真空熔炼技术
真空感应熔炼原理及工艺
真空感应熔炼原理及工艺一、引言真空感应熔炼是一种常用的金属熔炼技术，它利用感应加热和真空环境来实现金属的高温熔化和精细处理。
本文将介绍真空感应熔炼的原理和工艺，并探讨其在金属加工领域的应用。
二、真空感应熔炼的原理1. 感应加热原理真空感应熔炼是基于感应加热原理进行的。
感应加热是利用电磁感应现象，通过变化的磁场在导体内感应出涡流，从而产生热量。
在真空感应熔炼中，通过感应线圈产生的高频交变磁场作用下，金属料块内部产生涡流，并迅速升温，最终达到熔化温度。
2. 真空环境的作用真空环境对于真空感应熔炼至关重要。
首先，真空环境可以减少金属与氧、氮等气体的接触，避免金属被氧化或气体吸收，从而提高金属的纯度和质量。
其次，真空环境可以降低金属的气化温度，使金属在较低温度下熔化，减少能源消耗和金属蒸发损失。
最后，真空环境还可以减少金属与炉膛内壁的接触，避免污染和杂质的产生。
三、真空感应熔炼的工艺1. 准备工作在进行真空感应熔炼之前，需要对金属料块进行预处理，包括清洗、切割和称重等。
同时，还需要准备好感应线圈、感应炉膛和真空系统等设备，并进行检查和调试，确保正常运行。
2. 熔炼过程将预处理好的金属料块放入感应炉膛内，然后启动感应线圈，产生高频交变磁场。
金属料块受到磁场的作用，内部涡流产生，温度迅速升高，最终达到熔化温度。
同时，开启真空系统，将炉膛内的气体抽出，形成真空环境。
在熔炼过程中，可以根据需要进行金属的合金化和成分调整。
3. 精细处理在金属熔化后，可以进行一系列的精细处理，包括脱气、去杂、调温等。
通过控制真空度和温度，可以实现金属的脱气和杂质的去除，提高金属纯度和质量。
同时，还可以根据需要调整金属的温度，以满足后续工艺的要求。
四、真空感应熔炼的应用真空感应熔炼广泛应用于金属材料的制备和加工领域。
首先，它可以用于高纯度金属的制备，如高纯铜、高纯铝等。
其次，它可以用于合金的制备，如钢、铜合金等。
此外，真空感应熔炼还可以用于金属粉末的制备、金属材料的再生利用等方面。
真空熔炼原理
真空熔炼原理
真空熔炼是一种重要的金属材料制备方法，它通过在真空环境
中对金属材料进行加热和熔化，然后进行凝固和成型，以获得高纯度、高质量的金属材料。
真空熔炼原理是基于材料在真空环境中的
热物理性质和化学性质，结合加热熔化和凝固成型的过程，实现金
属材料的精细化制备。
首先，真空环境可以有效地去除金属材料表面和内部的氧化物、气体和杂质，避免了在常规气氛下熔炼过程中的氧化、气体吸收和
杂质混入现象。
这样可以获得高纯度的金属材料，提高了材料的化
学稳定性和机械性能。
其次，真空环境中的热传导和传热效果更好，可以实现金属材
料的均匀加热和熔化，减少了热应力和热裂纹的产生。
同时，真空
熔炼可以在较低的温度下实现金属材料的熔化，减少了金属材料的
蒸发和氧化损失，提高了熔炼效率和材料利用率。
再者，真空环境中的凝固过程更加平稳和均匀，可以有效地控
制金属材料的晶粒生长和组织形貌，获得细小均匀的晶粒和致密均
匀的组织结构。
这样可以提高金属材料的力学性能、耐腐蚀性能和
疲劳寿命，满足不同工程领域对金属材料的高性能要求。
最后，真空熔炼还可以实现金属材料的成型和精密制备，通过控制熔炼和凝固过程的参数和条件，可以获得不同形状、尺寸和性能的金属材料产品，满足不同工程领域对金属材料的特定需求。
总之，真空熔炼原理是基于真空环境对金属材料热物理性质和化学性质的影响，结合加热熔化和凝固成型的过程，实现金属材料的精细化制备。
通过真空熔炼，可以获得高纯度、高质量、高性能的金属材料，满足不同工程领域对金属材料的特定需求，具有广阔的应用前景和发展空间。
真空熔炼技术
真空感应电炉结构图
Melting & casting
7.3.1真空感应熔炼的工作原理：
（1）加热采用无铁芯的感应熔炼炉（两吨以下的真空熔炼炉，通常采用 500~4000Hz的中频电源，大型电炉多采用三倍工频或工频电源）； （2）熔炼炉装在一个真空室中，炉料在真空或惰行气体中熔炼，真空系 统采用初级真空泵和增压泵抽取真空，并由真空阀门和检测仪表 组 成，对于采用油增压泵和罗茨泵并联的真空系统，其真空度可达 0.06Pa； （3）在水冷条件下，对感应加热器及结晶器进行冷却处理； （4）并在真空条件下，熔炼和浇铸金属熔体。
（2）电弧的稳定性：
电弧受气体和磁场影响会出现吹偏的现象，通常在结晶器外设置稳弧线圈，线圈产生 与电弧平行的纵向磁场，磁场强度对电弧起压缩作用，以保持电弧的稳定性，同时，电弧 旋转也带动熔池旋转，使成分分布均匀，改善铸锭表面质量，并且，结晶核心增加，阻碍 一次晶粒生长，具有细化晶粒作用。
7.4.2真空电弧熔炼的结构：
除了上述真空熔炼的特点： （1）通过降低外界压力，就可以减少气体在金属熔体中的熔解 度，从而减少气体的含量－具有除气作用； （2）同时，根据分压差原理，通过降低压力使溶解在金属熔体 中的气体，有强烈的析出倾向－具有除气作用； （3）并且，生成的气泡在上浮过程中，能吸附非金属夹杂物带 出金属熔体－具有除杂作用； （4）另外，真空条件下，能减少金属熔体的氧化倾向－具有防 止氧化作用。
