用于熔炼钛及钛合金的耐火材料、应其用及制备坩埚的方法【技术领域】。[0002]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。钛合金不能得到广泛的应用，主要是碍于其高昂的价格。在其成本构成之中，熔炼费用占30%~40%。[0003]目前，工业中常用自耗电极电弧炉配搭水冷铜坩埚作为冶金钛及钛合金的装置。但是水冷铜坩埚带走大量的热量，严重浪费能源，且造成热场不均匀，使得钛及钛合金组织不均匀，影响其使用性能。此外各国研究者都在寻求低能耗的新熔炼方法。真空坩埚感应冶炼技术具有两大突出优点:首先，由于它没有强制水冷系统，因此能耗低；其次真空感应炉有着强烈的电磁搅拌，且能保持150°C -200°C的较高的过热度，这有利于消除成分偏析，得到冶金质量良好的钛材。但真空感应炉冶炼首要前提是必须要有与钛及钛合金熔体不发生化学反应的坩埚材料，另外有采用氧化物耐火材料作为熔炼容器，但是钛及钛合金在熔融状态下，钛的化学活性大，在目前的熔炼条件下，几乎会和所有常用的耐火材料发生不同程度的反应，因此普通的耐火材料，氧化铝、氧化镁和氧化硅等，均不适合作为冶炼钛及钛合金的坩埚材料。
[0004]为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种用于熔炼钛及钛合金的耐火材料，材料中包含稳定的复合氧化物SrZrO3，对于金属熔体有很高的抗腐蚀性，本发明耐火材料几乎不与活泼金属发生反应，性能稳定，能作为潜在的钛及钛合金熔炼坩埚的耐火材料，采用本发明耐火材料制备的复合材料坩埚低成本，寿命长，制备工艺简单，本发明制备的复合材料坩埚可应用于熔炼高纯净度钛及钛合金。[0005]为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案: 一种用于熔炼钛及钛合金的耐火材料，按照组分质量百分比，其主要成份包括30-44%的Zr02、54~68%的Sr0、(T3%的其他氧化物杂质，其中氧化物杂质为助熔剂和添加剂，助熔剂为氧化钛或氧化铝，添加剂为氮化硼或氧化钇。[0006]一种本发明用于熔炼钛及钛合金的耐火材料在制备复合材料坩埚中的应用，以熔炼钛及钛合金的耐火材料为坩埚本体材料，通过整体烧结成型方式制备复合材料坩埚。
[0007]—种利用本发明用于熔炼钛及钛合金的耐火材料制备复合材料坩埚的方法，包括如下步骤:
①复合材料粉料预处理:按照组分质量百分比，将30~44%的ZrO2、54~68%的SrO、0~5%的助熔剂和0-10%的添加剂混合，配制复合材料粉料，其中添加剂为氮化硼或氧化钇，所述助熔剂为氧化钛或氧化铝，然后将配制好的复合材料粉料进行混合，粉碎，烘干后，制备复合材料粉体，再通过对复合材料粉体进行压力成型，制备复合材料坩埚毛坯；在对复合材料粉体进行压力成型制备复合材料坩埚毛坯过程中，优选向复合材料粉体中加入石蜡或聚乙烯醇缩丁醛，形成预成型复合材料粉体，当加入石蜡时，优选控制石蜡在预成型复合材料粉体中的组分质量百分比含量为f 10%，当加入聚乙烯醇缩丁醛时，优选控制聚乙烯醇缩丁醛在预成型复合材料粉体中的组分质量百分比含量为3~5% ;优选通过固相合成法或水热法制备复合材料粉体；优选采用模压成型方法或等静压成型方法对复合材料粉体进行压力成型，制备复合材料坩埚毛坯；
②坩埚的制备:控制烧结1600-1800?，对在上述步骤中制备的复合材料坩埚毛坯进行烧结成型，烧结完成后，冷却至室温，最终制成复合材料坩埚，按照组分质量百分比，使复合材料坩埚主要成份包括30~44%的Zr02、54~68%的SrO、(T3%的其他氧化物杂质，其中氧化物杂质为助熔剂和添加剂，助熔剂为氧化钛或氧化铝，添加剂为氮化硼或氧化钇。
