιείται για την παραγωγή στηλοειδών πυρήνων συμπλοκών SX, η οποία βελτιώνει σημαντικά την ελαστικότητα και την αντοχή στο θερμικό σοκ των υψηλοθερμίας σύμπλοκων. Η τεχνολογία DS εξασφαλίζει ότι οι παραγόμενες στηλοειδείς κρύσταλλοι έχουν κατεύθυνση [001], η οποία είναι παράλληλη με τον κύριο άξονα της επιβαρυντικής δύναμης της μέρους, και όχι με τυχαία κρυσταλλική κατεύθυνση. Στην αρχή, η DS πρέπει να εξασφαλίσει ότι η απελευθερωτική της χάλκας στον καστινό πραγματοποιείται με το μετάλλιο φυσικά σε κατάσταση αει-αποκρυσταλλινωμένου.

Η καταχύση στηλοειδών κρυστάλλων χρειάζεται να πληρούν δύο συνθήκες: (1) Μονοδρόμια ροή θερμότητας εξασφαλίζει ότι η επιφάνεια αποστερέωσης-υγράσης στο σημείο ανάπτυξης του σπόρου κινείται σε μία κατεύθυνση; (2) Δεν πρέπει να υπάρχει καμία πυρήνια στην προσαρμογή της κινητής κατεύθυνσης της επιφάνειας αποστερέωσης-υγράσης.

Επειδή η σπάση του φολιού συνήθως συμβαίνει στην υψηλοθερμική ασθενή δομή των οριών κόκκινων, για να εliminate τα ορια κόκκινων, χρησιμοποιείται ένα μολύβι αφεδρώσεως με μια δομή "επιλέκτη κόκκινου" κατά την διαδικασία κατευθυνόμενης αφεδρώσεως. Η διαστασιακή μέγεθος αυτής της δομής είναι κοντά στο μέγεθος κόκκινου, ώστε μόνο ένας μοναδικός κόκκινος που αναπτύσσεται βέλτιστα να μπορεί να εισέλθει στο μολύβι του κατευθυνόμενου υλικού, και στη συνέχεια να συνεχίσει να αναπτύσσεται σε μορφή μονοκρύσταλλου μέχρι να αποτελείται ολόκληρο το φολιό από μόνο ένα κόκκινο.

Ο επιλέκτης κρύσταλλων μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη: το αρχικό τμήμα και το σπειράλιο:

Στην αρχή της διαδικασίας DS, τα σπόρια ξεκινούν να εμφανίζονται στον πάτο του αρχικού μπλοκ. Στο πρώιμο στάδιο της αύξησης των σπορίων, το πλήθος είναι μεγάλο, η μέγεθος είναι μικρό και η διαφορά κατεύθυνσης είναι μεγάλη. Το επικρατούμενο συμπεριφερόμενο είναι η ανταγωνιστική αύξηση μεταξύ των σπορίων, ενώ ο γεωμετρικός κλειδώνας του τειχώματος είναι αδύναμος. Σε αυτή τη στιγμή, ο αποτελεσματικός αποτελεσματικός αποτελεσματικός είναι φανερός. Όταν αυξάνεται η ύψος των σπορίων στο αρχικό μπλοκ, μειώνεται το πλήθος των σπορίων, αυξάνεται η μέγεθος και η κατεύθυνση είναι κοντά. Η ανταγωνιστική αύξηση μεταξύ των σπορίων μειώνεται και ο γεωμετρικός κλειδώνας του τειχώματος επικρατεί, εξασφαλίζοντας ότι η κατεύθυνση του κρύσταλλου μπορεί να βελτιωθεί συνεχώς, αλλά ο αποτελεσματικός αποτελεσματικός είναι αδύναμος. Με τη μείωση του ακτίνα του αρχικού μπλοκ και την αύξηση της ύψος του αρχικού μπλοκ, η κατεύθυνση των σπορίων που εισέρχονται στον σπειρωτό τομέα μπορεί να βελτιωθεί αποτελεσματικά. Ωστόσο, η αύξηση του μήκους του αρχικού μπλοκ θα συντόμευσε το αποτελεσματικό χώρο αύξησης της καστινής, και θα σας δώσει έναν κύκλο παραγωγής και κόστος προετοιμασίας. Για λόγους, είναι απαραίτητο να σχεδιαστεί λογικά η γεωμετρική δομή της βάσης.

Η κύρια λειτουργία της σπείρας είναι να επιλέξει με αποτελεσματικό τρόπο μονοκρύστα, ενώ η ικανότητα να βελτιωθεί η κατεύθυνση των σπορών είναι αδύναμη. Όταν ο διαδικασίας DS εφαρμόζεται σε μια σπείρα, ο καμπύλος κανάλιας παρέχει χώρο για την ανάπτυξη των καταδενδρικών καταδιαχωρίσεων, και οι δευτερεύουσες καταδένδρινες των σπορών προελαύνονται στην κατεύθυνση της γραμμής υγρού. Οι σπόροι έχουν μια ισχυρή οριζόντια τάση ανάπτυξης, και η κατεύθυνση των σπορών βρίσκεται σε κατάσταση αναταραχής, με αδύναμο αποτελεσματικό βελτιωτικό αποτέλεσμα. Επομένως, η επιλογή των σπορών στη σπείρα εξαρτάται κυρίως από τις γεωμετρικές περιοριστικές προνομιακές θέσεις, τις ανταγωνιστικές προνομιακές θέσεις ανάπτυξης και τις προνομιακές θέσεις χώρου επέκτασης των σπορών στο τμήμα της σπείρας [7], αντί να εξαρτάται από τις προνομιακές θέσεις ανάπτυξης της προτιμώμενης κατεύθυνσης των σπορών, η οποία έχει μεγάλη τυχαιότητα [6]. Επομένως, ο κύριος λόγος της αποτυχίας της επιλογής των κρυστάλλων είναι ότι η σπείρα δεν παίζει τον ρόλο της επιλογής του μονοκρύστου. Με την αύξηση του εξωτερικού διαμέτρου της σπείρας, τη μείωση της πλάτης, του διαμέτρου της επιφάνειας της σπείρας και τη μείωση της αρχικής γωνίας, ο αποτελεσματικός επιλογής κρυστάλλων μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά.

Η παρασκευή κενών μονοκρισταλλινών σφαιρικών άλεξων απαιτεί πάνω από δώδεκα βήματα (χωνευση μετάλλου, παρασκευή ενιαίου κριστάλλου μεμβράνης, παρασκευή περίπλοκης κεραμικής καρδιάς, χωνευση μετάλλου, κατεύθυνση ολισθή, θερμική επεξεργασία, επεξεργασία επιφάνειας, παρασκευή θερμικού φραγμού καλύψης κλπ.). Η περίπλοκη διαδικασία είναι πρόχειρη για διάφορες ελλείψεις, όπως ξένα κριστάλλια, φρέκκλες, μικρά γωνία σύνορα κριστάλλων, λωρίδες κριστάλλων, αποκλίνουσα κατεύθυνση, ανακρισταλλινοποίηση, μεγάλη γωνία σύνορα κριστάλλων και αποτυχία επιλογής κριστάλλων.