各種るつぼ材料の性能と応用分析 日本

さまざまなタイプのるつぼがあり、それぞれが特定のアプリケーションのニーズを満たすように設計されています。これらには、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、窒化ホウ素、炭化ケイ素、グラファイト、石英のるつぼが含まれます。各材料は独自の耐熱性と化学的安定性を備えているため、さまざまな高温実験や工業プロセスに適しています。
るつぼ材料の性能上の利点

アルミナるつぼ

• Advantages: アルミナるつぼは、1500℃から1650℃の温度範囲で高い耐性があります。また、特にほとんどの酸（フッ化水素酸を除く）に対して優れた耐腐食性を示し、強力な化学的安定性を誇ります。
  
  
• アプリケーション: アルミナるつぼは、研究室、合金製錬、中高周波誘導炉、電気炉、真空炉の加熱容器として広く使用されています。これらは、材料の堆積および蒸発プロセスで特に価値があります。実際の用途では、るつぼの材料が溶融金属と反応する可能性があるため、るつぼを腐食や損傷から保護し、アルミニウムなどのるつぼ物質による堆積材料の汚染を防ぐために、保護ライニング (ニッケルやモリブデンなど) を使用する必要があります。ただし、場合によっては、耐火ライニングが処理対象の金属と互換性がない場合があるため、特定の動作条件に基づいてその使用を慎重に検討する必要があります。
  
  
• デメリット: アルミナるつぼは、特に急速冷却時の耐熱衝撃性が比較的低いです。耐熱衝撃性を高めるには、温度上昇と下降の速度を制御し、急激な温度変化を避けることが重要です。また、特定の高反応性合金の製錬中、るつぼ材料が溶融金属と反応する可能性があるため、製錬条件を厳密に制御することが不可欠です。
  
  
  

  
  ジルコニアるつぼ

  • Advantages: ジルコニアるつぼは極めて高い耐熱性を示し、複合ジルコニア材料の中には最高 2400°C まで耐えられるものもあります。また、優れた耐薬品性、低い熱伝導性、高い耐熱衝撃性も備えているため、再利用可能で繰り返し使用に最適です。部分安定化ジルコニアるつぼは、強度、耐火性、耐熱衝撃性、化学的不活性を兼ね備え、他の酸化物材料の多くの欠点を克服しています。画像に示するつぼは、最高 1500°C の瞬間加熱に耐えることができ、再利用可能で、2200°C の持続温度でも確実に機能します。
    
    
  • アプリケーション: ジルコニアるつぼは超高温金属や合金に適しています。真空精密鋳造では、部分安定化ジルコニアセラミックスが理想的なるつぼ材料となり、特にプラチナ、ニッケルベースの超合金、コバルトベースの合金の鋳造に成功しています。
    
    
  • デメリット: アルミナるつぼやグラファイトるつぼと比較すると、ジルコニアるつぼは製造コストが高くなります。
  
  

  
  
  マグネシアるつぼ
  

  • Advantagesマグネシアるつぼはアルカリ金属スラグに対する優れた耐性があり、真空溶解プロセス、特に高温精錬処理で使用する場合に非常に効果的です。これらのるつぼは、炭素 (C) やアルミニウム (Al) などの脱酸剤と組み合わせると、CO ガスや Al₂O₃ 介在物の生成を促進し、製錬プロセス中に浮遊スラグを生成することなく、溶鋼から遊離酸素を効率的に除去します。ただし、マグネシアは 2300°C を超える温度で揮発する傾向があるため、マグネシアセラミック製品は 2200°C 未満の温度で使用する必要があります。

  • デメリットマグネシアるつぼの主な欠点は、真空度と精錬温度が上昇すると分解して自由酸素とマグネシウムが放出される傾向があることです。溶融池の実際の酸素含有量が耐火ライニングからの溶存酸素の飽和レベルを下回ると、ライニングは溶鋼に酸素を供給し始めます。したがって、マグネシアるつぼを使用して高温合金グレードを溶解する場合、るつぼの分解と溶鋼への不要な酸素供給を防ぐために、精錬温度と時間を慎重に制御することが重要です。

