CN109336574B - 一种耐用型坩埚及其成型方法 - Google Patents

一种耐用型坩埚及其成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐用型坩埚及其成型方法，涉及坩埚成型技术领域；耐用型坩埚按原料总重量的百分含量计，由如下各原料组成：氧化铝10％‑20％、氧化钇2％‑8％、氧化镧3％‑7％、熔融石英25％‑35％、氧化锆10％‑40％、氧化铬10％‑30％。成型方法为：称取上述各原料，然后将氧化铝、氧化钇、氧化镧进行混合均匀后加入到电熔炉进行电熔，然后进行精炼；再将熔融石英、氧化锆和氧化铬进行混合均匀后加入到电熔炉中并继续进行电熔形成熔体；将适量的熔体浇入模具的铸造型腔内，浇注完成，冷却后脱模形成坩埚。本发明铸造成型的坩埚质地均匀；且具有耐热性好、韧性好、稳定性高、耐用的优点。

Description

一种耐用型坩埚及其成型方法
技术领域
本发明涉及坩埚成型技术领域，尤其涉及一种耐用型坩埚及其成型方法。
背景技术
目前，现有的坩埚主要通过打结、烧结或压制成型方式制成，由于目前坩埚的配方以及工艺生产的成品因受生产技术的限制以及配方等的限制，导致所生产的产品平均寿命短，容易破裂以及破碎，而且使用及生产成本高，废品率高。另外，现有的坩埚大多用于融化金属的寿命短，可重复的使用的次数少，一般只能重复使用几次，耐用性差。
发明内容
因此，鉴于上述问题，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种耐热性好、韧性好、稳定性高、且不易破裂以及破碎的耐用型坩埚；另外，本发明还提供一种耐用型坩埚的成型方法，通过此种成型方法加工形成的坩埚具有耐热性好、韧性好、稳定性高、抗侵蚀性较好、不易破裂以及破碎以及耐用的优点。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种耐用型坩埚，所述耐用型坩埚按原料总重量的百分含量计，由如下各原料组成：氧化铝10％-20％、氧化钇2％-8％、氧化镧3％-7％、熔融石英25％-35％、氧化锆10％-40％、氧化铬10％-30％。
另外，在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进，还可以具有如下附加技术特征。
进一步，所述耐用型坩埚按原料总重量的百分含量计，由如下各原料组成：氧化铝10％-20％、氧化钇2％-8％、氧化镧3％-7％、熔融石英25％-35％、氧化锆10％-40％、氧化铬10％-30％。
另外，本发明提供一种耐用型坩埚的成型方法，包括如下步骤：
(1)按原料总重量的百分含量计，称取如下原料：氧化铝10％-20％、氧化钇2％-8％、氧化镧3％-7％、熔融石英25％-35％、氧化锆10％-40％、氧化铬10％-30％；
(2)然后将氧化铝、氧化钇、氧化镧进行混合均匀后加入到电熔炉进行电熔，将氧化铝、氧化钇和氧化镧完全熔解，继续保持熔体温度并进行精炼至精炼完成；
(3)在电熔状态下，将熔融石英、氧化锆和氧化铬进行混合均匀后加入到电熔炉中并继续进行电熔，将熔融石英、氧化锆和氧化铬完全熔解形成熔体；
(4)将适量的熔体浇入用于铸造坩埚的模具的铸造型腔内，浇注完成，冷却后脱模，即可铸造形成所述耐用型坩埚。
通过本发明的耐用型坩埚的成型方法铸造坩埚，原料中的氧化铝在常温下主要以γ-氧化铝晶型存在，在1500℃以上的高温下可完全转变成α-氧化铝晶型。因此，在电熔下，温度在2300℃以上，γ-氧化铝晶体完全转变成α-氧化铝晶型；另外，本实施例中的原料中有氧化钇，在电熔过程中同氧化铝反应生成铝酸钇，铝酸钇可促使氧化铝晶体在由γ-氧化铝晶型向α-氧化铝晶型转变的过程中球形结构化，避免α-氧化铝晶体向针尖状晶体结构或板状晶体结发展。电熔及精炼结束后，自然冷却结晶获得球状结晶体，晶体的球状结构有效缩小了晶体内部各晶粒之间的间距。另外，原料中的氧化镧具有结晶致密化作用，可进一步提高产品的结构致密度。
