專利名稱：用于熔煉鈦合金的增強型耐火坩堝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里說明的實施例大體上涉及適合用于熔煉鈦合金的增強坩堝。更加具體地，這 里的實施例一般說明適合用于熔煉例如鈦的鋁化物等的高活性鈦合金的增強型耐火坩堝。
背景技術(shù)：
渦輪發(fā)動機設(shè)計師不斷地尋找用于減少發(fā)動機重量并且獲得更高的發(fā)動機運轉(zhuǎn) 溫度的性能提高的新材料。鈦合金以及特別地鋁化鈦(TiAl)基合金，具有有前途的例如 室溫延展性和韌性等的低溫機械性能以及高的中溫強度和抗蠕變的組合。由于這些原因， TiAl基合金具有取代目前用于制造大量渦輪發(fā)動機部件的鎳基超合金的潛力。真空感應(yīng)熔煉是一個經(jīng)常用于制造例如翼型件(airfoil)等渦輪發(fā)動機部件的 方法，并且一般涉及在由非導(dǎo)電的耐火合金氧化物制成的坩堝中加熱金屬直到坩堝中的金 屬爐料熔煉為液態(tài)形式。當熔煉例如鈦或鈦合金等高活性金屬時，典型地使用采用冷壁或 石墨坩堝的真空感應(yīng)熔煉。這是因為從陶瓷坩堝熔煉和鑄造能夠在坩堝上引入明顯的熱應(yīng) 力，其會導(dǎo)致坩堝開裂。這種開裂能夠減少坩堝的壽命并且在鑄造的部件內(nèi)引入夾雜物。此外，由于在熔煉發(fā)生需要的溫度下的合金中元素的活性，當熔煉例如TiAl等高 活性合金時可能出現(xiàn)困難。如前所述，盡管大多數(shù)真空感應(yīng)熔煉系統(tǒng)使用耐火合金氧化物 用于感應(yīng)熔爐中的坩堝，例如TiAl等的合金具有如此高的活性以至于它們能夠侵蝕坩堝 中存在的耐火合金并且污染鈦合金。例如，典型地避開陶瓷坩堝因為高活性TiAl合金能夠 損壞坩堝并且鈦合金既受到氧也受到來自氧化物的耐火合金污染。類似地，如果使用石墨 坩堝，鈦的鋁化物能夠從坩堝溶解大量的碳進入鈦合金，因此導(dǎo)致污染。這種污染導(dǎo)致鈦合 金機械性能的損失。另外，盡管冷坩堝熔煉能夠提供用于前述的高活性合金加工的冶金優(yōu)點，它也具 有許多技術(shù)和經(jīng)濟局限性，包括低過熱、由于凝殼(skull)的形成以及高功率要求的產(chǎn)量 損失。這些局限性能夠限制商業(yè)可行性。因此，仍然存在對用于熔煉高活性合金的增強坩堝的需求，其更能夠抵抗在鑄造 過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力并且不太可能污染合金。

發(fā)明內(nèi)容
這里的實施例一般涉及用于熔煉鈦合金的增強坩堝，其包括包括至少一層表面 涂層的表面涂覆部分；包括至少一層背襯層的背襯；以及至少一種應(yīng)用于表面涂層、背襯 層或其組合中一個或一個以上的至少一部分的增強單元，其中增強單元包括至少一種從由 陶瓷成分、金屬成分以及其組合組成的組中選擇的成分。
這里的實施例一般也涉及用于熔煉鈦合金的增強坩堝，其包括包括至少一層表 面涂層的表面涂覆部分；包括至少一層背襯層的背襯；應(yīng)用于表面涂層或背襯層至少其中 之一的灰泥層；以及至少一種應(yīng)用于至少表面涂層、背襯層、灰泥層或其組合中任一個或一 個以上的至少一部分的增強單元，其中增強單元包括至少一種從由連續(xù)纖維、帶、網(wǎng)狀物、 短纖維以及其組合組成的組中選擇的結(jié)構(gòu)。這里的實施例一般涉及用于熔煉鈦合金的增強坩堝，其包括至少基底區(qū)；過渡 區(qū)；下部區(qū)；以及多個增強單元結(jié)構(gòu)，其從由連續(xù)纖維(continuous f ibre)、帶、網(wǎng)狀物、短 纖維(chopped fibre)以及其組合組成的組中選擇，其中繞基底區(qū)和過渡區(qū)的至少一部分 設(shè)置網(wǎng)狀物增強單元結(jié)構(gòu)，并且繞下部區(qū)的至少一部分設(shè)置連續(xù)纖維增強單元結(jié)構(gòu)。這些和其他特征、方面以及優(yōu)點從下列公開中對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得明顯可 見。