7.1.3真空熔炼对稀有金属的适应性
（1）真空熔炼，能防止稀有金属受大气和耐火材料的污染； （2）真空熔炼，可以获得气体与夹杂含量低，机械性能高，加工性好 的金属铸锭； （3）采用真空电弧熔炼，可以获得2000°C以上的高温，保证了稀有金属熔 炼所需的高温条件。
真空熔炼原理
真空熔炼原理真空熔炼是一种重要的冶金工艺，广泛应用于金属材料的生产和加工过程中。
它通过在真空环境下对金属进行加热，使金属在无氧环境下熔化并进行精炼，从而得到高纯度、高质量的金属材料。
真空熔炼原理是基于热力学和物理化学原理的，下面将详细介绍真空熔炼的原理及其相关知识。
首先，真空熔炼的原理基于热力学原理，即在真空环境下，金属的熔点会降低。
在常规的大气压下，金属的熔点是固定的，但是当金属处于真空环境中时，由于没有氧气和其他气体的存在，金属的熔点会显著降低。
这使得在真空环境下可以更容易地对金属进行加热并使其熔化，从而实现金属的熔炼和精炼。
其次，真空熔炼的原理还涉及物理化学过程。
在真空环境下，金属熔化后，其表面会形成一层氧化膜，这会对金属的质量和纯度产生不利影响。
因此，在真空熔炼过程中，需要通过真空抽吸或者气体保护等方式将氧化膜和其他杂质从金属表面去除，从而提高金属的纯度和质量。
此外，真空环境还可以有效地减少金属与气体的接触，避免金属受到氧化、硫化等污染，从而得到更纯净的金属材料。
此外，真空熔炼的原理还涉及热传导和传热技术。
在真空环境下，金属的加热和冷却速度会更加均匀和稳定，这可以有效地避免金属因温度梯度而产生的应力和变形，从而得到更加均匀和稳定的金属材料。
同时，真空环境还可以提高金属的热传导性能，使得金属内部的温度分布更加均匀，有利于金属的熔炼和精炼过程。
综上所述，真空熔炼是一种基于热力学和物理化学原理的重要冶金工艺。
它通过在无氧环境下对金属进行加热和精炼，得到高纯度、高质量的金属材料。
真空熔炼的原理涉及金属熔点降低、氧化膜去除、热传导等多个方面，这些原理相互作用，共同促进了真空熔炼工艺的高效实施。
在实际生产中，真空熔炼技术已经得到了广泛的应用，并在金属材料的生产和加工领域发挥着重要的作用。
真空炼形法
真空炼形法真空炼形法，又称真空电解法，是一种具有多种用途的金属熔化技术。
它可用于制造各种金属结构，包括复杂的纳米结构，以及形成有机复合材料和异质结构材料。
这种技术实现了金属结构在空间上的精确控制，从而使熔体材料的组织特性和性能得以提高。
真空炼形法主要由真空室、真空泵、加热器、真空加速器和真空检测仪五大部分组成，这五大部分协同工作，实现真空熔炼。
首先将金属原料放入真空室，然后通过真空泵和加热器将真空室内的压力降低至所需水平，即实现真空熔融。
当真空达到要求后，真空加速器对金属原料进行电极束束束束束束束束束束束束束束束束束束束束束。
电极束的作用是使金属原料沸腾，实现真空熔化。
检测仪则用于检测当前真空室内的压力，以保证熔化过程的可控性。
经过真空电解法熔化后所得熔体，与传统熔融方式有很大不同，它可以形成高度复杂的形貌，由晶体结构形成多孔材料，具有较高的吸收能力和分离能力，可以制备出各种结构复杂的材料，如金属半导体、有机复合材料等。
另外，由于真空炼形法能够有效地控制熔体中的气体、溶质等物质的浓度，因此在金属熔体中可实现精确的控制，从而改善金属熔体的组织特性和性能。
例如，由于液态金属的体积特性，真空熔融技术可用于铸造中薄部件，并且能够有效抑制差晶癖，提高了金属材料的力学性能。
此外，真空熔体可以用于制造微小结构，比如纳米材料、多孔材料等，以及其他功能性材料。
这些材料的表面特性和性能比传统材料都要好，适合于制造电子器件、能源设备、航空航天器件等。
因此，真空炼形法是一种多功能、低成本、可控性高的金属熔化技术，具有很多优势，使金属熔化技术不断发展，应用越来越广泛。
这种技术将会发挥更大的作用，为金属熔体织物制造提供更多可能性，并为现代工业带来更多的发展机遇。
金属功能材料的真空熔炼+浇铸+定向凝固制备
金属功能材料的真空熔炼+浇铸+定向凝固制备金属功能材料的真空熔炼、浇铸和定向凝固制备一、引言金属功能材料是一类具有特殊功能或性能的材料，可以满足特定工程要求或特殊环境下的使用需求。
在金属功能材料的制备过程中，真空熔炼、浇铸和定向凝固是非常重要的工艺环节。
本文将围绕这三个工艺环节展开详细的讨论，以便读者能够深入了解金属功能材料的制备过程以及其中的技术要点。
二、真空熔炼1. 真空熔炼的概念和意义真空熔炼是指在高真空条件下进行金属或合金的熔炼，其目的是通过消除氧、氮等杂质，提高金属或合金的纯度和均匀性，以及优化其组织和性能。
在金属功能材料的制备过程中，真空熔炼是非常关键的一步，可以有效改善材料的质量和性能。
2. 真空熔炼的工艺技术在真空熔炼过程中，需要控制好熔炼温度、保持高真空状态、选择合适的熔炼时间等关键参数，以确保金属或合金的质量和均匀性。
