CN1026028C

CN1026028C - 金属陶瓷复合坩埚及其制备方法

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Publication number: CN1026028C
Application number: CN 91104352
Authority: CN
Inventors: 张景禄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1991-07-05
Publication date: 1994-09-28
Anticipated expiration: 2006-07-05
Also published as: CN1056929A

Abstract

一种金属陶瓷复合坩埚及其制备方法，复合坩埚由内外二层构成，外层为耐热铸铁层，内层为金属陶瓷层，整个金属陶瓷等复合坩埚，由于金属陶瓷和耐热铸铁，直接浇注复合而成，工艺简便。该坩埚耐高温大于(1790℃)，抗氧化、抗高温热震，耐急冷急热。机械强度好，硬度大，耐磨损。化学稳定性好，气孔率低，抗蚀性强，可耐熔渣和液体金属及各种酸碱介质的侵蚀，与现有技术相比，使用寿命可提高5倍以上。用途广泛，还可做各种耐蚀化工锅用来代替传统的化工用铸铁和不锈钢锅。

Description

本发明涉及金属陶瓷复合坩埚，特别是涉及于熔炼和提纯各种稀有金属，熔炼稀土合金和各种有色金属的金属陶瓷铸铁复合坩埚。

目前国内外熔炼和提纯稀有金属用坩埚，大部采用粘土质、石墨质、锆质和氧化铝质等坩埚。上述材质的坩埚普遍存在强度低，性脆，气孔率高，抗蚀性差和导热慢的缺点，且不耐碰撞和急冷急热。在使用过程中受高温作用和熔渣的浸蚀以及操作中的机械碰撞等，因此极易损坏，尤其是当温度急剧变化时，所产生的挤压应力会使坩埚突然开裂，为此用上述材质的坩埚熔炼金属时的使用寿命短（一般使用寿命仅20天），能源消耗大，使生产率和经济效益下降。

本发明的目的在于提供一种用金属陶瓷和耐热铸铁制成的复合坩埚，以显著地提高坩埚的使用寿命，从而取得良好的经济效益。并提供制备这种坩埚的方法。

本发明的复合坩埚由内外两层构成，外层为耐热铸铁层，内层为金属陶瓷层，其厚度以外层15-35mm，内层为10-15mm为好。所说的金属陶瓷层是由金属AL、半导体硅、NbMn-1合金，Ni-Cr合金和SiO₂Al₂O₃及SiC陶瓷相所组成的非均质的复合材料所构成，所说的耐热铸铁是选用RTSi-6。

本发明的复合坩埚的制备方法为：

（1）混料：将下述组分按如下配比配制（重量的比）200目（0.076mm）的金属铝2%，200目（0.076mm）半导体硅4%，200目（0.076mm）的稀土铌合金7%，φ0.2×25（mm）的金属铬镍丝3%，180目（0.088mm）的一级粘土4%，36目（0.42mm）的SiC25%，100目（0.15mm）的SiC15%，180目（0.088mm）的SiC25%，M₁₀（7μ）的SiC15%，将上述组分在混料机上干混15分钟以上。

（2）将其量为上述组分之重量和的10-12%的结合剂加入经干混好的上述组份中，进行不少于20分钟的湿碾，所说的结合剂配比为（重量比）：磷酸∶氢氧化铝∶水＝1∶0.25∶1.5。

（3）将经湿碾后的上述配料施于做好的坩埚砂型上;

（4）砂型干燥后，浇铸耐热铸铁水形成毛坯。

（5）所说毛坯经清砂，整形后进行浸渍，浸渍剂的配比为（重量比）为M₁₀（7μ）的Al₂O₃15%，低模数水玻璃85%。

其中干燥以在40℃的温度下干燥48小时为宜，所说的水玻璃模数以1.95为宜，所说的浸渍时间以36小时为宜。

本发明的整个金属陶瓷复合坩埚，由于用金属陶瓷和耐热铸铁直接浇注复合制成，这样就充分利用金属陶瓷的耐高温抗蚀性和耐热铸铁的耐温性及良好的机械强度的骨架支持作用，而形成一综合性能良好的冶金坩埚。

本发明的浇注成型复合工艺，其关键是在金属陶瓷的材料配方中加入了低熔点的金属铝和采用了化学结合剂磷酸铝，在铁水浇注温度下，金属陶瓷中的金属铝首先熔化产生烧结液相，随之磷酸铝进行分解能脱水，使砂模芯上的金属陶瓷很快达到化学结合，极大地降低了金属陶瓷的烧结温度，并极大的缩短了材料的烧成时间。利用浇注铁水的温度对金属进行烧结，并使两种材料同时进行复合，这样既简化了坩埚的复合成型工艺，同时对设备和能源是一项很大的节约。由于物质热胀冷缩的固有属性，当铁水冷却时铸铁收缩，使之铸铁和金属陶瓷紧密地贴合在一起，而达到理想的复合。同时由于材料中含Ni-Cr纤维的交连作用及握固力作用和材料中所含低熔点金属高温下的自发弥补作用，这样就克服了坩埚在使用过程中由于两种复合材料的膨胀系数不同而造成的开裂，从而保证了复合坩埚的实用可靠性。