  
  
  
  黒鉛るつぼ
  

  • Advantages: 黒鉛るつぼは、高温に対する耐性が高く、優れた熱伝導性を備えています。また、酸性およびアルカリ性溶液による腐食に対しても強い耐性を示し、コスト効率に優れています。黒鉛るつぼは、金、銀、銅、アルミニウム、鉛、亜鉛などのさまざまな非鉄金属、中炭素鋼、希少金属の溶解に広く使用されています。コークス炉、石油炉、ガス炉、電気炉、中高周波誘導炉など、さまざまなタイプの炉と互換性があります。

  • アプリケーション黒鉛るつぼは、金、銀、銅、アルミニウム、鉛、亜鉛などの各種非鉄金属、中炭素鋼、希少金属の溶解に広く利用されており、コークス炉、石油炉、ガス炉、電気炉、中高周波誘導炉など、さまざまな炉に対応しています。

  • デメリット: グラファイトるつぼの主な制限は、耐熱衝撃性が低いことです。加熱後、急激に冷却しないでください。るつぼが損傷する可能性があります。

  
  
  
  石英るつぼ
  

  • Advantages: 石英るつぼは、高い透明性、優れた耐熱性、低い熱膨張係数を誇ります。高純度の石英砂から作られたこれらのるつぼは、高純度、耐久性、極度の温度に耐える能力で知られています。

  • アプリケーション: 半導体および太陽光発電産業、特に単結晶シリコン棒の製造工程で広く使用されています。石英るつぼはシリコン材料の溶融と結晶の成長に重要な役割を果たしており、半導体ウェーハおよび太陽光発電シリコンウェーハの製造に欠かせない消耗品となっています。結晶成長炉では、石英るつぼは加熱容器として機能し、多結晶シリコン材料を直接保持します。多結晶シリコン材料は溶融され、その後シリコン棒/ウェーハに加工され、下流の半導体チップ、太陽光発電セル、およびその他の製品でさらに使用されます。

  • デメリット: 石英るつぼの主な制限は、その寿命が限られていることです。通常、使用時間は 360 ～ 500 時間です。水を吸収しやすく、湿気を帯びやすいため、使用前に予熱とベーキングが必要です。
    
    
    
    
    シリコンカーバイドSiCるつぼ

  • Advantages: シリコンカーバイドるつぼは、極度の熱に耐えられるように設計されており、真空または不活性ガス環境では最高 2000°C、空気中では最高 1650°C の温度で効果的に動作します。耐酸化性に優れているため、アルミニウム合金ダイカストでは最大 4 年、スクラップアルミニウムの溶解では 6 ～ XNUMX か月という長い耐用年数を実現します。これらのるつぼは、熱衝撃や化学腐食に対する耐性が高く、内壁へのスラグ付着が最小限に抑えられているため、熱損失と割れの可能性が低減します。材料の純度を維持し、クリーンかつ効率的な溶解プロセスを確保するのに最適です。
    
    
  • アプリケーション: 炉床炉、電気炉、誘導炉での使用に最適なシリコンカーバイド
    るつぼは、金、銀、銅、アルミニウム、鉛、亜鉛など、さまざまな非鉄金属の製錬や鋳造に不可欠です。また、化学腐食耐性と高温安定性に優れているため、陽極材料を汚染せず、バッテリー燃料の製造に広く使用されています。

  • デメリット: 炭化ケイ素るつぼには多くの利点がありますが、限界もあります。アルカリ金属酸化物に対する耐性が低下し、水分を吸収しやすくなります。急速な冷却や加熱は、ひび割れの原因となるため避けてください。また、フラックスを使用すると、るつぼの寿命が短くなる場合があります。

    
    
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