还需要考虑金属间的相互作用、杂质的挥发和吸附等问题，以避免对材料质量的不利影响。
3. 真空熔炼的关键技术在真空熔炼过程中，需要重点关注金属或合金的成分设计、合金化处理、熔炼设备的选择和优化等关键技术，以确保制备出符合要求的金属功能材料。
三、浇铸1. 浇铸的基本原理浇铸是指将熔融金属或合金倒入铸型中，通过冷却凝固形成所需的零件或材料。
在金属功能材料的制备过程中，浇铸是常用的成形工艺，可以实现对复杂形状和大尺寸件的制备。
2. 浇铸的工艺特点浇铸过程中需要考虑金属的流动性、凝固收缩、气孔和夹杂等问题，以确保所制备出的金属功能材料具有良好的密度和组织。
3. 浇铸的质量控制在浇铸过程中，需要做好浇注温度和速度的控制、铸模设计和制备、凝固过程的监测等工作，以确保最终制备的金属功能材料符合要求。
四、定向凝固1. 定向凝固的基本原理定向凝固是指将熔融金属或合金在特定条件下进行凝固，以获取具有定向结构和特定组织的材料。
在金属功能材料的制备过程中，定向凝固是一种重要的凝固工艺，可以实现对材料组织和性能的有效控制。
二氧化铅真空熔炼方法
二氧化铅真空熔炼方法是一种在真空条件下制备二氧化铅的方法。
该方法主要涉及以下几个步骤：
1. 首先，将铅原料放入真空熔炼设备的石墨坩埚中，然后将石墨坩埚放入真空室内。
2. 真空室内的压力降低至一定程度，通常在10-1至10-5 Pa的范围内。
3. 通过外部电源对石墨坩埚进行加热，使铅原料在真空条件下熔化。
4. 铅原料在熔化过程中，与空气中的氧气发生反应，生成二氧化铅。
5. 通过调节真空室内的压力和温度，控制二氧化铅的生成速度和质量。
6. 最后，将熔炼后的二氧化铅进行冷却和收集。
二氧化铅真空熔炼方法具有以下优点：可以有效地避免铅原料在熔炼过程中与空气中的氧气发生反应，生成氧化铅
等其他化合物；可以通过调节真空室内的压力和温度，精确控制二氧化铅的生成速度和质量；可以实现连续生产，提高生产效率。
真空熔炼技术
电弧熔炼是利用电弧放电产生的高温来熔炼金属，并在真空条件下， 实现熔体的脱氧、杂质挥发和夹杂分解等熔体净化过程。 （1）电弧：
1 －阴极区； 2 －弧柱区； 3 －阳极区； 4 －温度曲线； 5 －聚弧； 6 －边弧； 7 －爬弧； 8 －阴极斑点； 9 －自耗电极； 10－铸锭。
电弧分区
1 －阴极区= 阴极斑点＋负刷＋暗区； 2 －弧柱区= 弧柱＋负弧焰； 3 －阳极区= 阳极斑点＋正刷。
真空熔炼
Melting & casting
本章内容要点： 真空熔炼技术简介 真空熔炼的相关理论 真空熔炼设备介绍
第七章，真空熔炼
Melting & casting
本课程内容目录：
7.1真空熔炼技术简介 7.1.1真空熔炼的特点 7.1.2稀有金属熔炼的特点 7.1.3真空熔炼对稀有金属的适应性 7.2真空熔炼的理论基础 7.2.1分解 7.2.2脱氧 7.2.3金属及非金属成分的挥发 7.2.4坩锅与金属间的反应
Melting & casting
1 －电缆； 2 －水冷电杆； 3 －炉壳； 4 －夹头； 5 －过渡极； 6 －真空管道； 7 －自耗电极； 8 －结晶器； 9 －稳弧线圈； 10－电弧； 11－熔池； 12－铸锭； 13－冷却水； 14－冷却水口。 真空电弧分为：自耗和非自耗型 电弧的工作电压：20～28VDC 电流：几千到几万安培
7.3真空感应炉熔炼 7.4真空电弧炉熔炼 7.4.1真空电弧炉工作原理 7.4.2真空电弧炉 7.4.3真空自耗电弧熔炼过程
Melting & casting
7.5电子束炉熔炼
7.6等离子炉熔炼
金属冶炼中的真空冶炼技术
对于一些难以通过常规方法制备的特殊合金，如高强度铝合金、钛 合金等，真空感应熔炼技术也具有显著优势。
有色金属熔炼
除了钢铁等黑色金属外，真空感应熔炼技术也可应用于铜、铝等有 色金属的熔炼和提纯。
CHAPTER 03
真空电弧熔炼
真空电弧熔炼原理
真空电弧熔炼是在高真空条件下，利 用电流通过金属电极（通常为两根石 墨电极）产生电弧来熔炼金属的工艺 。
金属冶炼中的真空冶 炼技术
汇报人：可编辑 2024-01-06
目录
• 真空冶炼技术概述 • 真空感应熔炼 • 真空电弧熔炼 • 真空电子束熔炼 • 真空冶炼技术的发展趋势与展望
CHAPTER 01
真空冶炼技术概述
定义与原理
定义
真空冶炼技术是指在真空环境中进行 的金属冶炼过程，通过降低压力和气 体含量，实现金属的高效提取和纯化 。
电子枪是设备的核心部分 ，能够产生高能电子束。
真空室用于提供熔炼所需 的真空环境，同时收集和 排出熔炼过程中产生的气 体和烟尘。
控制系统用于控制设备的 各项参数，保证熔炼过程 的稳定性和准确性。
冷却系统用于控制设备的 温度，保证设备的稳定运 行。
真空电子束熔炼工艺参数
真空度
电子束功率
真空度是影响熔炼过程的重要参数，它决 定了熔炼过程中气体的分压，从而影响金 属的纯度和凝固组织。
真空电子束熔炼
真空电子束熔炼原理
电子束熔炼是一种利用高能电 子束作为热源的真空熔炼技术 。
