一种高温合金熔炼用氧化铝坩埚及其制备方法与流程

本发明属于无机非金属材料领域，尤其是涉及一种高温合金熔炼用氧化铝坩埚及其制备方法。

背景技术：

1、坩埚是真空感应熔炼高温合金的关键部件。高温合金熔炼对坩埚的要求极高，坩埚在熔炼合金时需要承受高温，在熔炼结束后迅速冷却，要在使用期间承受不断重复的加热冷却过程，因此要求坩埚具备优良力学性能和热震稳定性。

2、注浆成型可以制备出大尺寸或者结构形状比较复杂的陶瓷，且该方法成本较低，因此，注浆成型工艺普遍用于高性能陶瓷的成型。氧化铝陶瓷是氧化物陶瓷中应用普遍的陶瓷材料，氧化铝陶瓷具有较高的机械强度,硬度大,耐磨性好，化学稳定性优良等优点。氧化铝陶瓷材料具有很多优良性能，但这种材料脆性大，在高温环境下抗热冲击性能较差，在高温环境下使用的陶瓷材料需要经热应力的作用以及温度骤变的热震冲击等。由于温度的急剧变化引起的热冲击很大，如果可以提高材料的抗热震性，就可以削减应力峰，从而缓和应力集中，防止裂纹的萌生和拓展。研究制备抗热震性好，热膨胀系数小，化学稳定性好的高温合金熔炼用氧化铝坩埚具有非常重要的意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种高温合金熔炼用氧化铝坩埚及其制备方法。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种高温合金熔炼用氧化铝坩埚，由包括如下重量份数的组分制备而得：

4、

5、优选地，所述氧化铝粉由两种粒度不同的氧化铝粉体级配而成，以质量份数计，所述氧化铝粉的粒度级配为：

6、0.1-0.5μm 20-40份；

7、2-5μm 15-50份。

8、优选地，所述石英粉由两种粒度不同的石英粉体级配而成，以重量份数计，所述石英粉的粒度级配为：

9、20-100μm 15-25份；

10、200-500μm 15-35份。

11、优选地，所述硅溶胶固含量在10％-30％，粒径范围在5-50nm。

12、优选地，所述锆溶胶固含量在10％-30％，粒径范围在5-50nm。

13、第二方面，本发明提供了上述高温合金熔炼用氧化铝坩埚的制备方法，具体包括如下步骤：

14、s1：将各种原料进行混合，制备得到浆料；

15、s2：将浆料注入指定形状的石膏模具中固化成型，得到指定形状的素坯；

16、s3：待浆料固化成型后，将脱模后的素坯恒温干燥20-30小时，而后继续将素坯置于烘箱中恒温干燥20-30小时；

17、s4：干燥完成后，将素坯放置于无压烧结炉中在目标温度下烧结，烧结完成后，随炉冷却，即制得高温合金熔炼用氧化铝坩埚。

18、优选地，步骤s2中石膏模具的膏水比值为1-1.5。

19、优选地，步骤s2中固化时间为1-3h。

20、优选地，步骤s3中恒温干燥温度为40-80℃。

21、优选地，步骤s4中烧结温度为1200-1450℃。

22、优选地，步骤s2中浆料注入石膏模具中选用双面注浆的方式。

23、优选地，步骤s2中的石膏模具采用分瓣的形式组合而成。

24、相对于现有技术，本发明具有以下优势：

25、(1)本发明采用合适的粒径比的原料可以制备出高固含量、低粘度的浆料，这种浆料有利于提高注浆成型过程中的浇注性能，良好的浇注性能更有利于提高材料的力学性能。同时，粗细颗粒的结合形成了网络结构，使颗粒之间更加致密。石英在低温下形成液相，可以促进烧结的进行，从而提高材料的强度。

26、(2)本发明制备的高温合金熔炼用氧化铝坩埚，通过引入硅溶胶和锆溶胶原位生成硅酸锆，硅酸锆的存在增加了坩埚的耐热性能，从而阻止了坩埚在经受急冷急热环境下裂纹的扩展，有效提高了坩埚的抗热震性。

27、(3)本发明制备的高温合金熔炼用氧化铝坩埚，密度高且具有一定的孔隙率，适当的孔隙率可以提高氧化铝坩埚的抗热震性，制备的氧化铝坩埚经使用试验后无裂纹出现，延长了氧化铝坩埚的使用寿命。

28、(4)本发明制备的高温合金熔炼用氧化铝坩埚，在较低的温度下烧结制成，可以降低生产成本。

29、(5)本发明制备的高温合金熔炼用氧化铝坩埚，采用注浆成型的成型方法制成，注浆成型是基于多孔石膏模具能够吸收水分的特性，将陶瓷粉料分散于水溶液中制成具有良好流动性的浆料，然后注入多孔石膏模具内，通过模具的毛细管力吸收浆料内的水分，水分被多孔石膏模具吸入，经一段时间后浆料固化，便形成了具有一定厚度的均匀层，且注浆成型所需成本低，可以制备大尺寸和复杂形状的坩埚。

技术特征：

1.一种高温合金熔炼用氧化铝坩埚，其特征在于：由包括如下重量份数的组分制备而得：

2.根据权利要求1所述的高温合金熔炼用氧化铝坩埚，其特征在于：所述氧化铝粉由两种粒度不同的氧化铝粉体级配而成，以质量份数计，所述氧化铝粉的粒度级配为：

3.根据权利要求1所述的高温合金熔炼用氧化铝坩埚，其特征在于：所述石英粉由两种粒度不同的石英粉体级配而成，以重量份数计，所述石英粉的粒度级配为：

4.根据权利要求1所述的高温合金熔炼用氧化铝坩埚，其特征在于：所述硅溶胶固含量在10％-30％，粒径范围在5-50nm。

5.根据权利要求1所述的高温合金熔炼用氧化铝坩埚，其特征在于：所述锆溶胶固含量在10％-30％，粒径范围在5-50nm。

6.权利要求1-5任一所述的高温合金熔炼用氧化铝坩埚的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的高温合金熔炼用氧化铝坩埚的制备方法，其特征在于：步骤s2中石膏模具的膏水比值为1-1.5；优选地，步骤s2中固化时间为1-3h。

8.根据权利要求6所述的高温合金熔炼用氧化铝坩埚的制备方法，其特征在于：步骤s3中恒温干燥温度为40-80℃。

9.根据权利要求6所述的高温合金熔炼用氧化铝坩埚的制备方法，其特征在于：步骤s4中烧结温度为1200-1450℃。

10.根据权利要求6所述的高温合金熔炼用氧化铝坩埚的制备方法，其特征在于：步骤s2中浆料注入石膏模具中选用双面注浆的方式；优选地，步骤s2中的石膏模具采用分瓣的形式组合而成。

技术总结
本发明提供了一种高温合金熔炼用氧化铝坩埚及其制备方法，氧化铝坩埚由包括如下重量份数的组分制备而得：氧化铝粉55‑70份；石英粉30‑50份；硅溶胶0.5‑3份；锆溶胶0.5‑3份；去离子水17‑22份；分散剂0.1‑0.5份。本发明所述的高温合金熔炼用氧化铝坩埚，通过引入硅溶胶和锆溶胶原位生成硅酸锆，硅酸锆的存在增加了坩埚的耐热性能，从而阻止了坩埚在经受急冷急热环境下裂纹的扩展，有效提高了坩埚的抗热震性。

技术研发人员：范红娜,樊嘉显,李敏敏,李鑫,齐长见,张天宇
受保护的技术使用者：中航装甲科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12