盡管說明書以權(quán)利要求結(jié)束特別地指出并且清楚地要求本發(fā)明的權(quán)利，認為從下 列與附圖結(jié)合的說明將更好地理解這里闡述的實施例，其中相同的參考號標識相同的單兀。圖1是根據(jù)這里的說明的一個坩堝的實施例的示意遠視圖；圖2是根據(jù)這里的說明的一個模型的實施例的示意遠視圖；圖3是根據(jù)這里的說明的一個坩堝鑄模的實施例的橫截面示意圖；圖4是圖3的坩堝鑄模的橫截面的一部分的示意近視圖；圖5是根據(jù)這里的說明的一個帶有置于相鄰取向的增強單元的坩堝鑄模的實施 例的從高處看的正視圖(elevated front view)；圖6是根據(jù)這里的說明的一個帶有各自應(yīng)用于坩堝鑄模的不同層的兩個增強單 元的坩堝鑄模的實施例的從高處看正視圖；圖7是根據(jù)這里的說明的一個帶有置于堆疊取向的增強單元的坩堝鑄模的實施 例的從高處看正視圖；以及圖8是根據(jù)這里的說明的一個在去除模型并且應(yīng)用表涂層后的坩堝鑄模的實施 例的橫截面示意圖。
具體實施例方式這里說明的實施例大體上涉及適合用于熔煉鈦合金的增強坩堝。更加具體地，這 里說明的實施例一般涉及用于熔煉鈦合金的增強耐火坩堝，其包括包括至少一層表面涂 層的表面涂覆部分，包括至少一層背襯層的背襯，以及至少一種應(yīng)用于表面涂層、背襯層或 其組合中一個或一個以上的至少一部分的增強單元，其中增強單元包括至少一種從由陶瓷 成分、金屬成分以及其組合組成的組中選擇的成分。盡管這里的實施例一般關(guān)注于適合用于熔煉用于制造接近純粹形狀的翼型的 TiAl的增強坩堝，本說明不應(yīng)該限制于此。那些本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將理解本實施例可適合 用于熔煉任何用于制造任何接近純形狀的燃氣渦輪機部件的鈦合金。參考圖1，這里的實施例涉及適合用于熔煉鈦合金的耐火坩堝。坩堝8可以具有內(nèi)部9并且可以根據(jù)下文的說明制造。為了開始，可以制造坩堝鑄模(mold)。作為這里使用的“鑄?！鄙婕拔礋频牟考洚斣谶m合的條件下燒制后形成圖1的坩堝8。為了制造坩堝 鑄模，可以如圖2所示提供模型(form)lO。盡管模型10可以包括任何能夠從坩堝鑄模去除 的材料，在一個實施例中，模型10可以包括蠟、塑料或木材，并且可是空心的或?qū)嵭牡?。此外，模?0可以采用任何形狀并且具有任何制造坩堝期望的內(nèi)部所需要的尺寸，并且可包 括手柄12，或其他為了便于操作的類似的機械裝置。如圖3和4所示，包括至少一層表面涂層18，以及可選地至少一層灰泥層20的表 面涂覆部分(facecoatUe可以應(yīng)用于模型10。如這里自始至終所用的，“至少一個(種)” 意思是可有一個(種)或一個(種)以上并且具體的層將這里自始至終稱作“第一表面涂 層”，“第二表面涂層”，以及類似的。由于表面涂層18可以在熔煉過程中與TiAl接觸，表面 涂層18應(yīng)該對易反應(yīng)的TiAl是惰性的以便不會在熔煉中降低合金的品質(zhì)并且污染合金。 因此，在一個實施例中，表面涂層18可包括氧化物。如這里自始至終所用的，“氧化物”指從 由氧化鈧、氧化釔、氧化鉿、鑭系元素氧化物、以及其組合組成的組中選擇的成分。此外，鑭 系元素氧化物(也被稱作“稀土”成分)可包括從由氧化鑭、氧化鈰、氧化鐠、氧化釹、氧化 钷、氧化釤、氧化銪、氧化釓、氧化鋱、氧化鏑、氧化鈥、氧化鉺、氧化鐿、氧化镥、以及其組合 組成的組中選擇的氧化物。表面涂層18可包括由氧化物粉末混入膠狀懸浮液內(nèi)制成的表面涂料漿料 (facecoat slurry)。