一种用于多晶坩埚的铸造模具及方法与流程

本发明涉及多晶坩埚成型技术领域，尤其涉及一种用于多晶坩埚的铸造模具及方法。

背景技术：

目前，现有的坩埚主要通过烧结成型或压制成型两种方式制成，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，而通过烧结成型或压制成型，成型工艺繁杂，生产成本高且废品率高。另外，通过烧结成型或压制成型的坩埚质地不均匀，容易存在缺陷，使得坩埚的平均寿命短，容易破裂以及破碎，耐用性差，可重复使用次数少，增大了使用坩埚进行熔化金属以及其它需要高温熔化的颗粒的成本。

技术实现要素：

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，提供一种用于多晶坩埚的铸造模具，通过该铸造模具铸造成型的多晶坩埚具有耐热性好、韧性好、稳定性高、不易破裂以及破碎、且耐用性好。另外，本发明还提供一种用于多晶坩埚的铸造方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于多晶坩埚的铸造模具，边模块，所述边模块设有若干，若干所述边模块上均开设有用于限定坩埚的外侧壁结构的轮廓槽，若干所述边模块贴靠合模，所述轮廓槽围成一一端敞口另一端封堵的空腔；中心模，用于限定坩埚的内侧壁结构，所述中心模从所述空腔的敞口端伸入所述空腔内，且止抵在所述空腔的敞口端上将所述敞口端封堵，所述中心模伸入所述空腔内的部分与所述边模块的轮廓槽之间形成用于铸造所述多晶坩埚的铸造型腔；锁紧件，用于对所述边模块和中心模进行锁紧固定；模具上还开设有与所述铸造型腔连通的浇道；所述边模块的内侧壁和中心模的侧壁上均涂有耐高温的保护层。

本发明的有益效果是：本发明的多晶坩埚通过铸造成型，相对于通过烧结或压制成型的多晶坩埚，其生产工艺简单、生产效率高，从而可以降低生产成本，且铸造成型的多晶坩埚质地均匀，使得铸造成型的多晶坩埚具有耐热性好、韧性好、稳定性高、且不易破裂以及破碎的优点；由此，能多次重复使用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。另外，边模块和中心模的侧壁上均涂有耐高温的保护层，从而对边模块、中心模进行保护。

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，所述保护层由氧化锆30％-50％、氧化钇10％-20％、氧化镧5％-10％、氧化钨5％-10％、粘结剂25％-35％混合制成浆并涂覆在所述边模块、中心模的侧壁上后干燥形成；保护层含有氧化锆、氧化钇、氧化镧和氧化钨，使得保护层能承受高达2500℃左右的高温，从而对边模块、中心模进行保护。

进一步，所述边模块设置有两块，两块所述边模块合模围设在所述中心模的周侧，所述边模块的轮廓槽与所述中心模伸入所述空腔内的部分的侧壁之间形成所述铸造型腔。将边模块设置有两块，边模块的数量少，便于将边模块快速合模或脱模，且有利于通过锁紧件进行牢固地锁紧固定。

进一步，所述边模块、中心模的材质均为石墨，且所述边模块和中心模的侧壁上均涂有耐高温的保护层。石墨熔点为3652℃，边模块、中心模的材质为石墨，且所述边模块、中心模的侧壁上均涂有耐高温的保护层，在进行坩埚铸造时，保护层防止石墨与空气接触，从而对边模块、中心模进行保护，边模块、中心模的形状不会受到影响，保护层可根据需要进行调节。

进一步，所述边模块与所述中心模止抵连接的一端开设有卡槽，若干所述边模块合模后，所述卡槽构成环卡槽；所述中心模包括：模身，模身止抵在所述边模块上时，所述模身伸入所述空腔内且与所述边模块的轮廓槽之间形成所述铸造型腔；模头，所述模头连接在所述模身上，所述模头与所述锁紧件连接固定；凸环，所述凸环环设在所述模身外侧壁上且靠近所述模头设置，所述中心模止抵在所述边模块上时，所述凸环适配止抵在所述环卡槽上将所述所述敞口端封堵。中心模包括模身、模头和凸环，凸环适配止抵在所述环卡槽上，实现对所述所述敞口端进行封堵；模身伸入所述空腔内且与所述边模块的轮廓槽之间形成所述铸造型腔，而设有模头，便于在铸造完成后通过旋转模头使得中心模与铸造成型的坩埚松动后将中心模从坩埚的内侧脱出。