[0008]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
1.本发明用于熔炼钛及钛合金的耐火材料中的SrO-ZrO2二元系组合物中包含一系列的复合氧化物，其中稳定的复合氧化物SrZrO3熔点达到2600°C，SrZrO3材料对于金属熔体有很高的抗腐蚀性，几乎不与活泼金属发生反应，性能稳定，显著提高了本发明耐火材料的耐热耐腐蚀能力；
2.利用本发明耐火材料制备复合材料坩埚在真空度为IOOPaIX KT3Pa为真空条件或保护气氛下，能在1400-l800°C熔炼钛及钛合金，能达到钛及钛合金纯净熔炼的目的；
3.利用本发明耐火材料制备复合材料坩埚的方法简便，易于控制，适应工业化应用，使用本发明制备的。



[0009]图1是用本发明优选实施例耐火材料制备的坩埚表面与钛合金熔体的界面接触层区域扫描电镜图片。

[0010]本发明的优选实施例详述如下:
在本实施例中，一种用于熔炼钛及钛合金的耐火材料，按照组分质量百分比，其主要成份包括Zr02、SrO、其他氧化物杂质，其中氧化物杂质为助熔剂和添加剂，助熔剂为氧化钛或氧化铝，添加剂为氮化硼或氧化钇。本实施例耐火材料中的SrO-ZrO2 二元系组合物中包含一系列的复合氧化物，其中稳定的复合氧化物SrZrO3熔点达到2600°C，SrZrO3材料对于金属熔体有很高的抗腐蚀性，在高温时几乎不与活泼金属发生反应，性能稳定，显著提高了本发明耐火材料的耐热耐腐蚀能力，是一种性能优异的潜在的钛及钛合金熔炼坩埚的耐火材料。
[0011]本发明用于熔炼钛及钛合金的耐火材料在制备复合材料坩埚中的应用，以熔炼钛及钛合金的耐火材料为坩埚本体材料,通过整体烧结成型方式制备复合材料坩埚，能保证了熔炼钛及钛合金的纯净度。
[0012]利用本发明耐火材料制备复合材料坩埚的方法，包括如下步骤:①复合材料粉料预处理JfSrO-.ZrO2以质量比1.0:0.8配比,配制复合材料粉料,在行星球磨机中混料6h，在1350°C下保温12h后，添加质量比为2%的助熔剂氧化钛，然后在行星球磨机中球磨12h，再将粉料在1200°C保温12h，进行粉料预处理，制备复合材料粉体，向预处理后的复合材料粉体中添加质量比为2%的聚乙烯醇缩丁醛，再通过对复合材料粉体进行等静压压力成型，制备复合材料坩埚毛坯；
②坩埚的制备:将上述步骤中制备的复合材料坩埚毛坯在900°C下素烧，然后在1650°C下保温8H，对完成素烧的复合材料坩埚毛坯进行烧结，烧结完成后，冷却至室温，最终制成复合材料坩埚。
[0013]利用本实施例耐火材料制备复合材料坩埚应用于在真空感应熔炼炉中，在1500°C ±10°C下熔炼钛镍合金，经相关检测，参见图1，从用实施例耐火材料制备的坩埚表面与钛合金熔体的界面接触层区域扫描电镜图片可见，TiNi合金和耐火材料接触的区域明显，接触面界限清楚且较为平整，熔炼后坩埚内外表面完好，坩埚材料并未被熔融钛及钛合金渗透，这就意味在耐火材料并不与合金发生反应，达到钛及钛合金纯净熔炼的目的。[0014]上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明用于熔炼钛及钛合金的耐火材料、应其用及制备坩埚的方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。