在真空熔铸炉中，坩埚由一类特殊的耐火材料制成，旨在承受极端条件。最常见的材料是石墨、氧化铝（Al₂O₃）、氧化锆（ZrO₂）和氧化镁（MgO），最终的选择完全取决于待熔化的金属以及最终铸件所需的纯度。
坩埚材料的选择并非简单的偏好，而是一个关键的工程决策。在极端温度和真空条件下，正确的材料必须与熔融金属保持化学惰性，以防止污染并确保铸件和坩埚的完整性。
专用坩埚的用途
在任何铸造过程中，坩埚的基本作用是容纳熔融金属。在真空炉中，这个作用的要求要高得多。
这种材料不仅必须具有极高的熔点，而且必须在真空下保持稳定，抵抗强烈的热冲击，最重要的是，避免与所盛放的高能熔融金属发生化学反应。
常见坩埚材料细分
每种材料都提供独特的耐热性、化学惰性和成本特性。了解这些特性是为您的应用选择正确坩埚的关键。
石墨 (C)
石墨是一种性能卓越的材料，因其优异的导热性而备受推崇，可以实现金属炉料的快速均匀加热。它还具有很强的抗热震性。
它是熔炼大多数有色金属（如铝、铜）和贵金属（如金、银）的首选。其天然还原气氛有助于防止熔体氧化。
氧化铝 (Al₂O₃)
高纯氧化铝是一种优异的通用材料，以其高温稳定性和对多种金属的良好化学抵抗性而闻名。
它常用于熔炼铁合金，如钢和不锈钢，以及各种高温合金，在这些情况下，来自石墨坩埚的碳是不可接受的污染物。
氧化锆 (ZrO₂)
氧化锆在性能和成本方面都处于顶峰。它具有所有陶瓷中最高的熔点之一，并且异常不活泼。
这使得它成为熔炼高活性金属（如钛、铂和锆合金）的必要选择。使用任何其他材料都将导致熔体严重污染，并可能损坏坩埚。
氧化镁 (MgO)
氧化镁坩埚以其对碱性炉渣的卓越耐腐蚀性而闻名，碱性炉渣通常在熔炼某些合金时产生。
它们主要用于熔炼镍基和钴基高温合金，以及一些高纯度黑色金属，在这些应用中，其特定的化学惰性优于氧化铝。
了解权衡：反应性与成本
选择坩埚涉及平衡化学反应风险与操作成本。使用错误的材料是工艺失败的保证。
化学惰性原理
主要目标是找到一种熔融金属无法溶解或反应的材料。熔融金属具有化学侵蚀性，如果坩埚材料在其存在下不稳定，它将很容易形成新的化合物（如来自石墨的碳化物或来自陶瓷的氧化物）。
这种反应会污染最终铸件，改变其机械性能，同时也会降解坩埚，导致过早失效。
成本与性能谱
坩埚与活性金属的性能与其成本之间存在直接关联。
石墨通常是最具成本效益的选择，但其用途仅限于反应性较低的金属。氧化铝在性能和成本方面都有显著提升。氧化锆是一种优质的专业材料，价格是氧化铝的许多倍，但对于最苛刻的应用来说，它是唯一的选择。
为您的金属做出正确选择
您的决定应取决于您正在铸造的特定合金。
- 如果您的主要关注点是铸造有色合金，如铝或青铜：石墨通常能提供性能和成本效益的最佳平衡。
- 如果您的主要关注点是铸造大多数钢材或通用合金：高纯氧化铝是一个坚固可靠的选择，可防止碳污染。
- 如果您的主要关注点是铸造活性金属，如钛或高温合金：氧化锆是必要的选择，尽管成本较高，以确保熔体纯度。
- 如果您的主要关注点是铸造产生碱性炉渣的镍基合金：氧化镁在这些特定应用中提供卓越的耐化学性。
将坩埚材料与您的特定金属和工艺相匹配，是实现成功、高纯度铸件的基础步骤。
总结表：
| 材料 | 主要特性 | 常见应用 |
|---|---|---|
| 石墨 | 优异的导热性，抗热震性 | 有色金属（如铝、铜、金） |
| 氧化铝 | 高温稳定性，良好的耐化学性 | 铁合金（如钢、不锈钢） |
| 氧化锆 | 极高的熔点，高度非反应性 | 活性金属（如钛、铂） |
| 氧化镁 | 优异的抗碱性炉渣腐蚀性 | 镍基和钴基高温合金 |
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