在一個實施例中，氧化物粉末可是小顆粒粉末具有小于大約70微米的 尺寸，并且在另一個實施例中，從大約0. 001微米到大約50微米，并且在更另一個實施例中 從大約1微米到大約50微米。膠體可以是任何以控制的方式膠化的膠體并且對例如TiAl 等是惰性的，例如，膠狀二氧化硅、膠狀氧化釔、膠狀氧化鋁、膠狀氧化鈣、膠狀氧化鎂、膠狀 二氧化鋯、膠狀鑭系元素氧化物、以及其混合物。盡管任何前面列出的氧化物可以用于制造 表面涂層18的表面涂料漿料，在一個實施例中，表面涂料漿料可包括在膠狀二氧化硅懸浮 液中的氧化釔顆粒，而在另一個實施例中，表面涂料漿料可包括在膠狀氧化釔懸浮液中的 氧化釔顆粒。表面涂料漿料的成分可以變化，然而，一般而言，表面涂料漿料可包括按重量 計算從大約40%到大約100%的氧化物以及從大約0%到大約60%膠體。—旦表面涂層18的表面涂料漿料使用常規(guī)方法制備，模型10使用從由浸蘸、噴 涂、以及其組合組成的組中選擇的方法可與表面涂料漿料接觸。一般地，一旦應(yīng)用，表面涂 層18可以具有厚度從大約50微米到大約500微米，并且在一個實施例中從大約150微米 到大約300微米，并且在更另一個實施例中，大約200微米。盡管仍然是濕的，表面涂層18可選地涂有灰泥層20，如圖3和4所示。如這里使 用的，“灰泥(Stucco)”指粗陶瓷顆粒一般具有大于大約100微米的尺寸，并且在一個實施 例中從大約100微米到大約5000微米?；夷?0可以應(yīng)用于每個表面涂層以幫助增加坩堝 壁的厚度并且提供額外的強度。多種材料可適合用作灰泥層20，然而，在一個實施例中，灰 泥可包括耐火材料，例如但不限制于氧化鋁或鋁硅酸鹽等，與如這里定義的氧化物結(jié)合等。 灰泥層20中耐火材料與氧化物的比例可以變化，然而，在一個實施例中，灰泥層20可以包 括按重量計算從大約0%到大約60%的耐火材料以及從大約40%到大約100%的氧化物。 灰泥層20可以任何可接收的方式應(yīng)用于表面涂層18，例如舉例的噴撒(dusting)。一般地， 灰泥層20可以具有厚度從大約100微米到大約2000微米，并且在一個實施例中從大約150微米到大約300微米，并且在更另一個實施例中大約200微米。表面涂層18，以及可選的灰泥層20可以被風(fēng)干并且如果期望附加的表面涂層和 灰泥層可以前述方式應(yīng)用以完成表面涂覆部分16。在圖3和4示出的實施例中，存在第一 和第二表面涂層18，以及間隔灰泥層20，但是那些本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將理解表面涂覆部分 16可包括任何數(shù)量的表面涂層和灰泥層。盡管每個表面涂層18可包括不同氧化物/膠體 混合物，在一個實施例，每個表面涂層18包括相同的氧化物/膠體混合物。一旦應(yīng)用了期 望數(shù)量的表面涂層18和灰泥層20，那么可應(yīng)用背襯22。 背襯22可以幫助向完成的坩堝8提供額外的強度和耐久性。如此，背襯22可由 至少一層背襯層24組成，其在圖4中示出可以包括包含在膠狀二氧化硅懸浮液中的從由氧 化鋁、硅酸鎬、二氧化硅、以及其組合組成的組中選擇的耐火材料的背襯漿料。具體的層可 在這里自始至終稱作“第一背襯層”、“第二背襯層”、以及類似的。例如，在一個實施例中，背 襯層24可包括由在膠狀二氧化硅懸浮液中的氧化鋁顆粒制成的背襯漿料。背襯漿料的成 分可以變化，然而，一般而言，背襯漿料可包括都按重量計算從大約10%到大約40%的耐 火材料以及從大約60%到大約90%的膠體。與表面涂層類似，每層背襯層24可選擇地包 括與其粘著的灰泥層20，如圖4所示，其可與之前用于制造表面涂覆部分的灰泥相同或不 同。包括灰泥的每層背襯層24可以具有從大約150微米到大約4000微米的厚度，并且在 一個實施例中從大約150微米到大約1500微米，并且在更另一個實施例中大約700微米。