电子束熔炼过程中，高能电子 束与金属材料相互作用，使金 属材料熔化并形成液态金属。
液态金属在真空环境下进行净 化、精炼和凝固，最终得到高 纯度、高性能的金属材料。
真空电子束熔炼设备
真空熔炼炉工作原理
真空熔炼炉工作原理
真空熔炼炉是一种用于在无氧环境下进行金属熔炼和合金制备的设备。
该设备主要由熔炉本体、真空系统、加热系统和控制系统组成。
工作原理如下：
1. 真空系统：真空熔炼炉安装有真空泵和气体净化设备，用于将炉腔的气体抽出，创造一个高度的真空环境。
真空环境的建立非常重要，因为金属熔炼和合金制备过程中的氧气和其他杂质会对金属产生不良影响。
2. 熔炉本体：熔炉本体由耐热材料制成，通常采用石墨或陶瓷等材料。
熔炉内部是一个独立的密封腔，用于容纳待熔金属。
腔体内部有一个底部加热装置和一个导电石墨坩埚。
3. 加热系统：采用电加热方式，通过在石墨坩埚的下方安放电加热元件，提供高温加热。
加热元件通常是石墨棒或石墨电阻丝。
在加热过程中，电流通过加热系统中的电阻体，产生高温，使得金属在坩埚中加热融化。
4. 控制系统：控制系统负责控制炉腔温度、真空度和其他参数。
通过传感器测量温度和真空度，并根据设定值进行调节。
同时，还需进行数据记录和报警功能，确保操作安全性和准确性。
总结起来，真空熔炼炉的工作原理包括建立高真空环境、通过电加热使金属熔化以及通过控制系统控制相关参数。
这种设计
使得金属熔化和合金制备过程能够在无氧环境下进行，以提高金属的纯度和杂质含量控制。
北京真空 磁悬浮真空熔炼
北京真空磁悬浮真空熔炼
北京真空磁悬浮真空熔炼技术是一项先进的金属材料制备技术，具有很高的科技含量和经济价值。
它采用了真空环境和磁悬浮技术，可以实现对金属材料的高温熔炼和制备。
下面将从磁悬浮技术、真空熔炼和应用前景三个方面进行介绍。
磁悬浮技术是这项技术的核心之一。
通过利用磁场对金属材料进行悬浮，可以避免材料与容器的直接接触，减少了材料与容器之间的磨损和污染。
同时，磁悬浮还可以实现对材料的精确控制和调节，保证金属材料的均匀性和纯度。
真空熔炼是北京真空磁悬浮真空熔炼技术的关键步骤。
通过将金属材料置于真空环境中进行熔炼，可以有效避免杂质的污染和氧化反应的发生。
在真空环境下，金属材料可以更加纯净地熔化，并保持其原有的物理和化学性质。
这使得制备出的金属材料具有更高的纯度和更好的性能。
北京真空磁悬浮真空熔炼技术在金属材料制备领域具有广阔的应用前景。
通过这项技术，可以制备出高纯度、高强度、高韧性的金属材料，满足不同行业的需求。
例如，航空航天领域需要高强度、耐高温的金属材料，而医疗器械领域则需要高纯度、无毒、无害的金属材料。
北京真空磁悬浮真空熔炼技术可以满足这些需求，并为相应行业的发展提供强有力的支持。
北京真空磁悬浮真空熔炼技术是一项具有巨大潜力和广阔应用前景的技术。
通过磁悬浮技术和真空熔炼技术的结合，可以实现对金属材料制备过程的精确控制和高效操作。
这将为各个行业的发展提供新的机遇和挑战，推动金属材料制备技术的进一步发展。
相信在不久的将来，北京真空磁悬浮真空熔炼技术将发挥更大的作用，为社会的进步和发展做出更大的贡献。
真空熔炼炉工作原理
真空熔炼炉工作原理
真空熔炼炉是一种用于金属材料熔炼和精炼的设备，其工作原理主要包括真空环境、加热系统、熔炼容器和气体控制系统等几个方面。
首先，真空熔炼炉的工作原理与真空环境密切相关。
在真空熔炼炉内部，通过抽真空的方式将熔炼空间内的气体和杂质排除，创造出一个高度纯净的工作环境。
这有助于减少金属材料在熔炼过程中受氧化、气体污染等不良影响，从而提高熔炼材料的质量。
其次，加热系统是真空熔炼炉工作原理中的关键部分。
通过加热系统对熔炼容器进行加热，将金属材料加热至其熔点以上，使其熔化成液态。
在真空环境下，金属材料的熔化温度通常较低，因此可以通过较低的温度实现熔炼，减少了能源消耗和金属材料的氧化程度。
另外，熔炼容器也是真空熔炼炉工作原理中的重要组成部分。
熔炼容器通常采用耐高温、耐腐蚀的材料制成，能够承受高温和化学腐蚀的作用。
在加热系统的作用下，熔炼容器将金属材料熔化成液态，并在真空环境中进行精炼和净化，确保金属材料的质量和纯度。
最后，气体控制系统也是真空熔炼炉工作原理中不可或缺的一环。
通过气体控制系统，可以对熔炼过程中的气氛进行控制，保证熔炼过程中的气体成分和压力处于适宜的状态。
这有助于减少金属材料的氧化和气体污染，提高熔炼材料的纯度和质量。
总的来说，真空熔炼炉工作原理涉及到真空环境、加热系统、熔炼容器和气体控制系统等多个方面，通过这些方面的协同作用，实现对金属材料的熔炼和精炼。
真空熔炼炉在金属材料加工领域具有重要的应用价值，能够生产出高质量、高纯度的金属材料，满足不同领域的需求。
真空熔炼应用的原理是什么
真空熔炼应用的原理是什么什么是真空熔炼应用真空熔炼是一种常用于金属和合金制备的工艺，通过在高温下，在真空环境下将金属固体加热熔化，然后进行凝固和形成新材料的过程。
这种熔炼工艺有许多应用领域，如航空航天、电子、汽车、能源等。
