[发明专利]一种二氧化锆短纤与碱式硫酸镁晶须复合增强氧化镁基坩埚及其制备方法

说明书

本发明公开了一种能在低温下实现烧结的、化学稳定性和抗热震性优异的二氧化锆短纤与碱式硫酸镁晶须复合增强氧化镁基坩埚的制备方法，该方法包括步骤：(1)按照质量百分比将15％～25％纳米铝溶胶，0.8％～1.5％流变剂，其余为含纳米氧化镧、二氧化锆短纤、碱式硫酸镁晶须的电熔氧化镁陶瓷粉料进行配料，添加去离子水经球磨混合均匀，然后经真空排气制成固含量为70％～80％的陶瓷浆料；(2)制备坩埚素坯；(3)将干燥的素坯放入烧结炉内，进行高温烧结，随炉冷却得到氧化镁基坩埚毛坯；(4)将氧化镁基坩埚毛坯在铝溶胶中进行真空浸渗处理，然后进行表面磨光处理，烘干后进行高温二次烧结，随炉冷却至室温得到氧化镁基坩埚。

技术领域

本发明涉及一种氧化镁基坩锅及其制备方法，具体是二氧化锆短纤与碱式硫酸镁晶须复合增强氧化镁基坩埚及其制备方法，属于金属材料与冶金领域。本发明所制备的氧化镁基坩埚特别适用于镁及其合金熔炼。

背景技术

近年来，轻量化的需求使镁合金和铝合金应用获得了快速的发展，无论是变形镁、铝合金还是铸造镁、铝合金的生产都离不开熔铸设备。镁的化学性质活泼，极易与氧、氮及水蒸气发生化学反应，熔化与精炼过程中容易氧化烧损，并且生成的产物残留在镁中会恶化制品的内部质量和性能，坩埚炉连续熔炼时熔化的合金液不与火焰接触，合金元素氧化烧损低，因此，坩埚炉熔炼尽管受坩埚容量的限制，但仍是熔炼镁合金普遍采用的设备。对铝合金来说，除大型制造企业已较多采用大型反射炉外，坩埚炉至今仍是中小型铸造企业熔铸铝合金的主要设备。

坩埚是决定坩埚炉熔炼质量的关键，工业上应用的金属熔铸坩埚主要是铁质坩埚(如铸铁、不锈钢)和非金属坩埚两种。铁质坩埚(碳钢、不锈钢等)是目前镁、铝合金熔铸普遍采用的坩埚，但在加热过程中熔融的合金液和液态熔剂容易腐蚀坩埚而降低其使用寿命，并且铁容易进入熔融的合金液中而污染合金。在非金属坩埚中，石墨坩埚强度低，操作不当或受热不均匀时坩埚容易破裂，并且用久之后导热性明显下降，因此，石墨坩埚目前很少采用。

陶瓷坩埚的应用极大地促进了冶金工业特别是核材料特殊冶炼的发展。镁合金熔炼采用陶瓷坩埚或陶瓷内衬可以最大限度地避免镁合金熔铸过程中使用铁质坩埚混入Fe、Cu、Cr等有害元素，提高镁合金制品的耐腐蚀性。尽管镁合金的熔炼温度不高(与铝合金相近，700℃左右)，但镁合金的化学性质非常活泼，MgO的标准生成自由焓很低，在熔炼过程中极易氧化，生成的疏松氧化镁不能对熔体提供保护并且产生的热量会加速氧化燃烧；另一方面，镁的蒸气压相当高(727℃时为1037Pa)，镁合金液和蒸气极易渗入到多孔陶瓷材料的内部并与之反应，反应产物与陶瓷基质的热膨胀系数、弹性模量等物理性能不同，容易产生应力使反应产物从陶瓷基质上脱落，导致陶瓷的变质、结构疏松和损坏并污染合金熔体，如活性很高的镁熔体非常容易与目前已获得广泛应用的Al₂O₃，ZrO₂，SiC、SiO₂陶瓷基体坩埚材料发生(1)～(4)式反应而迅速损坏并污染镁合金熔体，因此，镁合金熔炼用陶瓷材料的要求更加苛刻，现有Al₂O₃，ZrO₂，SiC、SiO₂基陶瓷坩埚并不适合于镁和镁合金熔铸，关于镁合金熔炼用陶瓷材料的相关报道较少。

3Mg_(l)+Al₂O_3(s)＝3MgO_(s)+2Al_(l) (1)

2Mg(l)+ZrO₂(s)＝2MgO(s)+Zr(s) (2)

6Mg(l)+4Al(l)+3SiC(s)＝3Mg₂Si(s)+Al₄C₃(s) (3)

4Mg(l)+SiO₂(s)＝2MgO(s)+Mg₂Si(s) (4)