與表面涂層類似，每層背襯層24可使用從由浸蘸、噴涂、以及其組合組成的組中 選擇的方法應(yīng)用。盡管可以應(yīng)用任何數(shù)量的背襯層，在一個實施例中，可有從2到40層背 襯層。每層背襯層24可包括相同成分的耐火材料和膠體，每層可不同，或它們可包括介于 之間的某些組合。在應(yīng)用期望數(shù)量的背襯層以及可選擇的灰泥層后，獲得的坩堝鑄模26可 以進一步加工。應(yīng)該注意到在某些情況下可期望通過改變?nèi)缢鼈儜?yīng)用的顆粒尺寸、層厚度和/或 成分使灰泥層漸變。如這里使用的，術(shù)語“漸變”以及其所有形式指通過例如增加灰泥材料 的顆粒尺寸、增加灰泥層的厚度和/或使用越來越堅固的耐火材料/膠體成分作為灰泥層 來逐漸增加隨后應(yīng)用的灰泥層的強度。這樣的漸變可以允許灰泥層調(diào)整以克服它們應(yīng)用到 的不同表面涂層以及背襯層的熱膨脹和化學(xué)性質(zhì)的差異。更加具體地，漸變灰泥層提供不 同的孔隙度并且可以調(diào)節(jié)坩堝的模量，其一起采用可以幫助克服如前所述熱膨脹的差異。在坩堝鑄模的建造過程中的任何時間，至少一種增強單元14可應(yīng)用到表面涂層 18、背襯層24、或灰泥層20中任一或一個以上的至少一部分。在圖3、4、5和8的實施例中， 增強單元14示出應(yīng)用于表面涂覆部分16的灰泥層20。然而，那些本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將理 解這個實施例僅是用于圖示的目的并且不應(yīng)該用于限制本說明的范圍。增強單元可包括任何與缺少這種增強單元的坩堝相比能夠增加完成的坩堝的強 度以及它的熱開裂抗力的東西。如這里使用的，“增強單元”指在構(gòu)造過程中施加于坩堝 鑄模的一層或多層中的成分，而不是施加于在坩堝鑄模的層內(nèi)存在的氧化物、耐火材料和/ 或膠體中的成分，如這里說明的其可在坩堝鑄模的燒制過程中反應(yīng)形成增強材料。盡管增強單元14可由任何數(shù)量的成分制成，在一個實施例中，增強單元14可包括 從由陶瓷成分、金屬成分以及其組合組成的組中選擇的成分。更加具體地，增強單元14可 包括至少一種從由氧化釔、氧化鋁、藍寶石、氮化物、釔鋁石榴石(YAG)、碳化硅(SiC)、氧氮化硅鋁(例如SiAlON )、二氧化硅、莫來石(例如NEXTEL )、氧化鋯、鋯石、zircar,以及其 組合組成的組中選擇的陶瓷成分(composition)；至少一種從由鎢、鉭、鉬、鈮、錸、其合金、 以及其組合組成的組中選擇的金屬成分。另外，增強單元14可包括陶瓷成分和金屬成分的 組合，稱作金屬陶瓷，其可以包括但不應(yīng)該限制于，按體積的氧化鋁-50%鉬，氧化鋁-90% 鉬、氧化鋁-50 %鎢、以及氧化鋁-90 %鎢。
增強單元14可包括任何能夠向完成的坩堝提供增加的強度和熱開裂抗力的結(jié) 構(gòu)。在一個實施例中，增強單元可包括從由連續(xù)纖維、帶、網(wǎng)狀物、短纖維以及其組合組成 的組中選擇的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的尺寸可根據(jù)在增強單元中期望的特性而變化，例如通過寬度、厚 度、編織式樣、以及類似的等。然而，在一個實施例中，增強單元可以具有小于大約2000微 米的厚度，并且在另一個實施例中從大約100微米到大約1000微米。另外，可應(yīng)用單種結(jié)構(gòu)，或可應(yīng)用一種以上的結(jié)構(gòu)于坩堝鑄模的同一層或不同層。 如果應(yīng)用一種以上增強單元于同一層，增強單元可以按照相鄰取向、堆疊取向、或其的某些 組合來被應(yīng)用，如在下文中說明的。例如，在圖5示出的一個實施例中，連續(xù)纖維和網(wǎng)狀物 單元可同時以相鄰取向而上應(yīng)用于同一層。在圖6示出的另一個實施例中，網(wǎng)狀物單元和 短纖維單元可應(yīng)用于不同層。在圖7示出的更另一個實施例中，帶狀單元和短纖維單元可 以堆疊取向應(yīng)用于同一層。