进一步，所述凸环上间隔设有若干卡耳，所述环卡槽与凸环止抵连接的端面内侧开设有与所述卡耳适配卡接的凹槽；有利于对中心模进行定位。

进一步，所述锁紧件为锁紧块，所述锁紧块上开设有与所述边模块适配锁紧的锁紧槽，所述锁紧块上还开设有与所述模头适配锁紧的模头锁槽，所述锁紧槽与所述模头锁槽连通；便于将边模块安装在所述锁紧槽上，且便于将中心模安装在所述模头锁槽上，从而实现对边模块、中心模进行固定以及锁紧。

进一步，所述边模块远离所述锁紧块的一端还均开设有用于围设形成所述浇道的浇道槽，所述浇道槽与所述边模块的轮廓槽相连通，有利于向模具内浇入熔体进行铸造。

进一步，所述锁紧件包括：边模块锁紧块，所述边模块锁紧块上开设有用于对若干合模后的所述边模块进行锁紧的通槽；中心模固定块，所述边模块锁紧块上开设有用于对若干合模后的所述边模块进行固定的固定槽。

另外，本发明提供的一种用于多晶坩埚的铸造方法，包括如下步骤：

步骤1，将上述的用于多晶坩埚的铸造模具合模形成铸造型腔并通过锁紧件锁紧固定；

步骤2，按原料总重量的百分含量计，称取如下原料：熔融石英25％-35％、低气孔率刚玉25％-35％、氧化锆10％-40％、氧化铬10％-30％。

步骤3，然后将熔融石英、低气孔率刚玉、氧化锆和氧化铬进行混合均匀后加入到电熔炉中进行电熔行电熔，将原料熔解形成熔体；

步骤4，将熔体从所述浇道浇入并填充用于铸造坩埚的铸造型腔内，浇注完成后进行冷却；

步骤5，脱模；即可得所述多晶坩埚。

本发明的采用低气孔率刚玉，有利于提高成型的多晶坩埚的耐热性、韧性以及稳定性；再者，本发明的熔融石英、低气孔率刚玉、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，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，从而成型的多晶坩埚具有耐热性好、韧性好、稳定性高、抗侵蚀性强，且不易破裂以及破碎的优点。再者，氧化镧具有结晶致密化的作用，增大低气孔率刚玉的密度，提高低气孔率刚玉的致密性，从而提高低气孔率刚玉的品质。

由此，铸造成型的多晶坩埚具有耐热性好、韧性好、稳定性高、且不易破裂以及破碎的优点；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。

附图说明

图1为本发明的用于多晶坩埚的铸造模具的整体结构示意图；

图2为图1省掉一块边模块后的结构示意图；

图3为图2省掉铸造成型的坩埚后的结构示意图；

图4为图3摆正后的主视图；

图5为图3拆掉另一块边模块后后的结构示意图；

图6为图5拆掉中心模后的结构示意图；

图7为本发明的中心模与边模合模的结构示意图；

图8为图7拆掉一块边模后的结构示意图；

图9为本发明的边模块的结构示意图；

图10为图1倒置后的结构示意图；

图11为本发明实施例二的结构示意图；

图12为图11省掉一块边模后的结构示意图；

图13为图12边模块和中心模后的结构示意图；

图14为本发明实施例三的边模块的结构示意图；

图15为本发明实施例三的边模块、中心模固定块连接的的结构示意图；

图16为本发明的中心模的结构示意图；

图17为本发明的坩埚的结构示意图。

其中，附图中的标记分别为：

1、边模块，2、中心模，3、锁紧块，4、坩埚，5、中心模固定块，6、边模块锁紧块，10、浇道，11、浇道槽，12、铸造型腔，13、轮廓槽，14、卡槽，15、卡口，16、圆弧槽，17、凹槽，18、环卡槽，20、模身，21、凸环，22、模头，30、锁紧槽，31、模头锁槽，50、固定槽，60、通槽，211、卡耳。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，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：

