本发明专利技术公开了一种熔炼钛及钛合金的坩埚，至少由坩埚外壳和坩埚内衬组合而成，坩埚内衬具有能装盛熔体的敞口型结构，坩埚内衬由复合材料制成，坩埚外壳采用高熔点的耐高温材料制成，坩埚外壳具有能承受钛熔体及钛合金熔体产生的压力的承力结构，坩埚内衬的主要组分由45~70wt%氧化钡、30~50wt%氧化锆和0~5wt%助熔剂混合制备的烧结复合材料，助熔剂为氧化钛、氧化铝或氧化硼。本发明专利技术还公开了一种坩埚制备方法，采用烧结砖堆砌组合方式进行坩埚内衬组装，并能通过分解方式进行拆卸。本发明专利技术坩埚的内层材料与钛不发生反应，不粘埚，能够满足工业化、大容积、低成本、易维修、寿命长的要求，结构合理，制备工艺成熟。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种熔炼钛及钛合金的坩埚，至少由坩埚外壳和坩埚内衬组合而成，坩埚内衬具有能装盛熔体的敞口型结构，坩埚内衬由复合材料制成，坩埚外壳采用高熔点的耐高温材料制成，坩埚外壳具有能承受钛熔体及钛合金熔体产生的压力的承力结构，坩埚内衬的主要组分由45~70wt%氧化钡、30~50wt%氧化锆和0~5wt%助熔剂混合制备的烧结复合材料，助熔剂为氧化钛、氧化铝或氧化硼。本专利技术还公开了一种坩埚制备方法，采用烧结砖堆砌组合方式进行坩埚内衬组装，并能通过分解方式进行拆卸。本专利技术坩埚的内层材料与钛不发生反应，不粘埚，能够满足工业化、大容积、低成本、易维修、寿命长的要求，结构合理，制备工艺成熟。【专利说明】
本专利技术涉及一种金属熔化专用器皿及其制造方法，特别是涉及一种熔炼金属的坩埚及其制备方法，应用于钛及钛合金熔炼装置
。
技术介绍
钛合金具有比强度高、密度小、耐腐蚀等一系列优良特性，广泛应用于现代工业中，例如生物科学、医学工程、航空航天工业、能源、海洋、军事工业等领域。但由于钛的熔点和化学性质非常活泼，熔炼时，液态钛几乎能与所有坩埚用的耐火材料如氧化锆、氧化镁、氧化硅和氧化铝均发生反应，因此，导致其熔炼不能采取常规的耐火材料制造的坩埚进行真空感应熔炼。目前工业上钛及钛合金熔炼常采用真空自耗电极电弧凝壳炉熔炼和水冷铜坩埚冷却。真空电弧凝壳炉熔炼时先在铜壁上凝固一薄层“凝壳”，起到保护钛液不被坩埚材料污染和隔热作用，以便在坩埚内形成一个熔池。由于水冷铜坩埚冷却很快和形成凝壳使钛液温度场不均匀，加上钛合金在液态保持时间短，使得浇注后钛合金铸件成分不均匀。且水冷铜坩埚带走大量的热。真空电弧凝壳炉熔炼与真空感应炉熔炼相比能耗大，熔炼钛合金耗电为4(T60kw/kg。在中国专利201110350464.1中专利技术人公开了一种钛及钛合金熔炼坩埚材料及由该材料制成坩埚的制造方法，以碳酸钡和氧化锆为原料，通过冷等静压压制成坩埚毛坯，在120(Tl40(rC温度下反复烧制合成锆酸钡晶体粉末，锆酸钡材料辅以适量的添加剂和粘结剂，经过预处理、成型、预烧结、烧结等工序制成坩埚。此锆酸钡坩埚在温度区间165(T175(TC、真空环境下，用作熔炼钛合金的容器，在实验室规模应用上取得了良好的效果，具有高温下与钛不发生反应，不与合金粘黏，能耗低、熔炼浇注后的合金成分均匀，性能稳定的优点。但上述专利公开的技术，由于采用上述材料经冷等静压制坯后烧结成形的制造整体坩埚的技术方案，无法满足工业化生产的要求，因为工业化的生产所需的坩埚体积大，采用专利201110350464.1的技术难以生产制造。其原因在于:1.工业化生产使用坩埚体积大，一般以吨位单位，该坩埚整体制造时所需的冷等静压、烧结设备要求价格贵，设备要特别制造。2.整体制造的该坩埚价格太贵、一旦损坏无法修复，必须整体更换，经济成本不合算。3.整体制造的该坩埚制造和使用过程中易长生裂纹。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种，坩埚的内层和外层由不同的材质组成，坩埚的内层的材质与钛不发生反应，不粘埚，能够满足工业化、大容积、低成本、寿命长的要求，结构合理，并且制备工艺成熟、维修方便，采用本专利技术坩埚所熔合金浇注后成分均匀，合金性能稳定。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用下述技术方案:一种熔炼钛及钛合金的坩埚，至少由坩埚外壳和坩埚内衬组合而成，坩埚内衬具有能装盛钛熔体和钛合金熔体的敞口型结构,坩埚内衬由复合材料制成,坩埚外壳采用高熔点的耐高温材料制成，坩埚外壳具有能承受钛熔体及钛合金熔体产生的压力的承力结构，坩埚内衬的主要组分是按照质量百分比含量，由45~70 wt %的氧化钡、3(T50 wt %的氧化锆和(T5wt %的助熔剂混合制备的烧结复合材料，助熔剂为氧化钛、氧化铝或氧化硼。