另外，本发明的熔融石英、氧化锆、氧化铬在高温下熔化后相互作用使各成份之间具有改变晶体结构、降低熔化温度以及改善晶体性能的作用；另外，上述原料在高温下熔化后，熔融石英、氧化锆、氧化铬、α-氧化铝的晶相重新组合，可以形成莫来石相、斜锆石相、α-氧化铝相和玻璃相；斜锆石相可增强坩埚的抗侵蚀性，玻璃相可提高晶体的致密性，莫来石相可提高坩埚的耐热性，α-氧化铝相可提高坩埚的稳定性，从而成型的耐用型坩埚含有四种晶相，耐用型坩埚具有的耐热性好、韧性好、稳定性高、抗侵蚀性强，提高坩埚的耐用性。
进一步，本实施例的耐用型坩埚的成型方法，在步骤(2)中，电熔温度为2300℃-2700℃，使氧化铝、氧化钇和氧化镧熔解充分，有利于氧化铝主要以γ-氧化铝晶型在2300℃以上的高温下完全转变成α-氧化铝晶型。
进一步，本实施例的耐用型坩埚的成型方法，在步骤(3)中，电熔温度为2300℃-2700℃；使熔融石英、氧化锆和氧化铬熔解充分。
进一步，本实施例的耐用型坩埚的成型方法，所述氧化铝的纯度为95％以上；氧化铝的纯度高，含有害杂质少，可减少电熔过程中杂质转变成气体逸出时对刚玉结构的破坏，避免刚玉气孔率的增加，还可以减少杂质对刚玉性能的影响。
进一步，本实施例的耐用型坩埚的成型方法，精炼时间可为30-60min，充分对氧化铝、氧化钇、氧化镧熔化形成的熔体进行除杂。
进一步，本实施例的耐用型坩埚的成型方法，在步骤(4)中，所述冷却方式为自然冷却；刚成型的坩埚温度高，自然冷却，有利于减小冷却应力，防止在冷却过程坩埚产生裂纹。
进一步，用于铸造坩埚的所述模具的材质为石墨，且所述模具的侧壁上均涂有耐高温的保护层。石墨熔点为3652℃，模具的侧壁上均涂有耐高温的保护层，在进行铸造坩埚时，保护层防止石墨与空气接触，避免氧化燃烧，从而对模具进行保护。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一：
本实施例的一种耐用型坩埚，所述耐用型坩埚按原料总重量的百分含量计，由如下各原料组成：氧化铝10％、氧化钇8％、氧化镧7％、熔融石英35％、氧化锆10％、氧化铬30％。
另外，本发明提供一种耐用型坩埚的成型方法，包括如下步骤：
(1)按原料总重量的百分含量计，称取如下原料：氧化铝15％、氧化钇5％、氧化镧5％、熔融石英30％、氧化锆25％、氧化铬20％；
(2)然后将氧化铝、氧化钇、氧化镧进行混合均匀后加入到电熔炉进行电熔，将氧化铝、氧化钇和氧化镧完全熔解，继续保持熔体温度并进行精炼至精炼完成；
(3)在电熔状态下，将熔融石英、氧化锆和氧化铬进行混合均匀后加入到电熔炉中并继续进行电熔，将熔融石英、氧化锆和氧化铬完全熔解形成熔体；
(4)将适量的熔体浇入用于铸造坩埚的模具的铸造型腔内，浇注完成，冷却后脱模，即可铸造形成所述耐用型坩埚。
具体的，本实施例的耐用型坩埚的成型方法，在步骤(2)中，电熔温度为2300℃-2700℃，在步骤(3)中，电熔温度为2300℃-2700℃；使氧化铝、氧化钇和氧化镧熔解充分，有利于氧化铝主要以γ-氧化铝晶型在2300℃以上的高温下完全转变成α-氧化铝晶型；使熔融石英、氧化锆和氧化铬熔解充分。具体的，本实施例对氧化铝、氧化钇和氧化镧熔解形成的熔体进行精炼的精炼时间为30-60min，充分对氧化铝、氧化钇、氧化镧熔化形成的熔体进行除杂。
具体的，本实施例的采用的氧化铝的纯度为95％以上；氧化铝的纯度高，含有害杂质少，可减少电熔过程中杂质转变成气体逸出时对刚玉结构的破坏，避免刚玉气孔率的增加，还可以减少杂质对刚玉性能的影响。
通过本发明的耐用型坩埚的成型方法铸造坩埚，原料中的氧化铝在常温下主要以γ-氧化铝晶型存在的晶体在1500℃以上的高温下可完全转变成α-氧化铝，从而在高温下熔解，温度在2300℃以上，γ-氧化铝晶体完全转变成α-氧化铝。另外，本实施例中的原料中有氧化钇，在电熔过程中同氧化铝反应生成铝酸钇，铝酸钇可促使氧化铝晶体在由γ-氧化铝晶型向α-氧化铝晶型转变的过程中球形结构化，避免α-氧化铝晶体向针尖状晶体结构或板状晶体结发展。电熔及精炼结束后，自然冷却结晶获得球状结晶体，晶体的球状结构有效缩小了晶体内部各晶粒之间的间距。另外，原料中的氧化镧具有结晶致密化作用，可进一步提高产品的结构致密度
另外，本发明的熔融石英、氧化锆、氧化铬在高温下熔化后相互作用使各成份之间具有改变晶体结构、降低熔化温度以及改善晶体性能的作用；另外，上述原料在高温下熔化后，熔融石英、氧化锆、氧化铬、α-氧化铝的晶相重新组合，可以形成莫来石相、斜锆石相、α-氧化铝相和玻璃相；斜锆石相可增强坩埚的抗侵蚀性，玻璃相可提高晶体的致密性，莫来石相可提高坩埚的耐热性，α-氧化铝相可提高坩埚的稳定性，从而成型的耐用型坩埚的耐热性好、韧性好、稳定性高、抗侵蚀性强，提高坩埚的耐用性。
