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Czech Aplicação de cadinhos cerâmicos em fornos de indução a vácuo: uma ferramenta fundamental para fundição de ligas e evaporação de materiais
As ligas são amplamente utilizadas nas indústrias militar, aeroespacial, de energia nuclear, robótica de inteligência artificial, automotiva e médica devido à sua alta resistência, resistência à corrosão, resistência a altas temperaturas, propriedades leves e excelente resistência à oxidação. Os elementos de terras raras desempenham um papel crucial nas ligas, particularmente na melhoria de seu desempenho. Com os avanços tecnológicos, a demanda por fundição de ligas e refino de terras raras continua a crescer. Nesse processo, os cadinhos cerâmicos tornaram-se ferramentas indispensáveis para a fusão por indução a vácuo devido à sua excepcional estabilidade em altas temperaturas e inércia química.
Además, los crisoles cerámicos desempeñan un papel fundamental en la evaporación de materiales. Su resistencia a altas temperaturas y a la corrosión los hace ampliamente utilizados en procesos como la evaporación al vacío y experimentos de evaporación a alta temperatura, especialmente en aplicaciones de semiconductores, recubrimientos ópticos y ciencia de materiales. Ya sea en la fundición de aleaciones o en la evaporación de materiales, los crisoles cerámicos se han convertido en componentes esenciales en la fabricación moderna de alta gama y la investigación científica.
No entanto, sob condições operacionais de alta temperatura, baixa pressão e longa duração, materiais refratários em cadinhos podem sofrer decomposição, dissolução ou reações químicas com elementos ativos em ligas de alta temperatura. Essas alterações podem afetar a pureza da liga, influenciando, assim, seu desempenho geral. Portanto, o desenvolvimento de materiais refratários para cadinhos com excelente estabilidade termodinâmica e resistência à corrosão do metal fundido em alta temperatura é fundamental para garantir o sucesso da fundição de superligas de alta pureza.
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Material do cadinho |
Vantagens |
Desvantagens |
Dados Relevantes |
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Grafite |
Resistência a altas temperaturas, boa resistência ao choque térmico, fácil de usinar, baixo custo |
Causa contaminação de carbono em ligas, reage com elementos ativos (Ti, Nb, Hf) para formar carbonetos, afetando as propriedades da liga |
Revestimentos ou forros podem reduzir a contaminação, mas tendem a descascar ou rachar sob altas temperaturas |
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Cadinhos metálicos (W, Mo, Ta, Nb, etc.) |
Alto ponto de fusão, baixa pressão de vapor, excelente estabilidade química |
Difícil de fabricar, caro, sujeito a molhamento pela fusão ou formação de compostos intermetálicos, contaminando a liga |
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Nitretos (AlN) |
Alta condutividade térmica, baixa expansão térmica, boa estabilidade química |
AlN reage com Ti para formar TiN |
AlN has lower contamination than oxide refractories; Strict control of temperature and pressure is required to achieve the best usage effect. |
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Nitretos (PBN) |
PBN crucible is reported to have no significant reaction with the molten metal.( further verification is needed) |
O custo do material é alto |
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Óxido de magnésio (MgO) |
Amplamente utilizado na fusão por indução a vácuo |
Decompõe-se e introduz oxigênio na fusão, levando ao conteúdo excessivo de oxigênio na liga; propenso à hidratação, afetando a remoção de hidrogênio |
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Alumina (Al₂O₃) |
Mais estável que o MgO, menos propenso à decomposição e hidratação. Alto custo-benefício. |
Ainda introduz oxigênio na fusão, dificultando o controle dos níveis de O, N e S. Reação com ligas à base de Ni |
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Zircônia (ZrO₂) |
Alto ponto de fusão, boa estabilidade química e resistência à corrosão |
Pode ser reduzido por elementos ativos como Hf, afetando a pureza da liga. Reação relativamente fraca com ligas à base de Ni |
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Ítria (Y₂O₃) |
High thermodynamic stability, excellent control over H, N, and O, High S removal efficiency,minimal interfacial reaction |
Poor thermal shock resistance, difficult to sinter Weak reaction with Ni-based alloys |
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Óxido de cálcio (CaO) |
Fortes capacidades de desoxidação e dessulfuração, abundantes e de baixo custo |
Propenso à hidratação, afetando a estabilidade |
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Na comparação, Y₂O₃ e CaO demonstram a maior estabilidade termodinâmica, enquanto MgO e Al₂O₃ são mais comumente usados em aplicações industriais, apesar de suas maiores taxas de transmissão de oxigênio.
Durante o processo de fusão por indução a vácuo de superligas, os materiais refratários são altamente suscetíveis à molhagem pelo metal fundido. Fatores como condições de alto vácuo, superaquecimento excessivo, tempo de espera prolongado e agitação eletromagnética intensificam ainda mais as reações interfaciais. Portanto, para garantir a qualidade da liga, é essencial regular cuidadosamente os parâmetros de fusão, mantendo o nível de vácuo, o superaquecimento, o tempo de espera e a agitação eletromagnética dentro de uma faixa ideal. Isso ajuda a mitigar as reações interfaciais entre o metal fundido e os materiais refratários, prolongando assim a vida útil do refratário e melhorando a pureza e a qualidade geral da liga.
Além disso, ao adotar materiais refratários compostos e aproveitar as vantagens de diferentes componentes monofásicos, é possível desenvolver cadinhos de fusão por indução a vácuo com excelente resistência ao choque térmico, alta resistência, excelente estabilidade termodinâmica, menor custo e desempenho geral superior.
Os cadinhos cerâmicos da WEIERT CERAMICS são categorizados principalmente em dois tipos principais: cadinhos de óxido (cadinhos de alumina de alta pureza, cadinhos de zircônia de alta pureza e cadinhos de magnésia de alta pureza) e cadinhos de nitreto (cadinhos de nitreto de alumínio de alta pureza e cadinhos de nitreto de boro de alta pureza). Cada material de cadinho é adaptado para atender a ambientes e requisitos de trabalho específicos, fornecendo soluções personalizadas para garantir resistência a altas temperaturas, alta pureza e estabilidade química excepcional em diversos setores. A WEIERT CERAMICS está comprometida em fornecer cadinhos cerâmicos de alto desempenho e alta qualidade para apoiar a fabricação avançada e a pesquisa científica.
