熔煉鈦及鈦合金的坩堝及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種熔煉鈦及鈦合金的坩堝，至少由坩堝外殼和坩堝內(nèi)襯組合而成，坩堝內(nèi)襯具有能裝盛熔體的敞口型結(jié)構(gòu)，坩堝內(nèi)襯由復(fù)合材料制成，坩堝外殼采用高熔點(diǎn)的耐高溫材料制成，坩堝外殼具有能承受鈦熔體及鈦合金熔體產(chǎn)生的壓力的承力結(jié)構(gòu)，坩堝內(nèi)襯的主要組分由45~70wt%氧化鋇、30~50wt%氧化鋯和0~5wt%助熔劑混合制備的燒結(jié)復(fù)合材料，助熔劑為氧化鈦、氧化鋁或氧化硼。本發(fā)明還公開(kāi)了一種坩堝制備方法，采用燒結(jié)磚堆砌組合方式進(jìn)行坩堝內(nèi)襯組裝，并能通過(guò)分解方式進(jìn)行拆卸。本發(fā)明坩堝的內(nèi)層材料與鈦不發(fā)生反應(yīng)，不粘堝，能夠滿足工業(yè)化、大容積、低成本、易維修、壽命長(zhǎng)的要求，結(jié)構(gòu)合理，制備工藝成熟。
【專(zhuān)利說(shuō)明】熔煉鈦及鈦合金的坩堝及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬熔化專(zhuān)用器皿及其制造方法，特別是涉及一種熔煉金屬的坩堝及其制備方法，應(yīng)用于鈦及鈦合金熔煉裝置【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦合金具有比強(qiáng)度高、密度小、耐腐蝕等一系列優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)中，例如生物科學(xué)、醫(yī)學(xué)工程、航空航天工業(yè)、能源、海洋、軍事工業(yè)等領(lǐng)域。但由于鈦的熔點(diǎn)和化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，熔煉時(shí)，液態(tài)鈦幾乎能與所有坩堝用的耐火材料如氧化鋯、氧化鎂、氧化硅和氧化鋁均發(fā)生反應(yīng)，因此，導(dǎo)致其熔煉不能采取常規(guī)的耐火材料制造的坩堝進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉。目前工業(yè)上鈦及鈦合金熔煉常采用真空自耗電極電弧凝殼爐熔煉和水冷銅坩堝冷卻。真空電弧凝殼爐熔煉時(shí)先在銅壁上凝固一薄層“凝殼”，起到保護(hù)鈦液不被坩堝材料污染和隔熱作用，以便在坩堝內(nèi)形成一個(gè)熔池。由于水冷銅坩堝冷卻很快和形成凝殼使鈦液溫度場(chǎng)不均勻，加上鈦合金在液態(tài)保持時(shí)間短，使得澆注后鈦合金鑄件成分不均勻。且水冷銅坩堝帶走大量的熱。真空電弧凝殼爐熔煉與真空感應(yīng)爐熔煉相比能耗大，熔煉鈦合金耗電為4(T60kw/kg。在中國(guó)專(zhuān)利201110350464.1中發(fā)明人公開(kāi)了一種鈦及鈦合金熔煉坩堝材料及由該材料制成坩堝的制造方法，以碳酸鋇和氧化鋯為原料，通過(guò)冷等靜壓壓制成坩堝毛坯，在120(Tl40(rC溫度下反復(fù)燒制合成鋯酸鋇晶體粉末，鋯酸鋇材料輔以適量的添加劑和粘結(jié)劑，經(jīng)過(guò)預(yù)處理、成型、預(yù)燒結(jié)、燒結(jié)等工序制成坩堝。此鋯酸鋇坩堝在溫度區(qū)間165(T175(TC、真空環(huán)境下，用作熔煉鈦合金的容器，在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模應(yīng)用上取得了良好的效果，具有高溫下與鈦不發(fā)生反應(yīng)，不與合金粘黏，能耗低、熔煉澆注后的合金成分均勻，性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。