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진공 유도로에서 세라믹 도가니의 적용: 합금 제련 및 재료 증발을 위한 핵심 도구

합금은 고강도, 내식성, 고온 저항성, 경량성, 그리고 뛰어난 산화 저항성으로 인해 군사, 항공우주, 원자력, 인공지능 로봇, 자동차 및 의료 산업에서 널리 사용됩니다. 희토류 원소는 합금에서, 특히 성능 향상에 중요한 역할을 합니다. 기술 발전으로 합금 제련 및 희토류 정련에 대한 수요는 지속적으로 증가하고 있습니다. 이러한 공정에서 세라믹 도가니는 탁월한 고온 안정성과 화학적 불활성으로 인해 진공 유도 용해에 필수적인 도구로 자리 잡았습니다.

더욱이, 세라믹 도가니는 재료 증발에 중요한 역할을 합니다. 고온 저항성과 내식성이 뛰어나 진공 증발 및 고온 증발 실험과 같은 공정, 특히 반도체, 광학 코팅, 재료 과학 분야에서 널리 사용됩니다. 합금 제련이나 재료 증발 등 어떤 분야에서든 세라믹 도가니는 현대 첨단 제조 및 과학 연구에 필수적인 부품으로 자리 잡았습니다.

그러나 고온, 저압, 장시간 운전 조건에서는 도가니 내화재가 고온 합금의 활성 원소와 분해, 용해 또는 화학 반응을 일으킬 수 있습니다. 이러한 변화는 합금의 순도에 영향을 미쳐 전반적인 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 우수한 열역학적 안정성과 고온 용융 금속 부식 저항성을 갖춘 도가니 내화재 개발은 고순도 초합금의 성공적인 제련을 보장하는 데 필수적입니다.

초합금 유도 용해 도가니의 종류와 도가니 재료의 장단점

도가니 재료

장점

단점

관련 데이터

 

석묵

고온 저항성, 우수한 열충격 저항성, 가공 용이성, 저렴한 비용

합금 내 탄소 오염을 유발하고 활성 원소(Ti, Nb, Hf)와 반응하여 탄화물을 형성하여 합금 특성에 영향을 미칩니다.

코팅이나 라이닝은 오염을 줄일 수 있지만 고온에서는 벗겨지거나 갈라지는 경향이 있습니다.

 

금속 도가니(W, Mo, Ta, Nb 등)

높은 녹는점, 낮은 증기압, 우수한 화학적 안정성

제조가 어렵고, 비용이 많이 들고, 용융물에 젖거나 금속간 화합물을 형성하여 합금을 오염시키기 쉽습니다.

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질화물(AlN)

높은 열전도도, 낮은 열팽창, 우수한 화학적 안정성

AlN은 Ti와 반응하여 TiN을 형성합니다.

AlN은 산화물 내화물보다 오염이 적습니다. 최상의 사용 효과를 얻으려면 온도와 압력을 엄격하게 제어해야 합니다.

 

질화물(PBN)

PBN 도가니는 용융 금속과 유의미한 반응을 보이지 않는 것으로 보고되었습니다.(추가 검증이 필요합니다)

재료비가 비싸다 

 

 

산화마그네슘(MgO)

진공 유도 용해에 널리 사용됨

용융물에 산소를 분해하고 유입시켜 합금 내 산소 함량이 과도하게 증가하며 수화되기 쉽고 수소 제거에 영향을 미칩니다.

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알루미나(Al₂O₃)

MgO보다 안정적이며 분해 및 수화 현상이 적습니다. 비용 대비 성능이 우수합니다.

용융물에 산소를 계속 도입하여 O, N 및 S 수준을 제어하기 어렵게 만듭니다. Ni 기반 합금과의 반응

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지르코니아(ZrO₂)

높은 융점, 우수한 화학적 안정성 및 내식성

Hf와 같은 활성 원소에 의해 감소될 수 있으며 합금 순도에 영향을 미칩니다. Ni 기반 합금과 비교적 약한 반응입니다.

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이트리아(Y₂O₃)

높은 열역학적 안정성, H, N 및 O에 대한 뛰어난 제어, 높은 S 제거 효율, 최소 계면 반응 

열충격 저항성이 낮고 소결이 어려움 Ni계 합금과의 반응이 약함

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산화칼슘(CaO)

강력한 탈산 및 탈황 능력, 풍부하고 저렴한 비용

수분에 취약하여 안정성에 영향을 미칩니다.

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비교를 통해 Y₂O₃와 CaO가 가장 높은 열역학적 안정성을 보이는 반면, MgO와 Al₂O₃는 높은 산소 투과율에도 불구하고 산업용으로 더 흔히 사용됩니다.


초합금의 진공 유도 용해 과정에서 내화재는 용탕에 의한 습윤에 매우 취약합니다. 고진공 조건, 과도한 과열, 장시간 유지 시간, 전자기 교반과 같은 요인은 계면 반응을 더욱 심화시킵니다. 따라서 합금 품질을 보장하는 동시에, 진공도, 과열도, 유지 시간, 전자기 교반을 최적의 범위 내로 유지하여 용해 조건을 신중하게 조절하는 것이 필수적입니다. 이를 통해 용탕과 내화재 사이의 계면 반응을 완화하여 내화재의 수명을 연장하고 합금의 순도와 전반적인 품질을 향상시킬 수 있습니다.

또한, 복합 내화재료를 채택하고 다양한 단상 구성 요소의 장점을 활용함으로써 우수한 열충격 저항성, 높은 강도, 뛰어난 열역학적 안정성, 낮은 비용 및 우수한 전반적 성능을 갖춘 진공 유도 용해 도가니를 개발할 수 있습니다.


WEIERT CERAMICS의 세라믹 도가니 제품은 크게 산화물 도가니(고순도 알루미나 도가니, 고순도 지르코니아 도가니, 고순도 마그네시아 도가니)와 질화물 도가니(고순도 질화알루미늄 도가니, 고순도 질화붕소 도가니)의 두 가지 주요 유형으로 분류됩니다. 각 도가니 소재는 특정 작업 환경 및 요구 사항에 맞춰 제작되어 다양한 산업 분야에서 고온 내성, 고순도, 탁월한 화학적 안정성을 보장하는 맞춤형 솔루션을 제공합니다. WEIERT CERAMICS는 첨단 제조 및 과학 연구를 지원하는 고성능, 고품질 세라믹 도가니를 제공하기 위해 최선을 다하고 있습니다.

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