此外，可選擇增強單元14，其組成以及其結(jié)構(gòu)以承受在坩堝不同區(qū)域存在的特定 的應(yīng)力，例如基底區(qū)30、過渡區(qū)32 (即連接基底區(qū)30與下部區(qū)34的部分)、下部區(qū)34 (即 在鑄造過程中容納鈦熔融物側(cè))、上部區(qū)36 (即在鑄造過程中鈦熔融物上側(cè))34，以及澆注 唇邊區(qū)38，如圖5大體示出。特別地，由于在基底區(qū)30、過渡區(qū)32、以及澆注唇邊區(qū)38的彎 曲應(yīng)力可是顯著的，在這些區(qū)域至少使用網(wǎng)狀物增強單元14是可取的，如圖5所示。類似 地，在坩堝的這些側(cè)邊(即上部36和下部34區(qū))，環(huán)向應(yīng)力一般是主要關(guān)心的問題從而，在 這樣的區(qū)域至少使用連續(xù)纖維增強單元14是期望的，如圖5所示。通過具體地調(diào)整坩堝特 定區(qū)域的增強單元，可以優(yōu)化熱應(yīng)力抗力以幫助確保坩堝在加熱、熔煉、澆注以及冷卻階段 始終維持它的完整。不管增強單元14的成分(composition)或結(jié)構(gòu)(configuration)，其的應(yīng)用一般 遵循相同的步驟。可在選擇的層或多層的周圍應(yīng)用至少一種增強單元14，盡管漿料仍然是 濕的。當選擇的層仍然是濕的時候應(yīng)用增強單元14允許增強單元14固定到坩堝鑄模26。 更加具體地，當坩堝鑄模26的所選擇的層變干時，增強單元14可以與其粘著。增強單元14 的應(yīng)用可以包括，但不應(yīng)限制于，在坩堝鑄模26的所選擇的層的周圍包裹或纏繞增強單元 14，如圖5和7所示，或在短纖維的情況下，在坩堝鑄模26的所選擇的層周圍期望的位置或 多個位置上按壓或噴撒增強單元14，如圖6和7所示。如果使用超過一種增強單元，并且選 擇堆疊取向(例如見圖7)，可以使用前述的技術(shù)以應(yīng)用一種增強單元接著應(yīng)用另一種增強 單元。那些本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將理解增強單元可以選擇地置于坩堝鑄模的所選擇的層的至 少一部分的周圍，或者備選地在坩堝鑄模的所選擇的層的全部周圍。接著坩堝鑄模26可使用常規(guī)的方法弄干并且可去除模型(form) 10?？墒褂枚喾N 方法從坩堝鑄模26去除模型10。如前所述，模型10可包括蠟并且因此可通過將坩堝鑄模 置于熔爐、蒸汽壓熱器(autoclave)、微波、或其他類似的設(shè)備中去除，并且熔化模型10在 坩堝鑄模16中留下空的內(nèi)部9，如圖8所示。從坩堝26熔化模型10要求的溫度一般可以是低的并且在一個實施例中，可以在從大約40°C到大約120°C的范圍。 可選地，接著坩堝鑄模26的內(nèi)部9可用膠狀漿料洗滌以形成表涂層28，如圖8所 示。在燒制坩堝之前，洗滌一般可以包含使用任何那些本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員已知的方法施加 涂層于坩堝的內(nèi)部，例如噴涂等。表涂層28可以具有任何期望的厚度，然而，在一個實施例 中，表涂層具有多達大約500微米的厚度，并且在另一個實施例中從大約20微米到大約400 微米。表涂層28可以包括從由在膠狀氧化釔懸浮液中的氧化釔、在膠狀二氧化硅懸浮液中 的氧化釔，以及其的組合組成的組中選擇的膠狀漿料。這個表涂層可以幫助進一步確保坩 堝在熔煉過程保持對鈦合金的惰性。接著空心坩堝鑄模26可以燒制到更高的溫度。