如图1至图9、图17所示，本实施例提供的一种用于多晶坩埚的铸造模具，边模块1，边模块1设有若干，若干边模块1上均开设有用于限定坩埚的外侧壁结构的轮廓槽13，若干边模块1贴靠合模，轮廓槽13围成一一端敞口另一端封堵的空腔；中心模2，用于限定坩埚的内侧壁结构，中心模2从空腔的敞口端伸入空腔内，且止抵在空腔的敞口端上将敞口端封堵，中心模2伸入空腔内的部分与边模块1的轮廓槽13之间形成用于铸造多晶坩埚的铸造型腔12；锁紧件，用于对边模块1和中心模2进行锁紧固定；模具上还开设有与铸造型腔12连通的浇道10；所述边模块1的内侧壁和中心模2的侧壁上均涂有耐高温的保护层。

具体的，本实施例的中心模2和边模块1合模形成用于铸造多晶坩埚的铸造型腔12，再通过锁紧件将中心模2和边模块1锁紧固定，便可以向铸造型腔12浇入适量的熔体填满铸造型腔12，冷却后形成坩埚4。本实施例的坩埚4一端敞口，另一端封堵，其敞口端呈中空圆柱结构，其封堵端呈球面结构。再者，本实施例的铸造模具的铸造型腔12的结构具体根据需要铸造成型的坩埚4的形状结构适应，对于不同规格的坩埚4，需要不同的铸造模具进行铸造。另外，锁紧件的具体结构以及锁紧边模块1的方式可有多种，能实现在铸造时边模块1保持合模状态便可。

具体的，所述保护层由氧化锆30％-50％、氧化钇10％-20％、氧化镧5％-10％、氧化钨5％-10％、粘结剂25％-35％混合制成浆并涂覆在所述边模块1、中心模2的侧壁上后干燥形成；保护层含有氧化锆、氧化钇、氧化镧和氧化钨，使得保护层能承受高达2500℃左右的高温。

具体的，保护层的厚度可以根据需要适当的调节，增加保护层的厚度，可降低中心模2和边模块1的材质承受高温要求；而中心模2和边模块1的材质承受较高的高温，则可以适当减小保护层的厚度。而涂上保护层后，铸造成型的坩埚的尺寸略小于中心模2伸入空腔内的部分与边模块1的轮廓槽13之间形成用于铸造多晶坩埚的铸造型腔12；但保护层的厚度较小，对铸造成型的坩埚的尺寸影响不大；当保护层的厚度时，需要将保护层的厚度考虑在内，并选用尺寸大一些的模具，在选用模具上涂有保护层后，铸造型腔内的保护层之间限定出需要成型的规格的坩埚。

具体的，保护层是为了防止高温的熔体对熔化或侵蚀模具，由此，可以只对与熔体有接触的中心模的外侧壁与边模块的内侧壁进行涂保护层，另外，可以通过空气冷却等方式对未涂有保护层的侧壁进行降温处理；当然，也可以将整个中心模和边模块涂覆保护层。

具体的，本实施例的边模块1、中心模2的材质均为石墨，且所述边模块1、中心模2的侧壁上均涂有耐高温的保护层。石墨熔点为3652℃，边模块1、中心模2的材质为石墨。在进行坩埚铸造时，保护层防止石墨与空气接触，从而对边模块1、中心模2进行保护，边模块1、中心模2的形状不会受到影响。另外，边模块1、中心模2的材质还可以采用能承受3000℃左右高温的材质制成，只要能确保在铸造过程中边模块1和中心模2不被高温的熔体熔解或影响其外形结构便可。本实施例的边模块1可以设有两块，也可以设置成三块或四块。当设有两块边模时，两块边模上各上开设用于铸造成型坩埚的一半的轮廓槽13，两块边模合模，再与中心模2合模，便可以形成铸造型腔12；而当设有三块边模块1时，每块边模开设有三分之一的轮廓槽13，总之，若干块边模块1合模后能与中心模2合模形成用于铸造坩埚的铸造型腔12。

具体的，本实施例的铸造模具在使用时，可以竖直固定后进行铸造，也可以倾斜固定后进行铸造，浇注熔体的方式可以利用漏斗进行浇注，为了防止漏斗被高温的熔体熔化，本实施例的漏斗的材质为石墨，且至少在漏斗的侧壁上均涂有上述耐高温的保护层。

具体的，本实施例的多晶坩埚通过铸造成型，相对于通过烧结或压制成型的多晶坩埚，其生产工艺简单、生产效率高，从而可以降低生产成本，且铸造成型的多晶坩埚质地均匀，使得铸造成型的多晶坩埚具有耐热性好、韧性好、稳定性高、且不易破裂以及破碎的优点；由此，能多次重复使用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。另外，为了便于脱模，还可以在边模块1、中心模2上涂上脱模剂，以便于脱模。