但上述專(zhuān)利公開(kāi)的技術(shù)，由于采用上述材料經(jīng)冷等靜壓制坯后燒結(jié)成形的制造整體坩堝的技術(shù)方案，無(wú)法滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求，因?yàn)楣I(yè)化的生產(chǎn)所需的坩堝體積大，采用專(zhuān)利201110350464.1的技術(shù)難以生產(chǎn)制造。其原因在于:1.工業(yè)化生產(chǎn)使用坩堝體積大，一般以噸位單位，該坩堝整體制造時(shí)所需的冷等靜壓、燒結(jié)設(shè)備要求價(jià)格貴，設(shè)備要特別制造。2.整體制造的該坩堝價(jià)格太貴、一旦損壞無(wú)法修復(fù)，必須整體更換，經(jīng)濟(jì)成本不合算。3.整體制造的該坩堝制造和使用過(guò)程中易長(zhǎng)生裂紋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種熔煉鈦及鈦合金的坩堝及其制備方法，坩堝的內(nèi)層和外層由不同的材質(zhì)組成，坩堝的內(nèi)層的材質(zhì)與鈦不發(fā)生反應(yīng)，不粘堝，能夠滿足工業(yè)化、大容積、低成本、壽命長(zhǎng)的要求，結(jié)構(gòu)合理，并且制備工藝成熟、維修方便，采用本發(fā)明坩堝所熔合金澆注后成分均勻，合金性能穩(wěn)定。
[0004]為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種熔煉鈦及鈦合金的坩堝，至少由坩堝外殼和坩堝內(nèi)襯組合而成，坩堝內(nèi)襯具有能裝盛鈦熔體和鈦合金熔體的敞口型結(jié)構(gòu),坩堝內(nèi)襯由復(fù)合材料制成,坩堝外殼采用高熔點(diǎn)的耐高溫材料制成，坩堝外殼具有能承受鈦熔體及鈦合金熔體產(chǎn)生的壓力的承力結(jié)構(gòu)，坩堝內(nèi)襯的主要組分是按照質(zhì)量百分比含量，由45~70 wt %的氧化鋇、3(T50 wt %的氧化鋯和(T5wt %的助熔劑混合制備的燒結(jié)復(fù)合材料，助熔劑為氧化鈦、氧化鋁或氧化硼。
[0005]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案,坩堝內(nèi)襯由復(fù)合材料整體燒結(jié)而成。
[0006]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選技術(shù)方案，坩堝內(nèi)襯為杯型結(jié)構(gòu)襯套，杯型結(jié)構(gòu)襯套至少由一層杯型結(jié)構(gòu)層組成，一層杯型結(jié)構(gòu)層由一層復(fù)合材料燒結(jié)磚堆砌而成，位于同一杯型結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的任意相鄰的復(fù)合材料燒結(jié)磚之間皆通過(guò)其凹部和凸部的組合安裝連接，組成復(fù)合材料燒結(jié)磚之間凹凸配合的定位結(jié)構(gòu)，使組成杯型結(jié)構(gòu)襯套的同一杯型結(jié)構(gòu)層內(nèi)的復(fù)合材料燒結(jié)磚連成一體。
[0007]上述杯型結(jié)構(gòu)襯套優(yōu)選由兩層以上杯型結(jié)構(gòu)層構(gòu)成。
[0008]本發(fā)明坩堝進(jìn)一步優(yōu)選由坩堝外殼和坩堝內(nèi)襯組合而成，坩堝內(nèi)襯具有與坩堝外殼形狀相匹配的結(jié)構(gòu)，使坩堝外殼的內(nèi)表面貼合坩堝內(nèi)襯外表面，并使坩堝外殼直接接觸支撐坩堝內(nèi)襯。[0009]本發(fā)明坩堝還進(jìn)一步優(yōu)選由坩堝外殼、保溫層和坩堝內(nèi)襯組合而成，保溫層設(shè)置于坩堝外殼和坩堝內(nèi)襯之間，保溫層由耐火材料制成，保溫夾層的外表面形狀與坩堝外殼的內(nèi)表面形狀相匹配，保溫夾層的內(nèi)表面形狀與坩堝內(nèi)襯的外表面形狀相匹配。
[0010]上述坩堝外殼優(yōu)選采用石墨或氧化鎂材料制成。
[0011]本發(fā)明熔煉鈦及鈦合金的坩堝的制備方法，包括如下步驟:
a.復(fù)合材料粉體的制備:將質(zhì)量百分比含量為45~70wt %的氧化鋇、3(T50 wt %的氧化鋯和(T5wt %的助熔劑，進(jìn)行混合，粉碎，烘干后，再通過(guò)固相合成法或水熱法，制備合成復(fù)合材料粉體，其中助熔劑為氧化鈦、氧化鋁或氧化硼；優(yōu)選控制溫度為100(Tl70(TC,并保持5~10小時(shí)，采用固相合成法制備合成復(fù)合材料粉體；
b.復(fù)合材料燒結(jié)磚的制造:將在上述步驟a中制備的耐火材料粉體制成磚型還體，再對(duì)磚型坯體在145(T180(TC條件下進(jìn)行8~15小時(shí)燒結(jié)成型，然后冷卻至室溫，得到復(fù)合材料燒結(jié)磚；在進(jìn)行燒結(jié)之前，優(yōu)選將利用耐火材料粉體制成磚型坯體首先進(jìn)行慢速升溫加熱至80(Tl20(rC，保溫4~10小時(shí)，得到素坯，然后優(yōu)選將素坯再次升溫至90(Tl30(rC，預(yù)燒結(jié)8~15小時(shí)后，在進(jìn)行燒結(jié)；
c.坩堝外殼的制造:采用耐火材料制造坩堝外殼；
d.坩堝的組裝:按照在上述步驟c中制備坩堝外殼內(nèi)表面形狀，將在上述步驟b中制備的復(fù)合材料燒結(jié)磚組裝到坩堝外殼中，形成杯型結(jié)構(gòu)內(nèi)套，使坩堝內(nèi)襯具有能裝盛鈦熔體和鈦合金熔體的敞口型結(jié)構(gòu)，并使坩堝外殼具有能承受鈦熔體及鈦合金熔體產(chǎn)生的壓力的承力結(jié)構(gòu)，即組裝成至少由坩堝外殼和坩堝內(nèi)襯組合而成的坩堝整體，杯型結(jié)構(gòu)襯套至少由一層杯型結(jié)構(gòu)層組成，一層杯型結(jié)構(gòu)層由一層復(fù)合材料燒結(jié)磚堆砌而成。
[0012]作為本發(fā)明熔煉鈦及鈦合金的坩堝的制備方法的改進(jìn)，在上述步驟d中，在將復(fù)合材料燒結(jié)磚組裝到坩堝外殼中之前，先將耐火材料緊貼坩堝外殼的內(nèi)表面鋪設(shè)或安裝，形成保溫層，使保溫層形成坩堝內(nèi)襯的杯型結(jié)構(gòu)中套，然后復(fù)合材料燒結(jié)磚組裝到杯型結(jié)構(gòu)中套內(nèi)，形成杯型結(jié)構(gòu)內(nèi)套，形成由三種材質(zhì)杯套組裝的坩堝整體。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明坩堝采用燒結(jié)磚堆砌組合方式進(jìn)行坩堝組裝，并能通過(guò)分解方式進(jìn)行拆卸，易于更換維護(hù)，燒結(jié)磚之間的柔性連接能吸收集中的熱應(yīng)力，抗熱振動(dòng)性能好，消除在整體制造坩堝在使用過(guò)程中易長(zhǎng)生裂紋的缺陷；
2.本發(fā)明熔煉鈦及鈦合金的坩堝可以根據(jù)坩堝的大小、容量、主要熔煉的鈦合金成分來(lái)決定采用單層、雙層或更多層坩堝內(nèi)襯，并以此來(lái)確定坩堝外殼使用材料及支撐強(qiáng)度，即可以通過(guò)組裝坩堝內(nèi)襯進(jìn)行不同容積坩堝的定制制造，適應(yīng)工業(yè)化現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用；
3.采用本發(fā)明坩堝安裝于真空感應(yīng)熔煉爐中熔煉鈦合金，坩堝內(nèi)襯在高溫下不與鈦發(fā)生反應(yīng)，不與金屬粘黏，熔池流動(dòng)性好，熔煉澆注后的合金成分均勻，性能穩(wěn)定，有效提高了鈦合金的品質(zhì)；