燒制坩堝鑄模26可以幫助向完 成的坩堝提供額外的強度因為在這個加熱處理過程中，制成表面涂層、灰泥、以及背襯層 的材料可以互相擴散并且燒結(jié)到一起。開始，坩堝鑄?？梢詿频綇拇蠹s800°C到大約 1400°C的溫度，并且在一個實施例中從大約900°C到大約1100°C，并且在一個實施例中大 約1000°C。這個初步燒制(first firing)可以持續(xù)進行用以幫助燒掉任何剩余的模型材 料所需要的任何時間長度，同時也在坩堝的陶瓷成分(constituent)之間提供有限程度的 互相擴散，其在一個實施例中可是從大約0. 5小時到大約50小時，在另一個實施例中從大 約1小時到大約30小時，并且在更另一個實施例中大約2小時。接著，坩堝鑄?？梢詿频?從大約1400°C到大約1800°C的溫度，并且在一個實施例中從大約1500°C到大約1800°C，并 且在更另一個實施例中從大約1600°C到大約1700°C。這個二次燒制可以持續(xù)進行用以大 致上完成陶瓷成分的互相擴散所需要的任何時間長度，也引起在表面涂料(facecoat)氧 化物中存在的膠體的反應(yīng)，其在一個實施例中可是從大約0. 5小時到大約50小時，在另一 個實施例中從大約1小時到大約30小時，并且在更另一個實施例中大約2小時。例如，膠 狀二氧化硅可以形成硅酸鹽，而膠狀氧化釔可以與在表面涂料的漿料中存在的氧化釔顆粒
Ams口 °一旦燒制完成，得到的坩堝可以適合用于熔煉鈦合金。盡管坩堝8具體的特性可 以根據(jù)期望的用途改變或改進，在一個實施例中，坩堝8可以具有至少大約3mm的總體壁 厚，其包括所有表面涂層、灰泥層以及背襯層，并且在另一個實施例中至少大約6mm，并且 在更另一個實施例中從大約6. 5mm到大約40mm。大于大約40mm的壁厚可以導(dǎo)致不可取的 長的高加熱次數(shù)。類似地，背襯與表面涂覆部分的厚度比率在一個實施例中可以是從大約 6.5 1到大約20 1。同上，厚度比率大于大約20 1由于氧化鋁背襯層的厚度能夠?qū)?致不可取的長的高加熱次數(shù)。不管具體的構(gòu)造，坩堝8可用于熔煉具有低空隙水平以及低陶瓷夾雜物含量的鈦 合金。特別地，TiAl可以使用那些本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員已知的常規(guī)熔煉和鑄造技術(shù)在這里說 明的坩堝內(nèi)熔煉。因為用于制造表面涂覆部分的材料對易反應(yīng)的TiAl是惰性的，這里說明 的坩堝能夠用于如此高活性的合金。也就是說，表面涂覆部分可以在熔煉過程中與TiAl接 觸而不會降低合金的品質(zhì)和污染合金。此外，這里的坩堝可以快速加熱而不會在真空感應(yīng) 熔煉周期的熔煉、澆注、鑄造以及冷卻階段的任何過程中開裂。這個改進的坩堝性能的得到的結(jié)果是坩堝更能夠抵抗熱應(yīng)力并且其中熔煉的 TiAl保持得更純并且具有提高的疲勞壽命。如這里使用的，“純”是指合金具有按重量計算 低于大約1200ppm的氧含量，并且包括按重量計算低于大約500ppm的氧化釔或硅污染，其由坩堝在熔煉過程中產(chǎn)生。由于這個改進的純度，由本TiAl制造的部件比由使用現(xiàn)有方法的TiAl制造的那些部件顯示出更少的開裂以及更少的缺陷。這個書面說明使用例子公開本發(fā)明，包括最佳模式，以及也使任何本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù) 人員能夠做出并且使用本發(fā)明。本發(fā)明可取得專利的范圍通過權(quán)利要求限定，并且可包括 其他那些本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員想起的例子。這種其他的例子，如果它們具有與本權(quán)利要求的 字面語言沒有不同的結(jié)構(gòu)單元，或如果它們包括與本權(quán)利要求的字面語言無實質(zhì)不同的等 效的結(jié)構(gòu)單元，則規(guī)定為在本權(quán)利要求的范圍內(nèi)。部件列表8 J；甘堝9內(nèi)部(坩堝的)10 模型12 手柄14增強單元16表面涂覆部分18表面涂層20灰泥層22 背襯24背襯層26坩堝鑄模28表涂層30基底區(qū)32過渡區(qū)34下部區(qū)36上部區(qū)38澆注唇