在本发明的一个实施例中，如图1至图9所示，边模块1设置有两块，两块边模块1合模围设在中心模2的周侧，边模块1的轮廓槽13与中心模2伸入空腔内的部分的侧壁之间形成铸造型腔12。具体的，本实施例将边模块1设置有两块，边模块1的数量少，便于将边模块1快速合模或脱模，且有利于通过锁紧件进行牢固地锁紧固定。

在本发明的一个实施例中，如图9、图14和图16所示，边模块1与中心模2止抵连接的一端开设有卡槽14，若干边模块1合模后，卡槽14构成环卡槽18；中心模2包括：模身20，模身20止抵在边模块1上时，模身20伸入空腔内且与边模块1的轮廓槽13之间形成铸造型腔12；模头22，模头22连接在模身20上，模头22与锁紧件连接固定；凸环21，凸环21环设在模身20外侧壁上且靠近模头22设置，中心模2止抵在边模块1上时，凸环21适配止抵在环卡槽18上将敞口端封堵。

具体的，本实施例的中心模2包括模身20、模头22和凸环21，凸环21适配止抵在环卡槽18上，实现对敞口端进行封堵；模身20伸入空腔内且与边模块1的轮廓槽13之间形成铸造型腔12，而设有模头22，便于在铸造完成后通过旋转模头22使得中心模2与铸造成型的坩埚松动后将中心模2从坩埚的内侧脱出。

在本发明的一个实施例中，如图7、图8和图16所示，凸环21上间隔设有若干卡耳211，环卡槽18与凸环21止抵连接的端面内侧开设有与卡耳211适配卡接的凹槽17。具体的，本实施例的卡耳211卡接在凹槽17内，有利于对中心模2进行定位。具体的，本实施例的边模块1的合模面上开设有卡口15，本实施例的凹槽17由两块边模上设有的卡口15合模后形成；另外，凹槽17也可以设置成单独开设在边模块1上。

在本发明的一个实施例中，如图1至图6、图10所示，锁紧件为锁紧块3，锁紧块3上开设有与边模块1适配锁紧的锁紧槽30，锁紧块3上还开设有与模头22适配锁紧的模头锁槽31，锁紧槽30与模头锁槽31连通。具体的，本实施例的锁紧块3上开设有锁紧槽30和模头锁槽31，便于将边模块1安装在锁紧槽30上，且便于将中心模2安装在模头锁槽31上，从而实现对边模块1、中心模2进行固定以及锁紧。

具体的，本实施例的锁紧块3的材质为石墨，锁紧块3也涂有上述耐高温的保护层；另外，可以通过空气散热等方式对锁紧块3进行散热，从而锁紧块3也可以由其它材质制成。

具体的，如图1至图6所示，锁紧块3水平设置，中心模2竖直安装在锁紧块3上。具体的，本实施例的锁紧块3水平设置，中心模2竖直安装在锁紧块3上，有利于向模具内浇入熔体进行铸造，且有利于成型的坩埚质地均匀。

在本发明的一个实施例中，如图2至图4所示，边模块1远离锁紧块3的一端还均开设有用于围设形成浇道10的浇道槽11，浇道槽11与边模块1的轮廓槽13相连通。本实施例的浇道槽11与边模块1的轮廓槽13相连通，有利于向模具内浇入熔体进行铸造，本实施例的浇道槽11具体开设在两块边模块1的合模面上，且位于合模面的中间位置。

本发明提供的一种用于多晶坩埚的铸造方法，包括如下步骤：

步骤1，将上述的用于多晶坩埚的铸造模具合模形成铸造型腔12并通过锁紧件锁紧固定；

步骤2，按原料总重量的百分含量计，称取如下原料：熔融石英25％-35％、低气孔率刚玉25％-35％、氧化锆10％-40％、氧化铬10％-30％。

步骤3，然后将熔融石英、低气孔率刚玉、氧化锆和氧化铬进行混合均匀后加入到电熔炉中进行电熔行电熔，将原料熔解形成熔体；

步骤4，将适量的的熔体浇入用于铸造坩埚的模具的铸造型腔内，并将熔体从浇道10浇入并填充用于铸造坩埚的铸造型腔12内，浇注完成后进行冷却；

步骤5，脱模；即可得多晶坩埚；具体的，脱模即为将边模块1和中心模2脱离铸造成型的坩埚4，在本实施例中，坩埚4铸造成型后，将边模块1和中心模2一块从锁紧块3中撤出，再将边模块1往两侧脱下，之后再转动模头22或将中心模2固定并转动坩埚4使得中心模2与坩埚4松动，接着将中心模2从坩埚4中撤出便可。