作为本专利技术的一种优选技术方案,坩埚内衬由复合材料整体烧结而成。作为本专利技术的另一种优选技术方案，坩埚内衬为杯型结构衬套，杯型结构衬套至少由一层杯型结构层组成，一层杯型结构层由一层复合材料烧结砖堆砌而成，位于同一杯型结构层内部的任意相邻的复合材料烧结砖之间皆通过其凹部和凸部的组合安装连接，组成复合材料烧结砖之间凹凸配合的定位结构，使组成杯型结构衬套的同一杯型结构层内的复合材料烧结砖连成一体。上述杯型结构衬套优选由两层以上杯型结构层构成。本专利技术坩埚进一步优选由坩埚外壳和坩埚内衬组合而成，坩埚内衬具有与坩埚外壳形状相匹配的结构，使坩埚外壳的内表面贴合坩埚内衬外表面，并使坩埚外壳直接接触支撑坩埚内衬。本专利技术坩埚还进一步优选由坩埚外壳、保温层和坩埚内衬组合而成，保温层设置于坩埚外壳和坩埚内衬之间，保温层由耐火材料制成，保温夹层的外表面形状与坩埚外壳的内表面形状相匹配，保温夹层的内表面形状与坩埚内衬的外表面形状相匹配。上述坩埚外壳优选采用石墨或氧化镁材料制成。本专利技术熔炼钛及钛合金的坩埚的制备方法，包括如下步骤: a.复合材料粉体的制备:将质量百分比含量为45~70wt %的氧化钡、3(T50 wt %的氧化锆和(T5wt %的助熔剂，进行混合，粉碎，烘干后，再通过固相合成法或水热法，制备合成复合材料粉体，其中助熔剂为氧化钛、氧化铝或氧化硼；优选控制温度为100(Tl70(TC,并保持5~10小时，采用固相合成法制备合成复合材料粉体； b.复合材料烧结砖的制造:将在上述步骤a中制备的耐火材料粉体制成砖型还体，再对砖型坯体在145(T180(TC条件下进行8~15小时烧结成型，然后冷却至室温，得到复合材料烧结砖；在进行烧结之前，优选将利用耐火材料粉体制成砖型坯体首先进行慢速升温加热至80(Tl20(rC，保温4~10小时，得到素坯，然后优选将素坯再次升温至90(Tl30(rC，预烧结8~15小时后，在进行烧结； c.坩埚外壳的制造:采用耐火材料制造坩埚外壳； d.坩埚的组装:按照在上述步骤c中制备坩埚外壳内表面形状，将在上述步骤b中制备的复合材料烧结砖组装到坩埚外壳中，形成杯型结构内套，使坩埚内衬具有能装盛钛熔体和钛合金熔体的敞口型结构，并使坩埚外壳具有能承受钛熔体及钛合金熔体产生的压力的承力结构，即组装成至少由坩埚外壳和坩埚内衬组合而成的坩埚整体，杯型结构衬套至少由一层杯型结构层组成，一层杯型结构层由一层复合材料烧结砖堆砌而成。作为本专利技术熔炼钛及钛合金的坩埚的制备方法的改进，在上述步骤d中，在将复合材料烧结砖组装到坩埚外壳中之前，先将耐火材料紧贴坩埚外壳的内表面铺设或安装，形成保温层，使保温层形成坩埚内衬的杯型结构中套，然后复合材料烧结砖组装到杯型结构中套内，形成杯型结构内套，形成由三种材质杯套组装的坩埚整体。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点: 1.本专利技术坩埚采用烧结砖堆砌组合方式进行坩埚组装，并能通过分解方式进行拆卸，易于更换维护，烧结砖之间的柔性连接能吸收集中的热应力，抗热振动性能好，消除在整体制造坩埚在使用过程中易长生裂纹的缺陷； 2.本专利技术熔炼钛及钛合金的坩埚可以根据坩埚的大小、容量、主要熔炼的钛合金成分来决定采用单层、双层或更多层坩埚内衬，并以此来确定坩埚外壳使用材料及支撑强度，即可以通过组装坩埚本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种熔炼钛及钛合金的坩埚，其特征在于：至少由坩埚外壳（1）和坩埚内衬（2）组合而成，所述坩埚内衬（2）具有能装盛钛熔体和钛合金熔体的敞口型结构，所述坩埚内衬（2）由复合材料制成，所述坩埚外壳（1）采用高熔点的耐高温材料制成，所述坩埚外壳（1）具有能承受钛熔体及钛合金熔体产生的压力的承力结构，所述坩埚内衬（2）的主要组分是按照质量百分比含量，由45~70 wt %的氧化钡、30~50 wt %的氧化锆和0~5wt %的助熔剂混合制备的烧结复合材料，所述助熔剂为氧化钛、氧化铝或氧化硼。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李重河，周汉，贺进，魏超，鲁雄刚，汪宏斌，张捷宇，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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