为什么要使用真空熔炼真空熔炼具有以下优势：•纯净度高：由于在真空环境下进行熔炼，减少了与空气中杂质的接触，可以得到高纯度的金属和合金材料。
•低氧含量：真空环境可排除氧气，从而减少氧化反应，使得冶炼过程中材料的氧含量较低。
•快速熔炼：真空熔炼的高温环境可以加快金属和合金的熔化速度，提高熔炼效率。
•无污染：真空熔炼过程中没有气体产生，不会对环境造成污染。
真空熔炼的基本原理真空熔炼的基本原理包括以下几个方面：1. 真空条件真空熔炼通常在气压低于正常大气压的条件下进行，以降低气体的影响。
常见的真空条件包括高真空（10-3 Pa ~ 10-5 Pa）、粗真空（101 Pa ~ 10-3 Pa）和低真空（103 Pa ~ 101 Pa）。
2. 熔炼设备真空熔炼设备通常包括熔炼炉、真空系统、电源和控制系统等部分。
熔炼炉在高温下提供足够的热量来使金属和合金达到熔点，真空系统提供适当的真空度，电源和控制系统控制熔炼过程的温度和时间等参数。
3. 加热和熔化真空熔炼通常使用感应加热或电阻加热的方式，通过高频电流或电阻将金属加热到熔点以上。
加热过程中，金属逐渐熔化成液体相。
4. 凝固和形成新材料在金属和合金熔化后，通过调整温度和时间等参数，控制凝固速率。
金属液体逐渐冷却并凝固，形成固态材料。
凝固速率的不同可以得到不同的晶体结构和性能。
5. 后续处理熔炼后的材料可以进行后续处理，如热处理、冷却、加工等，以满足特定的要求。
真空熔炼应用领域真空熔炼广泛应用于以下领域：•航空航天工业：用于制备高强度、高温耐受性的超合金材料，用于飞机引擎和发动机部件。
•电子工业：用于制备高纯度的电子元器件材料，如硅片和锗片。
•汽车工业：用于制备高强度、耐磨损的发动机零部件和高性能轻质合金材料。
真空熔炼炉的工作原理
真空熔炼炉的工作原理
真空熔炼炉是一种将金属材料熔化和精炼的设备，其工作原理如下：
1. 创建真空环境：真空熔炼炉首先通过抽取炉腔内的气体，将其压力降至较低的水平。
这样可以防止氧气、水分或其他杂质与熔炼材料发生反应。
2. 加热材料：接下来，将金属材料放入炉腔中，并通过电阻加热器或感应加热器加热。
加热器产生的热量将直接传递给金属材料，使其逐渐升温。
3. 熔化过程：随着金属材料的加热，其温度逐渐升高，当达到金属的熔点时，金属开始熔化。
熔化过程中，真空环境可以防止氧化反应的发生，保证金属的纯度。
4. 精炼过程：一旦金属完全熔化，可以通过加入适量的合金元素以达到所需的合金成分。
在真空环境中，合金元素与金属材料相互溶解，实现合金的精炼。
5. 熔体处理：在合金达到所需成分后，可以对熔体进行进一步处理，如脱气、脱硫、去杂等。
这些处理有助于提高合金的纯度和性能。
6. 出炉冷却：当完成所需的熔炼和精炼过程后，可以停止加热，并逐渐将炉腔冷却至室温。
此过程可以控制合金的晶粒大小，影响材料的性能。
综上所述，真空熔炼炉利用真空环境、加热和冷却控制来实现金属材料的熔化和精炼，以提高合金的性能和质量。
真空熔炼技术总结
真空熔炼技术总结简介真空熔炼技术是一种常用于熔炼高纯度金属和合金的方法。
通过在高真空环境下加热金属材料，使其熔化并通过重力或气体冷却来形成坯料。
本文将介绍真空熔炼技术的原理、设备和应用。
原理真空熔炼技术的原理是利用真空环境下的低压和低气体含量来减少金属材料与氧、氮、水蒸气等气体的接触，从而避免金属受到气体的污染。
另外，真空环境下的低压也有助于提高金属的熔化温度，从而降低合金成分要求或提供更高的熔炼温度范围。
设备真空熔炼技术需要使用一些特殊的设备来实现。
常见的设备包括真空熔炼炉、真空泵和气体冷却系统。
真空熔炼炉真空熔炼炉是进行真空熔炼的核心设备。
它通常由一个密封的熔炼室、一个炉筒和一个加热系统组成。
熔炼室用于容纳金属材料和提供真空环境，炉筒用于加热和保护熔炼室，加热系统通常由电加热器或感应加热器组成。
真空泵真空泵是用于创建和维持高真空环境的关键设备。
它通过抽取熔炼室中的气体来降低气体压力。
常见的真空泵类型包括机械泵、扩散泵和吸气剂泵。
气体冷却系统气体冷却系统用于通过向熔融金属材料注入惰性气体（例如氩气）来加速坯料的冷却速度。
这有助于提高金属的均匀性和晶粒细化。
应用真空熔炼技术被广泛应用于各个领域，尤其是在高纯度金属和合金的生产中具有重要作用。
高纯度金属生产真空熔炼技术可以有效地去除金属材料中的杂质和气体，以获得高纯度金属。
这种高纯度金属通常用于电子、航空航天、医疗器械和化工等领域。
合金生产真空熔炼技术可以精确地控制合金的成分和熔化温度，从而制备出具有特定性能和结构的合金。
这对于汽车、航空航天、能源和电子等行业的合金开发非常重要。
金属粉末制备真空熔炼技术还可以用于制备金属粉末。
通过在真空条件下熔化金属，然后通过快速冷却将其固化为块状，最后通过机械破碎和粉碎等工艺将其粉碎成粉末。
结论真空熔炼技术是一种重要的金属材料生产方法，其可以获得高纯度金属、定制合金和制备金属粉末。
通过理解真空熔炼技术的原理、设备和应用，我们可以更好地应用于相应领域，满足不同行业的金属材料需求。