4.本發(fā)明熔煉鈦及鈦合金的坩堝容積大、制備成本低、壽命長(zhǎng)，并且制備工藝成熟、維修方便，燒結(jié)磚組裝和拆卸靈活，提高坩堝局部的燒結(jié)磚的利用率，降低耐火材料的消耗，有效防止鈦及鈦合金熔體的熱量損失，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，適用于工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一熔煉鈦及鈦合金的坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明實(shí)施例二熔煉鈦及鈦合金的坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是沿圖2中A-A線的剖面圖。 [0017]圖4是本發(fā)明實(shí)施例二的復(fù)合材料燒結(jié)磚的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖5是本發(fā)明實(shí)施例二的復(fù)合材料燒結(jié)磚的堆砌方法原理圖。
[0019]圖6是本發(fā)明實(shí)施例三熔煉鈦及鈦合金的坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖7是本發(fā)明實(shí)施例四熔煉鈦及鈦合金的坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖8是本發(fā)明實(shí)施例五熔煉鈦及鈦合金的坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下:
實(shí)施例一:
在本實(shí)施例中，參見(jiàn)圖1，一種熔煉鈦及鈦合金的坩堝，由坩堝外殼I和坩堝內(nèi)襯2組合而成，坩堝內(nèi)襯2由復(fù)合材料整體燒結(jié)而成，坩堝內(nèi)襯2具有能裝盛鈦熔體和鈦合金熔體的敞口型結(jié)構(gòu)，坩堝內(nèi)襯2由復(fù)合材料制成，坩堝外殼I采用高熔點(diǎn)的耐高溫材料制成,坩堝內(nèi)襯2具有與i甘禍外殼I形狀相匹配的結(jié)構(gòu)，使i甘禍外殼I的內(nèi)表面貼合i甘禍內(nèi)襯2外表面，并使坩堝外殼I直接接觸支撐坩堝內(nèi)襯2，使坩堝外殼I能承受鈦熔體及鈦合金熔體產(chǎn)生的壓力，坩堝內(nèi)襯2的主要組分是按照質(zhì)量百分比含量，由4上述材料混合制備的燒結(jié)復(fù)合材料。
[0023]本實(shí)施例熔煉鈦及鈦合金的坩堝的制備方法，包括如下步驟:
①坩堝外套的制造:采用石墨制造坩堝外殼1，作為坩堝外套，達(dá)到絕熱、保溫、承力的功能要求；
②復(fù)合材料粉體的制備:將質(zhì)量百分比含量的上述材料，進(jìn)行混合，在球磨機(jī)磨10-24小時(shí)粉碎，烘干后，再通過(guò)固相合成法或水熱法，制備合成復(fù)合材料粉體，其中助熔劑為氧化鈦、氧化鋁或氧化硼；
③坩堝內(nèi)套的制備:按照在上述步驟①中制備的坩堝外殼I的內(nèi)表面形狀，通過(guò)冷等靜壓，將在上述步驟②中制備的耐火材料粉體壓制成坩堝內(nèi)襯毛坯，使坩堝內(nèi)襯毛坯具有與坩堝外殼I形狀相匹配的結(jié)構(gòu)，對(duì)坩堝內(nèi)襯毛坯在145(T180(TC條件下進(jìn)行8~15小時(shí)燒結(jié)成型，制成與坩堝外殼I形狀相匹配的坩堝內(nèi)襯2，作為坩堝內(nèi)套；
④坩堝的組裝:將在上述步驟③中制備的坩堝內(nèi)襯2安裝到在上述步驟①中制備的坩堝外殼I內(nèi)，即組裝成坩堝整體。
[0024]本實(shí)施例熔煉鈦及鈦合金的坩堝采用整體燒結(jié)方法制造坩堝內(nèi)襯2，坩堝內(nèi)襯2可更換維護(hù)，不需要更換整個(gè)坩堝，節(jié)省耐火材料消耗。將本實(shí)施例坩堝安裝于真空感應(yīng)熔煉爐中熔煉鈦合金，坩堝內(nèi)襯2在高溫下不與鈦發(fā)生反應(yīng)，不與金屬粘黏，熔池流動(dòng)性好，熔煉澆注后的合金成分均勻，性能穩(wěn)定，有效提高了鈦合金的品質(zhì)。
[0025]實(shí)施例二:
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處在于:
在本實(shí)施例中，參見(jiàn)圖2~圖5，坩堝內(nèi)襯2為杯型結(jié)構(gòu)襯套，杯型結(jié)構(gòu)襯套由單層杯型結(jié)構(gòu)層組成，單層杯型結(jié)構(gòu)層由一層復(fù)合材料燒結(jié)磚堆砌而成，位于同一杯型結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的任意相鄰的復(fù)合材料燒結(jié)磚之間皆通過(guò)其凹部和凸部的組合安裝連接，組成復(fù)合材料燒結(jié)磚之間凹凸配合的定位結(jié)構(gòu)， 使組成杯型結(jié)構(gòu)襯套的同一杯型結(jié)構(gòu)層內(nèi)的復(fù)合材料燒結(jié)磚連成一體。
[0026]本實(shí)施例熔煉鈦及鈦合金的坩堝的制備方法，包括如下步驟:
a.復(fù)合材料粉體的制備:將質(zhì)量百分比含量的上述材料，進(jìn)行混合，粉碎，烘干后，再控制溫度為1200°C，并保持10小時(shí)，通過(guò)固相合成法制備合成復(fù)合材料粉體；
b.復(fù)合材料燒結(jié)磚的制造:將在上述步驟a中制備的耐火材料粉體制成磚型還體，再將磚型坯體首先進(jìn)行慢速升溫加熱至100(TC，保溫10小時(shí)，得到素坯，然后將素坯再次升溫至1200°C，預(yù)燒結(jié)15小時(shí)后，再對(duì)磚型坯體在1600°C條件下進(jìn)行15小時(shí)燒結(jié)成型，然后冷卻至室溫，得到復(fù)合材料燒結(jié)磚；
c.坩堝外套的制造:采用石墨制造坩堝外殼1，作為坩堝外套，達(dá)到絕熱、保溫、承力的功能要求；
d.坩堝的組裝:按照在上述步驟b中制備坩堝外殼I內(nèi)表面形狀，將在上述步驟b中制備的復(fù)合材料燒結(jié)磚組裝到坩堝外殼I中，形成杯型結(jié)構(gòu)內(nèi)套，作為坩堝內(nèi)套，使坩堝內(nèi)襯2具有能裝盛鈦熔體和鈦合金熔體的敞口型結(jié)構(gòu)，并使坩堝外殼I能承受鈦熔體及鈦合金熔體產(chǎn)生的壓力，即組裝成由坩堝外殼I和坩堝內(nèi)襯2組合而成的坩堝整體，杯型結(jié)構(gòu)襯套由單層杯型結(jié)構(gòu)層組成，單層杯型結(jié)構(gòu)層由一層復(fù)合材料燒結(jié)磚堆砌而成。
[0027]在本實(shí)施例中，參見(jiàn)圖2~圖5，本實(shí)施例的燒結(jié)磚之間卡緊連接，使坩堝內(nèi)襯2形成單層襯套，能阻隔金屬熔體從燒結(jié)磚之間的縫隙浸入。本實(shí)施例復(fù)合坩堝能進(jìn)行分層組裝，結(jié)構(gòu)合理，維護(hù)方便。
[0028]實(shí)施例三:
本實(shí)施例與實(shí)施例二基本相同，特別之處在于:
在本實(shí)施例中，參見(jiàn)圖6，杯型結(jié)構(gòu)襯套由兩層杯型結(jié)構(gòu)層組成，即由雙層復(fù)合材料燒結(jié)磚堆砌而成。本實(shí)施例坩堝內(nèi)襯2用雙層復(fù)合材料燒結(jié)磚堆砌而成，復(fù)合材料燒結(jié)磚之間卡緊連接，使坩堝內(nèi)襯2形成兩層襯套組合體，可以更有效吸收金屬熔體的熱振動(dòng)，并有效地阻隔金屬熔體從復(fù)合材料燒結(jié)磚之間的縫隙浸入。[0029]實(shí)施例四:
本實(shí)施例與實(shí)施例三基本相同，特別之處在于:
在本實(shí)施例中，參見(jiàn)圖7，杯型結(jié)構(gòu)襯套由三層杯型結(jié)構(gòu)層組成，即由三層復(fù)合材料燒結(jié)磚堆砌而成。本實(shí)施例坩堝內(nèi)襯2用三層復(fù)合材料燒結(jié)磚堆砌而成，燒結(jié)磚之間卡緊連接，使坩堝內(nèi)襯2形成三層襯套組合體，可以更有效吸收金屬熔體的熱振動(dòng)，并更有效地阻隔金屬熔體從復(fù)合材料燒結(jié)磚之間的縫隙浸入。
[0030]實(shí)施例五:
本實(shí)施例與實(shí)施 例二基本相同，特別之處在于:
在本實(shí)施例中，參見(jiàn)圖8，熔煉鈦及鈦合金的坩堝由坩堝外殼1、保溫層3和坩堝內(nèi)襯2組合而成，保溫層3設(shè)置于坩堝外殼I和坩堝內(nèi)襯2之間，保溫層3由耐火材料制成，保溫夾層3的外表面形狀與坩堝外殼I的內(nèi)表面形狀相匹配，保溫夾層3的內(nèi)表面形狀與坩堝內(nèi)襯2的外表面形狀相匹配。
