【科研仪器非标】真空熔炼的简介

       真空熔炼是在低于常压下进行的特殊冶金方法，它是冶炼优质钢材、活性金属、稀有难熔金属的最主要的生产方法。为当代的航空、航天、原子能、电子、石油、化工、军工、船舶、冶金等部门提供了重要的、高性、优质的特殊金属材料。对现代科学技术的高速发展起着愈来愈重要的作用。

    真空熔炼技术包括：真空的获得和检测技术；科研仪器非标金属熔炼热源的产生和应用技术；熔炼过程冶金反应的控制技术；水冷铜坩埚（冷坩埚）技术；铸锭形成及结晶组织控制技术等。

    真空熔炼与真空技术的发展紧密相关。虽然早在1905年鲍顿（Bolton）就利用自耗电极和水冷结晶器，在低压氩气保护下熔炼钽获得成功，人们就了解了在真空状态下熔炼金属，可以防止大气污染，有利于熔体除气和去除杂质，但是由于当时缺乏大型真空装备和真空技术尚属落后，而迟迟不得发展。直到20世纪50年代后，随着真空技术的进步，大功率高效真空泵的出现，才有可能这些高抽气率的真空泵所建立的足够低的压力条件下，保证将真空熔炼过程中金属反应所析出的气体迅速抽出。并且成功地解决了真空容器、密封材料、真空检测仪表和远距离控制等问题，使真空熔炼的发展有了保证。钛及钛合金的出现及应用，使现代工业规模的真空自耗电弧炉得到应用，并迅速向大容量发展。接着用真空电弧炉重熔钢和镍基合金，使之得以制造燃气轮机涡轮盘、轴和机壳的锻件，其品质和性能大大优于大气中熔炼的相应材料。特别是近代，由于高新技术的进步，在物理学、电子学、半导体材料、火箭技术、回转加速器、航空技术及原子能工业等领域，需要多种高纯金属及合金，耐热材料，磁性及超导材料，更加推进了真空熔炼突飞猛进。现在，不仅有真空感应熔炼、真空电弧熔炼，又出现了电子束炉、等离子炉熔炼等多种方法。出现了100t容量的真空感应炉，以及能熔炼重达50t，直径1.5m铸锭的真空电弧炉。真空熔炼已称为现代金属材料生产的一个重要工业部门。科研仪器非标真空熔炼主要用于熔炼钨、钼、钽、铌、锆、铪等稀有金属，以及钛合金、耐热合金、磁性材料、电真空材料、核材料及高强度钢等。

    钛及稀有金属与其它有色金属相比，有以下三个特点：

    ①.具有较高的熔点，其中钨、钼、钽、铌被称为四大难熔金属；

    ②.具有很高的化学活性，特别是与氧、氮、氢等间隙元素的亲合力都很大，熔炼时对耐火材料和气氛的选择都造成了很大的困难；

    ③.金属材料纯度对其加工和使用性能的影响及其敏感，特别是间隙元素对稀有金属的加工和使用性能的影响更大。如钨由于间隙元素含量不同，其塑性～脆性转变温度在-196℃到500℃之间变化。不同纯度的钼其塑性～脆性转变温度相差达到200℃之多。钛被发现100年左右，由于当时未获得高纯钛而被误认为钛是不可加工金属。金属铌中当氧、氮、碳三大间隙元素总含量大于0.035%～0.045%，则难于冷加工开坯。

    基于上述特点，活性金属和稀有金属采用真空熔炼是最合适的。因为真空熔炼：

    ①.在真空或惰性气体保护下，采用水冷铜结晶器，防止活性金属受大气和耐火材料的污染；

    ②.由于有真空净化和提纯作用，可以获得含气量低、杂质少、偏析小、力学性能高、加工性能好的高级金属及合金材料。可以认为，它是所有已知的冶金生产方法中，能获得高纯度、高品质的最 好方法；

    ③.真空电弧可获得2000℃以上的高温，科研仪器非标电子束和等离子束甚至可以获得20000℃以上的高温，保证了高熔点金属熔炼所需要的温度和热量。