真空感应熔炼技术
真空感应熔炼技术真空感应熔炼技术是一种先进的材料制备技术，它通过在真空环境下将金属材料加热到熔点，然后利用感应加热的方式将金属液体冷却成所需形态的固体材料。
该技术具有高纯度、均匀性好、无气孔、无夹杂等优点，广泛应用于航空航天、电子、化工等领域。
一、真空感应熔炼技术的原理真空感应熔炼技术是利用感应加热原理将金属材料加热到其熔点以上，在真空环境下进行冷却，从而制备出高质量的固态金属材料。
其主要原理包括：1. 感应加热原理：在交变电场作用下，导体内部会产生感应电流和相应的涡流。
这些涡流在导体内部会产生能量损耗，从而使导体发生加热。
2. 真空环境下制备：在真空环境下进行加热和冷却可以避免氧化反应和夹杂等缺陷的产生，从而得到高质量的金属材料。
二、真空感应熔炼技术的优点真空感应熔炼技术是一种高效、环保、高质量的材料制备技术，具有以下优点：1. 高纯度：在真空环境下进行加热和冷却可以避免氧化反应和夹杂等缺陷的产生，从而得到高纯度的金属材料。
2. 均匀性好：通过感应加热原理，可以使金属材料内部均匀受热，从而得到均匀性好的金属材料。
3. 无气孔：在真空环境下进行加热和冷却可以避免气孔的产生，从而得到无气孔的金属材料。
4. 无夹杂：在真空环境下进行加热和冷却可以避免夹杂等缺陷的产生，从而得到无夹杂的金属材料。
5. 生产效率高：利用感应加热原理，可以快速将金属材料加热到其熔点以上，并且可以控制加热速率和温度分布，从而提高生产效率。
三、真空感应熔炼技术的应用真空感应熔炼技术广泛应用于航空航天、电子、化工等领域，主要包括以下方面：1. 粉末冶金材料制备：利用真空感应熔炼技术可以制备出高纯度、均匀性好的粉末冶金材料，如钨合金、钴基合金等。
2. 电子材料制备：利用真空感应熔炼技术可以制备出高纯度、无气孔、无夹杂的电子材料，如铜基导线材料、铝基导线材料等。
3. 航空航天材料制备：利用真空感应熔炼技术可以制备出高强度、高韧性的航空航天结构材料，如钛合金、镍基合金等。
金属冶炼中的真空技术
VS
操作环境恶劣
金属冶炼过程中会产生大量高温、有毒、 有害气体，对操作人员的身体健康和环境 保护造成威胁，需要采取相应的防护措施 。
解决方案与建议
加强技术研发与创新
通过加强技术研发和创新，提高真空 技术的水平和可靠性，降低设备成本 和使用难度。
提高操作人员的技能水平
加强操作人员的培训和技能提升，提 高他们的专业素质和操作水平，确保 设备的正常运行和使用效果。
02
真空技术涉及的领域广泛，包括 真空泵、真空测量、真空镀膜、 真空冶金等。
真空技术的发展历程
01
02
03
17世纪
托里拆利实验，发现了真 空的存在。
19世纪
真空泵的发明，使得真空 技术开始应用于工业生产 。
20世纪
随着科技的发展，真空技 术在金属冶炼、电子、化 工等领域得到广泛应用。
真空技术在金属冶炼中的应用
金属冶炼需要在高真空环境下进行，对真空技术的要求非 常高，需要解决气体泄漏、真空度不足等技术问题。
金属熔炼过程控制难
金属在熔炼过程中会发生各种化学反应和物理变化，如气 体吸附、蒸发等，这些过程在真空中难以控制，需要精确 的温度和压力控制技术。
金属纯净度要求高
金属冶炼需要高纯度的原材料和纯净的熔炼环境，真空技 术能够提供这样的环境，但同时也需要解决如何保持金属 纯净度的问题。
真空压力熔炼
总结词
在真空环境中，通过加压方式使金属或合金在高温下熔化的技术。
详细描述
真空压力熔炼通过加压手段，使金属或合金在高温下快速熔化，同时保持真空环境以减少杂质混入。 这种方法常用于制备特殊性能的材料和复合材料。
04
CATALOGUE
真空技术在金属冶炼中的挑战与解决方案
真空在冶金行业中的应用
真空在冶金行业中的应用
真空技术在冶金行业中的应用有许多，可以大大提高生产效率和产品
质量。
以下是对真空技术在冶金行业应用的一些重要方面的介绍。
第一方面是真空熔炼技术。
真空熔炼技术是一种通过在真空中融化金
属或合金的方法来制备高质量、高纯度材料的技术。
这种技术适用于
制备难熔点材料、高活性材料和微量元素制备等方面，可以制备制造
均匀、高质量的合金材料、无气孔、无夹杂等优质金属材料。
目前，
真空熔炼技术已经被广泛应用于制备高纯度铝、镁、钛、锆和铬等材料。
第二方面是真空处理技术。
真空处理技术是一种将材料在真空条件下
进行特定工艺处理的技术，包括真空退火、真空烧结、真空清洗等。
该技术可以快速处理一些金属材料并去除氧化物、气孔和夹杂等杂质，提高金属组织的稳定性和强度。
目前，真空处理技术已经被广泛应用
于钢铁、铝合金、钛合金、硬质合金等制造领域。
第三方面是真空浸渍技术。
真空浸渍技术是一种将材料在真空条件下
进行特定工艺浸渍的技术，该技术可用于浸渍各种金属材料，如钨、钼、铂和铁等。
这种技术可以在金属材料表面形成一层氧化膜，从而
有效地改善材料的性能，包括提高材料的强度、增加耐磨性等。
目前，
真空浸渍技术已被广泛应用于航空、汽车等行业。