在本发明的一个实施例中，本实施例的耐用型坩埚的成型方法，在步骤(4)中，所述冷却方式为自然冷却；刚成型的坩埚温度高，自然冷却，有利于减小冷却应力，防止在冷却过程坩埚产生裂纹。
在本发明的一个实施例中，用于铸造坩埚的所述模具的材质为石墨，且所述模具的侧壁上均涂有耐高温的保护层。石墨熔点为3652℃，模具的侧壁上均涂有耐高温的保护层，在进行铸造坩埚时，保护层防止石墨与空气接触，从而对模具进行保护，铸造时模具的形状不会受到影响。
具体的，本实施例铸造形成的耐用型坩埚用于对金属进行融化，能承受的高温可达2520℃以上，其能重复使用次数可达100多次
实施例二：
本实施例2与实施例1相似，其与实施例1不同的是，本实施例的耐用型坩埚按原料总重量的百分含量计，由如下各原料组成：氧化铝15％、氧化钇5％、氧化镧5％、熔融石英30％、氧化锆25％、氧化铬20％；本实施例将上组分按照比例取料，本实施例的耐用型坩埚的成型方法同实施例1；铸造形成的耐用型坩埚用于对金属进行融化，能承受的高温可达2550℃以上，其能重复使用次数可达100多次。
实施例三：
本实施例3与实施例1相似，本实施例2与实施例1相似，其与实施例1不同的是，本实施例的耐用型坩埚按原料总重量的百分含量计，由如下各原料组成：氧化铝20％、氧化钇2％、氧化镧3％、熔融石英25％、氧化锆40％、氧化铬10％；本实施例将上组分按照比例取料，本实施例的耐用型坩埚的成型方法同实施例1；铸造形成的耐用型坩埚用于对金属进行融化，能承受的高温可达2500℃以上，其能重复使用次数可达100多次。
经过多次实验得出，对本实施例1-3所得的耐用型坩埚耐热性好、韧性好以及稳定性好；具体的，本实施例1-3的熔融石英、氧化锆、氧化铬在高温下熔化后相互作用使各成份之间具有改变晶体结构、降低熔化温度以及改善晶体性能的作用；另外，上述原料在高温下熔化后，熔融石英、氧化锆、氧化铬、α-氧化铝的晶相重新组合，可以形成莫来石相、斜锆石相、α-氧化铝相和玻璃相；斜锆石相可增强坩埚的抗侵蚀性，玻璃相可提高晶体的致密性，莫来石相可提高坩埚的耐热性，α-氧化铝相可提高坩埚的稳定性，从而成型的耐用型坩埚的耐热性好、韧性好、稳定性高、抗侵蚀性强，提高坩埚的耐用性；由此，能多次重复用于对金属进行融化，使用寿命长，从而能降低使用坩埚的成本。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，在原料的上下限取值以及区间值都能实现本发明，在此就不一一列举，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种耐用型坩埚的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按原料总重量的百分含量计，称取如下原料：氧化铝10％-20％、氧化钇2％-8％、氧化镧3％-7％、熔融石英25％-35％、氧化锆10％-40％、氧化铬10％-30％；
(2)然后将氧化铝、氧化钇、氧化镧进行混合均匀后加入到电熔炉进行电熔，将氧化铝、氧化钇和氧化镧完全熔解，继续保持熔体温度并进行精炼至精炼完成；
(3)在电熔状态下，将熔融石英、氧化锆和氧化铬进行混合均匀后加入到电熔炉中并继续进行电熔，将熔融石英、氧化锆和氧化铬完全熔解形成熔体；
(4)将适量的熔体浇入用于铸造坩埚的模具的铸造型腔内，浇注完成，冷却后脱模，即可铸造形成所述耐用型坩埚；
在步骤(2)中，电熔温度为2300℃-2700℃；
在步骤(3)中，电熔温度为2300℃-2700℃；
在步骤(4)中，所述冷却方式为自然冷却。
2.根据权利要求1所述的一种耐用型坩埚的成型方法，其特征在于，所述氧化铝的纯度为95％以上。
3.根据权利要求1所述的一种耐用型坩埚的成型方法，其特征在于，精炼时间可为30-60min。
4.根据权利要求1所述的一种耐用型坩埚的成型方法，其特征在于，用于铸造坩埚的所述模具的材质为石墨，且所述模具的侧壁上均涂有耐高温的保护层。
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