本發(fā)明屬于鈹冶金，尤其涉及一種金屬鈹熔煉或純化用坩堝及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、金屬鈹有密度小、比剛度、比熱容、熱導(dǎo)率大和耐腐蝕等優(yōu)秀的物理化學(xué)性質(zhì)及優(yōu)秀的核性能，被應(yīng)用于包括制備衛(wèi)星框架部分和結(jié)構(gòu)、衛(wèi)星鏡體、火箭噴嘴、陀螺儀和導(dǎo)航及武器控制組件、電子封裝、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)高功率激光器的鏡體、核裂變和聚變反應(yīng)堆等領(lǐng)域。

2、目前涉及金屬鈹熔煉領(lǐng)域，如金屬鈹?shù)娜坭T、金屬鈹?shù)恼婵照麴s除雜等，能夠選用的最優(yōu)坩堝均為氧化鈹坩堝，由于金屬鈹十分活潑，會(huì)與石墨、氧化鎂、氧化鋁、氧化鋯等多種坩堝材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此，常規(guī)的氧化鈹坩堝不適合金屬鈹?shù)娜蹮捇蚣兓６趸斲釄宓母叻€(wěn)定性特別適合于熔制純度要求高的金屬，如：be、zr、ti等，也是熔制高純度金屬鈾最好的坩堝材料。然而，氧化鈹坩堝價(jià)格昂貴，是常見(jiàn)坩堝(mgo、al2o3、石墨等坩堝)價(jià)格的數(shù)百倍；另一個(gè)方面，氧化鈹坩堝在制備時(shí)，需要先制備粒徑2-3μm的陶瓷料，再經(jīng)過(guò)成型、燒結(jié)工序得到氧化鈹陶瓷，而在該工藝流程中，氧化鈹粉末的毒性會(huì)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和條件有較高的要求。

3、因此，需要開(kāi)發(fā)一種低成本的用于金屬鈹熔煉或純化的坩堝，以滿(mǎn)足高純鈹制備和高性能金屬鈹熔鑄的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種金屬鈹熔煉或純化用坩堝及其制備方法。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

3、一種金屬鈹熔煉或純化用坩堝，包括金屬氧化物陶瓷坩堝基體，所述金屬氧化物陶瓷坩堝基體內(nèi)壁覆有氧化鈹層。

4、上述的金屬鈹熔煉或純化用坩堝，優(yōu)選的，所述氧化鈹層的厚度為40-100μm。

5、上述的金屬鈹熔煉或純化用坩堝，優(yōu)選的，所述金屬氧化物陶瓷坩堝基體包括氧化鋁坩堝、氧化鎂坩堝中的一種。

6、基于一個(gè)總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種金屬鈹熔煉或純化用坩堝的制備方法，包括以下步驟：

7、（1）取兩個(gè)相同規(guī)格金屬氧化物陶瓷坩堝作為基體，將其中一個(gè)坩堝置于下層并裝入金屬鈹，再將另一個(gè)坩堝倒扣置于上層，組成反應(yīng)容器；

8、（2）將步驟（1）中兩坩堝組成的反應(yīng)容器置于真空熔煉爐中，在負(fù)壓條件下，加熱至鈹熔點(diǎn)以上進(jìn)行熔煉，坩堝內(nèi)壁與金屬鈹反應(yīng)會(huì)在坩堝內(nèi)壁形成氧化鈹層；

9、（3）降低真空熔煉爐的絕對(duì)壓力并保溫，使反應(yīng)容器中的金屬鈹完全揮發(fā)并由兩坩堝間的縫隙逸散；

10、（4）冷卻至室溫，將坩堝中殘留的金屬鈹中高熔點(diǎn)雜質(zhì)清掃后，得到內(nèi)壁覆有氧化鈹層的陶瓷坩堝。

11、上述的制備方法，優(yōu)選的，步驟（1）中，所述金屬鈹?shù)奶砑恿客ㄟ^(guò)以下計(jì)算公式獲得：

12、

13、其中， mbe為金屬鈹?shù)奶砑恿浚瑔挝粸間； mbe和 mbeo分別為be和beo的相對(duì)摩爾質(zhì)量，分別為9g/mol和25g/mol； ρ為beo的密度，約3.01g/cm3， s為反應(yīng)器內(nèi)壁的表面積，單位為cm2； h為熔煉過(guò)程生成的氧化鈹產(chǎn)物層厚度，單位為cm； n為計(jì)算常數(shù)，優(yōu)選取值范圍為20-50。

14、上述的制備方法，優(yōu)選的，步驟（1）中，反應(yīng)容器外部可安裝石墨冷凝裝置，用于收集從反應(yīng)容器中逸散出的鈹蒸汽。

15、上述的制備方法，優(yōu)選的，步驟（2）中，熔煉過(guò)程中，在坩堝內(nèi)壁界面發(fā)生如下反應(yīng)：

16、mgo?(s)?+?be?(l,?g)?=?beo?(s)?+?mg?(g)(1)；

17、al2o3(s)?+?3be?(l,?g)?=?3beo?(s)?+?2al?(g)?(2)。

18、反應(yīng)生成的致密氧化鈹貼附在坩堝內(nèi)壁，形成一層厚度均勻、結(jié)構(gòu)致密、性質(zhì)穩(wěn)定的高熔點(diǎn)產(chǎn)物層，可以保護(hù)坩堝主體內(nèi)部不受金屬鈹?shù)母g，而產(chǎn)物中的mg或al在真空條件下以氣態(tài)形式揮發(fā)。