具体的，称取上述原料只要在数值范围内的组合均可；具体的，在使用本实施例的模具进行铸造坩埚时，若经过一次或若干次铸造后保护层脱落或破损，则需要重新涂保护层。

本实施例的采用低气孔率刚玉，有利于提高成型的多晶坩埚的耐热性、韧性以及稳定性；具体的，本实施例采用的低气孔率刚玉的气孔率可达1％以下，低气孔率刚玉的密度为4.0g/cm³以上。低气孔率刚玉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按原料总重量的百分含量计，称取如下原料：氧化铝85％-95％、氧化钇2％-8％、氧化镧3％-7％；然后将氧化铝、氧化钇和氧化镧进行混合均匀后加入到电熔炉中进行电熔行电熔，将氧化铝、氧化钇和氧化镧熔解；电熔致原料完全熔解，电熔结束，进行精炼，精炼完成后冷却结晶形成球状结晶体，即可得所述低气孔率刚玉。具体的，称取上述原料只要在数值范围内的组合均制得符合要求的低气孔率刚玉。

再者，本发明的熔融石英、低气孔率刚玉、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，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，从而成型的多晶坩埚具有耐热性好、韧性好、稳定性高、抗侵蚀性强，且不易破裂以及破碎的优点。再者，氧化镧具有结晶致密化的作用，增大低气孔率刚玉的密度，提高低气孔率刚玉的致密性，从而提高低气孔率刚玉的品质。从而，铸造成型的多晶坩埚具有耐热性好、韧性好、稳定性高、且不易破裂以及破碎的优点；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。

实施例二：

本实施例二与实施例一相似，其区别在于，如图11至图13所示，本实施例的锁紧件包括：边模块锁紧块6，边模块锁紧块6上开设有用于对若干合模后的边模块1进行锁紧的通槽60；中心模固定块5，边模块锁紧块6上开设有用于对若干合模后的边模块1进行固定的固定槽50。

具体的，边模块锁紧块6的材质为石墨，边模块锁紧块6也涂有上述耐高温的保护层；另外，可以通过空气散热等方式对边模块锁紧块6进行散热，从而边模块锁紧块6也可以由其它材质制成。

具体的，本实施例通过边模块锁紧块6对边模块1进行锁紧固定，通过中心模固定块5对中心模2进行固定。将本实施例的边模块锁紧块6从若干合模后的边模上端套在若干边模块1的外侧，从而将边模块1锁紧，为了更好地锁紧边模块1，可以适当将对边模块1的上端打磨，将其上端的尺寸磨小使其递减小于下端的尺寸，以便于套上边模块锁紧块6时，边模块锁紧块6能卡在边模块1的中部位置，从而实现向下套设边模块锁紧块6将边模块1锁紧，向上撤出边模块锁紧块6可将边模块1松开；另外，还可能通过插销来将边模块锁紧块6锁固在边模块1的中部位置将边模块1锁紧合模在一起。

实施例三：

本实施例三与实施例一相似，其区别在于，在本实施例一的基础上进行改进，如图13至图15所示，本实施例的边模块1与锁紧件安装的一端端部的外侧壁的拐角处开圆弧槽16，对应的，本实施例的锁紧件上的用于锁紧边模块1的锁紧槽30的拐角处对应设成圆弧形状结构；边模块1安装在锁紧槽30上时，边模块1的圆弧槽16与锁紧槽30的拐角贴靠。

具体而言，利用本发明的多晶坩埚模具进行铸造坩埚，相对于通过烧结或压制成型技术，其生产工艺简单、生产效率高，从而可以降低生产成本，且铸造成型的多晶坩埚质地均匀，使得铸造成型的多晶坩埚具有耐热性好、韧性好、稳定性高、且不易破裂以及破碎的优点；由此，能多次重复使用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。

另外，除本实施例公开的技术方案以外，对于本发明的石墨、氧化铝、浇注装置、氧化铝的熔解等可参考本技术领域的常规技术方案，而这些常规技术方案也并非本发明的重点，本发明在此不进行详细陈述。

在本发明中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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。