总而言之，真空技术在冶金行业中有着广泛的应用，为提高生产效率和材料质量做出了重要贡献。
在今后的工艺改进中，真空技术一定会继续得到广泛的应用和推广。
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7.2真空熔炼的理论基础
除了上述真空熔炼的特点： （1）通过降低外界压力，就可以减少气体在金属熔体中的熔解 度，从而减少气体的含量－具有除气作用； （2）同时，根据分压差原理，通过降低压力使溶解在金属熔体 中的气体，有强烈的析出倾向－具有除气作用； （3）并且，生成的气泡在上浮过程中，能吸附非金属夹杂物带 出金属熔体－具有除杂作用； （4）另外，真空条件下，能减少金属熔体的氧化倾向－具有防 止氧化作用。
7.2.3 真空条件下坩锅与金属熔体的反应情况
真空条件下，促进了坩锅与熔体的反应，而使耐火材料损坏和金属熔 体污染－增氧。 例如，熔炼含Ti的金属熔体时，与SiO2及Al2O3耐火材料反应：
SiO2＋[Ti ]→2SiO↑+TiO2 真空条件下， SiO不断溢出，从而促进 了反应的进行。 同样， Al2O3＋[Ti] →4/3[Al]+TiO2
真空熔炼
本章内容要点： 真空熔炼技术简介 真空熔炼的相关理论 真空熔炼设备介绍
第七章，真空熔炼
本课程内容目录：
7.1真空熔炼技术简介 7.1.1真空熔炼的特点 7.1.2稀有金属熔炼的特点 7.1.3真空熔炼对稀有金属的适应性
7.2真空熔炼的理论基础 7.2.1分解 7.2.2脱氧 7.2.3金属及非金属成分的挥发 7.2.4坩锅与金属间的反应
7.3.1真空感应熔炼的工作原理：
（1）加热采用无铁芯的感应熔炼炉（两吨以下的真空熔炼炉，通常采用 500~4000Hz的中频电源，大型电炉多采用三倍工频或工频电源）；
（2）熔炼炉装在一个真空室中，炉料在真空或惰行气体中熔炼，真空系 统采用初级真空泵和增压泵抽取真空，并由真空阀门和检测仪表
组 成，对于采用油增压泵和罗茨泵并联的真空系统，其真空度可达 0.06Pa；
等离子炉的工作原理: 用直流电加热非自耗电极或中空阴极以产生电子束，将通过阴极附
近的惰性气体离解，再以高度稳定的等离子弧从枪口喷到阳极炉料上使 之熔化。
7.6.2等离子炉熔炼的特点：
（1）温度高，能量集中，熔化速度快； （2）功率调节方便，工艺适应性好； （3）不完全依靠真空条件，可使炉内充填所需气体； （4）具有良好的脱气净化作用； （5）合金元素的烧损比较小； （6）电压低绝缘性好。
7.4真空电弧炉熔炼 7.4.1真空电弧熔炼的工作原理：
电弧熔炼是利用电弧放电产生的高温来熔炼金属，并在真空条件下， 实现熔体的脱氧、杂质挥发和夹杂分解等熔体净化过程。 （1）电弧：
1 －阴极区； 2 －弧柱区； 3 －阳极区； 4 －温度曲线； 5 －聚弧； 6 －边弧； 7 －爬弧； 8 －阴极斑点； 9 －自耗电极； 10－铸锭。
7.1.2稀有金属熔炼的特点
（1）具有较高的熔点，其中，钨、钼、钽、铌被称为四大难熔金 属(3380℃, 2620℃, 3410 ℃, 2468℃) ，在熔炼时需要较高的加热温度， 增加了氧化、吸气、造渣的危险；
（2）具有较高的化学活性，特别是与氧、氮和氢等间隙元素的亲 和力大，具有很强的氧化和吸气倾向；
7.5电子束熔炼
7.5.1电子束炉的工作原理：
阴极表面发射的电子流，在电场作用下高速运动，并通过聚焦使电
子流准确射向阳极，把高速电子的动能转化成热能，使阳极熔化。
电子束炉的结构原理图
1 －电子枪罩； 2 －钽阴极； 3 －钨丝； 4 －屏蔽极； 5 －聚焦极； 6 －加速阳极； 7 、10－聚焦线圈； 8 －栏孔栅； 9 －阀门； 11－搁板； 12－结晶器； 13－铸锭； 14－料仓； 15－观察口。
总结：
7.1真空熔炼技术简介 7.2真空熔炼的理论基础 7.3真空感应炉熔炼 7.4真空电弧炉熔炼 7.5电子束炉熔炼 7.6等离子炉熔炼
思考题： 真空熔炼过程的动力学和热力学分析
电弧分区
1 －阴极区= 阴极斑点＋负刷＋暗区； 2 －弧柱区= 弧柱＋负弧焰； 3 －阳极区= 阳极斑点＋正刷。
阴极斑点为：阴极表面发射的电子是在局部区域发射的，并在该区域显示出 光亮的轮廓，成为阴极斑点或发射辉点，具有游动的特点（发射电子逸出功 最小的区域移动）。
典型的螺旋型电弧图片
弧柱：弧柱是电弧的主体，它是电弧中温度最高的区域，比阴极斑点和阳极斑点的温度还 高，
缺点是： （1）熔炼时金属容易挥发，成分控制困难； （2）熔炼炉结构复杂，造价和运行费用高； （3）电子束的高压（2万伏特～3万伏特）加速电子流，产生X射线，对
人体有伤害。
7.6等离子炉熔炼 7.6.1等离子炉熔炼的工作原理：
等离子炉的结构原理图
1 －等离子枪； 2 －棒料； 3 －搅拌线圈； 4 －结晶器； 5 －铸锭； 6 －料槽； 7 － 振动器； 8 －料仓； 9 －电源； 10－溶池； 11－等离子体； 12－钨电极； 13－非转移弧； 14－转移弧； 15－高频电源。