图为本发明坩埚的纵剖面图：

其中1为耐热铸铁层;2为金属陶瓷层。

本发明的金属陶瓷复合坩埚耐高温大于（1790℃）抗氧化、抗高温热震耐急冷急热。机械强度好，硬度大，耐磨损，该坩埚化学稳定性好，气孔率低，抗蚀性强，可耐熔渣和液体金属及各种酸碱介质的浸蚀，使用中不增铁不沾渣，还具有导热快节省能源的优点。因该坩埚高温性能优良，为此极大地提高了使用寿命，与现有材质的坩埚相比，使用寿命可提高3-5倍。用途范围广，还可做各种耐蚀化工锅用来代替传统的化工用铸铁锅和不锈钢锅。此外，该坩埚结构简单，生产工艺简便，造价低，运输方便等均是该产品之独特的优点。

本发明的实施例：

将200目（0.076mm）的Al₂O₃2%，200目（0.076mm）的半导体硅4%，200目（0.076mm）的包钢稀土铌合金7%，牌号为NbMn-1，φ0.2×25mm的金属Ni-Cr丝3%，牌号为GB-1，180目（0.08mm）的苏洲一级粘土4%，Al₂O₃38-40、SiO₂＞60%，36目（0.42mm）的SiC25%，100目（0.15mm）的Sic15%，180目（0.088mm）的SiC25%，M₁₀（7μ）的SiC15%在S型混料机上混合20分钟，再加入其量为干混料重量的12%，由重量比为：磷酸∶氢氧化铝∶水＝1∶0.25∶1.5的结合剂，然后在湿碾机上湿碾20分钟，将湿碾后的混合料用刮板和模具以适当压力施于做好的砂型上，经在40℃下干燥48小时后合模，再将用冲天炉熔化的RTSi-6耐热铸铁铁水浇入模中，冷却后打箱清砂。整形将浇成的复合坩埚浸于模数为1.95的水玻璃中36小时，即得到成品坩埚，其金属陶瓷层的性能列于表1（表1见文后）。

经滨洲汽车活塞厂试用，使用寿命比传统的石墨坩埚提高5倍以上。

表1

序号项目数据备注

1 耐火度℃ ＞1709

2 体积密度g/cm³3.5～3.7

3 常温耐压强度Kg/cm²＞500

4 显气孔率% 5～7

5 膨胀系数4/度 3.6×10^-6

6 导热系数千卡/米·时·度 8.7

7 急冷急热次数＞50 850℃水冷

Claims

1、一种用于冶金的坩埚，其特征在于：它由外层的耐热铸铁层和内层的金属陶瓷层复合而成。

2、权利要求1的坩埚，其特征在于：所说的金属陶瓷是由金属相铝（Al）、半导体硅、NbMn-1合金、镍（Si）-铬（Cr）合金丝和SiO₂、Al₂O₃及SiC陶瓷相所组成的非均质的复合材料所构成。

3、权利要求1的坩埚，其特征在于：所说的耐热铸铁为RTSi-6耐热铸铁。

4、权利要求1或3中任一项的坩埚，其特征在于：所说的耐热铸铁层厚度为15～35mm，所说的金属陶瓷层厚度为10～15mm。

5、权利要求1的坩埚的制备方法包括如下步骤：

（1）将200目（0.076mm）的金属铝2%，200目（0.076mm）的半导体硅4%;

200目（0.076mm）的稀土铌合金7%，φ0.2×25（mm）的金属Ni-Cr丝3%;

180目（0.088mm）的一级粘土4%，36目（0.42mm）的SiC25%;

100目（0.15mm）的SiC15%，180目（0.088mm）的SiC25%;

7μ的SiC15%进行干混;

（2）将重量为上述干混料之10～12%的结合剂掺入所述干混料中，然后进行湿碾，所说的结合剂的配比为（重量比）：

磷酸∶氢氧化铝∶水＝1∶0.25∶1.5;

（3）将上述经湿碾后的混合料施于坩埚砂型上;

（4）将耐热铸铁水浇入所说的经干燥后的坩埚砂型中;

（5）将经清砂和整形后的复合毛坯进行浸渍，浸渍剂的配比（重量比）为M₁₀（7μ）的Al₂O₃15%，低模数水玻璃85%。

6、权利要求5的方法，其特征在于：所说的稀土铌合金成份牌号为NbMn-1。

7、权利要求5的方法，其特征在于：所说的一级粘土成份为Al₂O₃38-40%，Si₂O＞60%。

8、权利要求5的方法，其特征在于：所说的金属Ni-Cr丝成份牌号为GB-1。

9、权利要求5的方法，其特征在于所说的砂型是在40℃温度下干燥48小时。

10、权利要求5的方法，其特征在于：所说的水玻璃模数为1.95。

11、权利要求5的方法，其特征在于：浸渍时间为36小时。