[0031]本實(shí)施例熔煉鈦及鈦合金的坩堝的制備方法，包括如下步驟:
a.復(fù)合材料粉體的制備:與實(shí)施例二相同；
b.復(fù)合材料燒結(jié)磚的制造:與實(shí)施例二相同；
c.坩堝外套的制造:與實(shí)施例二相同；
d.坩堝的組裝:先將耐火材料緊貼坩堝外殼I的內(nèi)表面鋪設(shè)或安裝，形成保溫層3，使保溫層3形成坩堝內(nèi)襯的杯型結(jié)構(gòu)中套，然后按照保溫層3內(nèi)表面形狀，將在上述步驟b中制備的復(fù)合材料燒結(jié)磚組裝到杯型結(jié)構(gòu)中套內(nèi)，形成杯型結(jié)構(gòu)內(nèi)套，作為坩堝內(nèi)套，使坩堝內(nèi)襯2具有能裝盛鈦熔體和鈦合金熔體的敞口型結(jié)構(gòu)，并使坩堝外殼I能承受鈦熔體及鈦合金熔體產(chǎn)生的壓力，即組裝形成由三種材質(zhì)杯套組裝的坩堝整體。
[0032]參見(jiàn)圖8，本實(shí)施例復(fù)合坩堝附帶有保溫層3，能顯著提高坩堝的隔熱作用，以便在坩堝內(nèi)形成熔池，使鈦液溫度場(chǎng)更加均勻，并使得澆注后鈦合金鑄件成分均勻性顯著提聞。
[0033]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明熔煉鈦及鈦合金的坩堝及其制備方法的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種熔煉鈦及鈦合金的坩堝，其特征在于:至少由坩堝外殼(1)和坩堝內(nèi)襯(2)組合而成，所述坩堝內(nèi)襯(2)具有能裝盛鈦熔體和鈦合金熔體的敞口型結(jié)構(gòu)，所述坩堝內(nèi)襯(2)由復(fù)合材料制成，所述坩堝外殼(1)采用高熔點(diǎn)的耐高溫材料制成，所述坩堝外殼(1)具有能承受鈦熔體及鈦合金熔體產(chǎn)生的壓力的承力結(jié)構(gòu)，所述坩堝內(nèi)襯(2)的主要組分是按照質(zhì)量百分比含量，由45~70 wt %的氧化鋇、30~50 wt %的氧化鋯和(T5wt %的助熔劑混合制備的燒結(jié)復(fù)合材料，所述助熔劑為氧化鈦、氧化鋁或氧化硼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述熔煉鈦及鈦合金的坩堝，其特征在于:所述坩堝內(nèi)襯(2)由復(fù)合材料整體燒結(jié)而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述熔煉鈦及鈦合金的坩堝，其特征在于:所述坩堝內(nèi)襯(2)為杯型結(jié)構(gòu)襯套，所述杯型結(jié)構(gòu)襯套至少由一層杯型結(jié)構(gòu)層組成，一層杯型結(jié)構(gòu)層由一層復(fù)合材料燒結(jié)磚堆砌而成，位于同一杯型結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的任意相鄰的復(fù)合材料燒結(jié)磚之間皆通過(guò)其凹部和凸部的組合安裝連接，組成復(fù)合材料燒結(jié)磚之間凹凸配合的定位結(jié)構(gòu)，使組成杯型結(jié)構(gòu)襯套的同一杯型結(jié)構(gòu)層內(nèi)的復(fù)合材料燒結(jié)磚連成一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述熔煉鈦及鈦合金的坩堝，其特征在于:所述杯型結(jié)構(gòu)襯套由兩層以上杯型結(jié)構(gòu)層構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任意一項(xiàng)所述熔煉鈦及鈦合金的坩堝，其特征在于:由坩堝外殼(1)和坩堝內(nèi)襯(2)組合而成，所述坩堝內(nèi)襯(2)具有與所述坩堝外殼(1)形狀相匹配的結(jié)構(gòu)，使所述坩堝外殼(1)的內(nèi)表面貼合所述坩堝內(nèi)襯(2)外表面，并使所述坩堝外殼(1)直接接觸支撐所述坩堝內(nèi)襯(2 