Применение аддитивных технологий для выращивания крупных профилированных монокристаллов вольфрама и молибдена

Abstract

Рассмотрено использование аддитивных сварочных технологий применительно к выращиванию супербольших монокристаллов тугоплавких металлов. Кратко проанализированы основные методы получения монокристаллов вольфрама и молибдена из жидкой фазы. Показана перспективность плазменно-индукционной технологии для выращивания крупных плоских монокристаллов вольфрама и молибдена. Описана технологическая схема аддитивного выращивания плоских монокристаллов тугоплавких металлов с применением плазменно-индукционного способа. Установлено, что разработанный способ предоставляет возможность гибкого управления тепловым полем выращиваемого монокристалла. Использование локальной расплавленной зоны, формируемой плазменной дугой небольшой мощности, с параметрами, характерными для сварочных процессов, позволяет выращивать крупные монокристаллы вольфрама размером 210x180x20 мм. Кристаллы формируются в условиях нагрева высокочастотным полем индуктора до температур, характерных для диапазона горячей деформации. Приведены результаты исследований структурного совершенства выращиваемых кристаллов, которые подтверждают тот факт, что условия формирования монокристаллов при плазменно-индукционной зонной плавке обеспечивают качество монокристаллической структуры более высокое, чем способы, в которых не используется дополнительный подогрев (электронно-лучевой и плазменно-дуговой). Выявлено, что для плазменно-индукционного процесса характерно образование регулярных дислокационных структур, для которых свойственно объединение дислокаций в малоугловые границы.

The paper considers application of additive welding technologies with regard to growing the super large single crystals of refractory metals. Main methods of tungsten and molybdenum single crystals production from liquid phase were analyzed. The perspectives of plasma-induction technology for growing the large plane single crystals of tungsten and molybdenum are shown. A process scheme of additive growth of the plane single crystals of refractory metals using plasma-induction method is described. It is determined that the developed method provides for the possibility of flexible regulation of thermal field of single crystal being grown. Application of local molten zone, formed by low power plasma arc with the parameters typical for welding processes, allows growing the tungsten large single crystals of 210x180x20 mm size. The crystals are formed under conditions of heating with inductor high-frequency field to the temperature typical for hot deformation range. Given are the results of investigation of structural perfection of the growing crystals which verify the fact that the conditions of single crystals formation in plasma-induction zone melting provide for higher quality of single-crystalline structure than the methods, in which additional heating (electron beam and plasma-arc) is not used. It is determined that the plasma-induction process is characterized by formation of the regular dislocation structures, for which dislocation coalescence in low-angel boundaries are typical.