權(quán)利要求
一種用于熔煉鈦合金的增強坩堝(8)，其包括包括至少一層表面涂層(18)的表面涂敷部分(16)；包括至少一層背襯層(24)的背襯(22)；以及施加到所述表面涂層(18)、所述背襯層(24)、或其組合中的一個或多個的至少一部分的至少一種增強單元(14)，其中所述增強單元(14)包括從由陶瓷成分、金屬成分以及其組合組成的組中選擇的至少一種成分。
2.如權(quán)利要求1所述的坩堝(8)，其中所述增強單元(14)包括從由氧化釔、氧化鋁、藍 寶石、釔鋁石榴石、碳化硅、氧氮化硅鋁、莫來石、氧化鋯、鋯石、zircar,以及其組合組成的 組中選擇的至少一種陶瓷成分。
3.如權(quán)利要求1或2中任一項所述的坩堝(8)，其中所述增強單元(14)包括從由鎢、 鉭、鉬、鈮、錸、其合金、以及其組合組成的組中選擇的至少一種金屬成分。
4.如權(quán)利要求1、2或3中任一項所述的坩堝(8)，包括施加于所述表面涂層(18)、所述 背襯層(24)、或其組合中任一個的至少一部分的灰泥層(20)。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4中任一項所述的坩堝(8)，其中所述增強單元(14)包括從由 連續(xù)纖維、帶、網(wǎng)狀物、短纖維以及其組合組成的組中選擇的結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求4所述的坩堝(8)，其中將所述至少一種增強單元(14)施加于整個所述 表面涂層(18)、背襯層(24)、灰泥層(20)、或其組合。
7.如權(quán)利要求1、2、3、4、5或6中任一項所述的坩堝(8)，其中一種以上的增強單元 (14)結(jié)構(gòu)以從由相鄰取向、堆疊取向、或其組合組成的組中選擇的方式來施加。
8.如權(quán)利要求4或6中任一項所述的坩堝(8)，其中所述表面涂層(18)、所述背襯層 (24)、和所述灰泥層(20)中的一個以上包括增強單元(14)。
9.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8中任一項所述的坩堝(8)，其中所述增強單元(14) 施加被調(diào)整成用于支持在所述坩堝(8)的不同區(qū)域(30、32、34、36、38)存在的特定的應(yīng)力。
10.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9中任一項所述的坩堝(8)，還包括表涂層(28)， 其包括在膠狀懸浮液中的氧化釔粉末，其中所述膠狀懸浮液包括從由膠狀二氧化硅、膠狀 氧化釔、以及其的組合組成的組中選擇的膠體。
全文摘要
提供了一種用于熔煉鈦合金的增強型耐火坩堝(8)，其具有包括至少一層表面涂層(18)的表面涂覆部分(16)，包括至少一層背襯層(24)的背襯(22)，以及至少一種應(yīng)用于至少表面涂層(18)、背襯層(24)、或其組合中一個或一個以上的一部分的增強單元(14)，其中增強單元(14)包括至少一種從陶瓷成分、金屬成分以及其組合中選擇的成分。
文檔編號C22C14/00GK101839643SQ200910127779
公開日2010年9月22日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者B·P·布萊, M·F·X·吉格利奧蒂, M·J·韋默, M·拉曼, S·森達拉姆, S·魯特科夫斯基, T·J·凱利 申請人:通用電氣公司