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任意一項(xiàng)所述熔煉鈦及鈦合金的坩堝，其特征在于:由坩堝外殼(1)、保溫層(3)和坩堝內(nèi)襯(2)組合而成，所述保溫層(3)設(shè)置于所述坩堝外殼(1)和所述坩堝內(nèi)襯(2)之間，所述保溫層(3)由耐火材料制成，所述保溫夾層(3)的外表面形狀與所述坩堝外殼(1)的內(nèi)表面形狀相匹配，所述保溫夾層(3)的內(nèi)表面形狀與所述坩堝內(nèi)襯(2)的外表面形狀相匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任意一項(xiàng)所述熔煉鈦及鈦合金的坩堝，其特征在于:所述坩堝外殼(1)采用石墨或氧化鎂材料制成。
8.—種權(quán)利要求1所述熔煉鈦及鈦合金的坩堝的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: a.復(fù)合材料粉體的制備:將質(zhì)量百分比含量為45~70wt %的氧化鋇、30-50 wt %的氧化鋯和(T5wt %的助熔劑，進(jìn)行混合，粉碎，烘干后，再通過(guò)固相合成法或水熱法，制備合成復(fù)合材料粉體，其中助熔劑為氧化鈦、氧化鋁或氧化硼； b.復(fù)合材料燒結(jié)磚的制造:將在上述步驟a中制備的耐火材料粉體制成磚型還體，再對(duì)磚型坯體在1450-1800℃條件下進(jìn)行8~15小時(shí)燒結(jié)成型，然后冷卻至室溫，得到復(fù)合材料燒結(jié)磚； c.坩堝外殼的制造:采用耐火材料制造坩堝外殼； d.坩堝的組裝:按照在上述步驟c中制備坩堝外殼內(nèi)表面形狀，將在上述步驟b中制備的復(fù)合材料燒結(jié)磚組裝到坩堝外殼中，形成杯型結(jié)構(gòu)內(nèi)套，使坩堝內(nèi)襯具有能裝盛鈦熔體和鈦合金熔體的敞口型結(jié)構(gòu)，并使坩堝外殼具有能承受鈦熔體及鈦合金熔體產(chǎn)生的壓力的承力結(jié)構(gòu)，即組裝成至少由坩堝外殼和坩堝內(nèi)襯組合而成的坩堝整體，杯型結(jié)構(gòu)襯套至少由一層杯型結(jié)構(gòu)層組成，一層杯型結(jié)構(gòu)層由一層復(fù)合材料燒結(jié)磚堆砌而成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述熔煉鈦及鈦合金的坩堝的制備方法，其特征在于:在上述步驟a中，控制溫度為1000-1700?，并保持5~10小時(shí)，采用固相合成法制備合成復(fù)合材料粉體；在上述步驟b中，在進(jìn)行燒結(jié)之前，將利用耐火材料粉體制成磚型坯體首先進(jìn)行慢速升溫加熱至800-1200?，保溫4~10小時(shí)，得到素坯；然后將素坯再次升溫至900-1300?，預(yù)燒結(jié)8~15小時(shí)后,再進(jìn)行燒結(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述熔煉鈦及鈦合金的坩堝的制備方法，其特征在于:在上述步驟d中，在將復(fù)合材料燒結(jié)磚組裝到坩堝外殼中之前，先將耐火材料緊貼坩堝外殼的內(nèi)表面鋪設(shè)或安裝，形成保溫層，使保溫層形成坩堝內(nèi)襯的杯型結(jié)構(gòu)中套，然后復(fù)合材料燒結(jié)磚組裝到杯型結(jié)構(gòu)中套內(nèi)，形成杯型結(jié)構(gòu)內(nèi)套，形成由三種材質(zhì)杯套組裝的坩堝整體。
【文檔編號(hào)】C22B34/12GK103922769SQ201410123380
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】李重河, 周漢, 賀進(jìn), 魏超, 魯雄剛, 汪宏斌, 張捷宇 申請(qǐng)人:上海大學(xué)