（3）在水冷条件下，对感应加热器及结晶器进行冷却处理； （4）并在真空条件下，熔炼和浇铸金属熔体。
7.3.2真空感应熔炼的特点：
（1）净化效果好，是熔炼金属或合金的含气量低； （2）合金元素的氧化损失小，氧化夹杂少； （3）可以不用覆盖剂，熔体不易被氧化； （4）能提高金属或合金的机械性能和塑性成形能力。
（3）间隙元素对稀有金属的加工性能和使用性能的影响极其敏感， 氧、氮和氢三大元素的含量大于0.035~0.045%时，则难以加 工变形。
7.1.3真空熔炼对稀有金属的适应性
（1）真空熔炼，能防止稀有金属受大气和耐火材料的污染； （2）真空熔炼，可以获得气体与夹杂含量低，机械性能高，加工性好
的金属铸锭； （3）采用真空电弧熔炼，可以获得2000°C以上的高温，保证了稀有金属熔
电子枪的结构
7.5.2电子束炉的基本特点：
电子束炉是电子束发射、真空熔炼和水冷坩锅铸锭三个主要技术的
结合，其基本优点是： （1）高的真空度（0.027Pa~0.00027Pa)，对于难熔的金属(钨、钼、钽、
铌）中的蒸汽压较高的杂质（碳、钒、铁和硅等金属）挥发并去 除； （2）熔炼速度和加热速度可以在较大范围内调节，有利于液态金属中碳 和氧反应及扩散能力低的杂质，迅速扩散到金属表面； （3）功率密度高，溶池温度高，同时电子束的扫描，对金属溶池有搅拌 作用；
7.4.3真空自耗电弧熔炼的过程：
熔炼的全过程分为：引弧阶段、正常熔炼阶段、头部补缩阶段。
（1）引弧阶段：使电弧引燃并形成一定深度的熔池； （2）正常熔炼阶段：熔炼并去除气体、金属夹杂物及有害杂质，使成分均匀化
改善结晶组织；
（3）头部补缩阶段：尽量减少铸锭头部的缩孔和疏松现象，通常采用多级补缩 和低电流保温的工艺操作。
脱氧剂包括：碳脱氧剂、氢脱氧剂和金属脱氧剂。 （1）碳脱氧剂－在真空条件下，其脱氧能力是常压下的100倍，是一 种真空强脱氧剂，其脱氧反应简式为：
[C]+[O]→CO↑由于真空条件下，生成的气体被逐渐的抽走， 所以，使反应顺利进行。 （2）氢脱氧剂－用氢还原金属氧化物的氧，其反应简式为：
H2+[O]→H2O↑ 当采用碳脱氧形成稳定的化合物的情况，适 合采用氢脱氧法，但有一定的危险。 （3）金属脱氧剂－加入一种高活性的金属，它与氧的亲合力大，从而 使氧化物还原，并形成低熔解度的稳定氧化物，达到脱氧的目的。
按合金元素与氧的亲和力的大小，由大到小 依次排列为：
Be—Li—Mg—Na—Ca—Al—Ti—Si—Mn —Cr—Zn—Fe—Ni—Cu
Al以上的与氧亲和力大，是表面活性元素
7.2.3 真空使金属及非金属挥发的特点
真空熔炼不仅使易挥发（蒸汽压大）的金属挥发，而且使蒸气压较 小的杂质及某些氧化物也能挥发。因此，真空熔炼的重要问题之一是如 何控制挥发速率及其损失，可以利用此种特性，去除杂质元素，净化金 属熔体，同时，为了控制合金元素的含量不受损失，通常在真空熔炼后 期加入易挥发的合金元素，也可以在添加合金元素时，向炉内充入一定 压力的惰性气体。
Al2O3＋3[C] →3CO↑ +2 [Al]……
7.3真空感应炉熔炼
真空感应电炉结构图
1 －绞盘； 2 －炉料； 3 －闸门； 4 －熔炼室； 5 －加料斗； 6 －感应器； 7 －弹簧； 8 －卸锭门； 9 －锭模； 10－闸门； 11－升降机构； 12－旋转门； 13－机械泵； 14－扩散泵。
其温度的高低与气体的导电性和电离势有关，同时，压力对电弧的温度和稳定性影响非常 大，压力增加，弧柱断面积减小，电流密度增大，其温度增加，当压力在10KPa～4KPa时， 电弧的稳定性较好，当压力低于4KPa时，电流密度降低，弧柱分散，出现爬弧现象（电弧 出现在电极侧面和坩锅之间），使电弧热量分散，不足以使熔池内的金属熔化，使电弧稳 定的临界压力为13KPa~66KPa之间，此压力下的电弧成为“真空电弧”此时，弧区完全由 金属蒸汽代替原来的气体来支持电弧。
阳极斑点：位于阳极表面，其外观与阴极斑点有些相似，是接收电子和负离子的地方，阳 极斑点是电子和离子的轰击区域，其温度高于阴极斑点，
（2）电弧的稳定性：
电弧受气体和磁场影响会出现吹偏的现象，通常在结晶器外设置稳弧线圈，线圈产生 与电弧平行的纵向磁场，磁场强度对电弧起压缩作用，以保持电弧的稳定性，同时，电弧 旋转也带动熔池旋转，使成分分布均匀，改善铸锭表面质量，并且，结晶核心增加，阻碍 一次晶粒生长，具有细化晶粒作用。
还包括： 7.2.1 真空对化合物分解特点
当气体和夹杂以金属化合物形式存在时，是难以去除的，然而，在 真空和高温条件下，它们容易分解形成气体，从而比较好去除。 （见图7－1，氧化物生成自由能与温度关系曲线）
7.2.2 真空的脱氧特点
与氮化物、氢化物相比，氧化物的分解压很低，通常是1.33×105Pa，远低于真空设备所能达到的真空条件，因此，只能靠加入脱氧剂 （还原剂）脱氧。
可见，（1）通过降低外界压力，就可以减少气体在金属熔体中的熔解 度，从而减少气体的含量－具有除气作用；