19、上述的制備方法，優(yōu)選的，步驟（2）中，熔煉溫度控制為1350-1600℃，同時(shí)應(yīng)使反應(yīng)容器整體處于恒溫區(qū)間中，氧化鈹產(chǎn)物層厚度可在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，阻止坩堝與金屬鈹?shù)倪M(jìn)一步反應(yīng)；熔煉過(guò)程絕對(duì)壓力為300-3000pa。在1350-1600℃的熔煉溫度下，金屬鈹?shù)娘柡驼羝麎簽?1-256pa?？刂普婵斩葹?00-3000pa，既能避免金屬鈹過(guò)快大量揮發(fā)導(dǎo)致反應(yīng)不能充分進(jìn)行，又能維持鈹蒸氣和鈹熔體共存體系，相比于常壓下熔煉金屬鈹僅在液面下發(fā)生反應(yīng)，負(fù)壓熔煉可以在上下兩層坩堝的整個(gè)內(nèi)壁生成完整、均勻的氧化鈹產(chǎn)物層。

20、上述的制備方法，優(yōu)選的，步驟（2）中，控制熔煉過(guò)程保溫時(shí)間為3-6h，此時(shí)產(chǎn)物層厚度趨于穩(wěn)定，不再隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而有明顯增長(zhǎng)，說(shuō)明氧化鈹產(chǎn)物層已能夠阻斷金屬鈹對(duì)坩堝的侵蝕。

21、上述的制備方法，優(yōu)選的，步驟（3）中，反應(yīng)的絕對(duì)壓力減小至1-100pa，保溫時(shí)間為0.2-1h，使金屬鈹完全揮發(fā)并由兩坩堝間的縫隙逸散。

22、上述的制備方法，優(yōu)選的，步驟（4）中，冷卻過(guò)程的降溫速率控制為1-10℃/min。氧化鈹產(chǎn)物層在高溫條件下抗熱震性較弱，而且其與基體坩堝的熱膨脹性能也有差異，因此冷卻過(guò)程采用較低的降溫速率可以保證氧化鈹產(chǎn)物層的結(jié)構(gòu)完整性。

23、上述的制備方法，優(yōu)選的，步驟（4）中，所述清掃采用機(jī)械清掃或空氣吹掃。

24、本發(fā)明是基于金屬鈹與金屬氧化物坩堝材料（mgo或al2o3）之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而自發(fā)形成的厚度均一、機(jī)械性能良好的氧化鈹層，具體地，將兩個(gè)常規(guī)金屬氧化物陶瓷坩堝互相倒扣作為基體并組成反應(yīng)容器，在負(fù)壓條件下熔煉金屬鈹，坩堝內(nèi)壁受到鈹熔體和鈹蒸氣的侵蝕會(huì)在表面生成一層致密的氧化鈹產(chǎn)物層，可以隔離坩堝內(nèi)部與金屬鈹，阻止反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，熔煉結(jié)束后提高真空度使反應(yīng)容器中的金屬鈹完全揮發(fā)并由兩坩堝間的縫隙逸散，緩慢冷卻至室溫，將坩堝中殘留的金屬鈹中高熔點(diǎn)雜質(zhì)清掃后，得到兩個(gè)帶氧化鈹內(nèi)襯層的陶瓷坩堝。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

26、（1）本發(fā)明制備的金屬鈹熔煉或純化用坩堝，采用基體坩堝為常規(guī)的金屬氧化物陶瓷坩堝，相較于特種氧化鈹坩堝，在金屬鈹熔煉領(lǐng)域的應(yīng)用上能夠起到與其同水平的效果，在制造成本上可降低成本99%以上。

27、（2）本發(fā)明的金屬鈹熔煉或純化用坩堝，其制備方法相較于直接傳統(tǒng)制備特種氧化鈹坩堝，工藝簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模應(yīng)用，能夠制備復(fù)雜異形坩堝，且規(guī)避了氧化鈹坩堝加工難度大和氧化鈹粉塵的毒性問(wèn)題。

28、（3）本發(fā)明的制備方法，與傳統(tǒng)的物理噴涂法相比，本發(fā)明的氧化鈹層為由純化學(xué)反應(yīng)過(guò)程生成的產(chǎn)物保護(hù)層，具有厚度均一、表面缺陷少、物料利用率高、效率高的優(yōu)點(diǎn)。

29、（4）本發(fā)明的制備方法中，使用的設(shè)備為真空熔煉爐，為金屬鈹熔煉、純化工藝中常見(jiàn)的設(shè)備，無(wú)需額外涂層制備設(shè)備，設(shè)備利用率高。

30、（5）本發(fā)明制備的金屬鈹熔煉或純化用坩堝，能夠在金屬鈹熔煉等領(lǐng)域代替氧化鈹坩堝，有較廣闊的應(yīng)用前景。