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2021/06/02
带你正确认识石墨坩埚,了解石墨坩埚断裂原因

在原材料、制造等方面都采取了尽可能的手段,来满足在残酷条件下的使用。
主要特性列举如下:

(1)高热传导性:因使用了热传导性较高的石墨等原材料,缩短了熔解时间;

(2)耐热冲击性:耐热冲击性能强,对于急冷急热,不易破裂;

(3)高耐热性:耐火度高,可耐1200~1600℃高温;

(4)抗浸蚀性:对抗熔汤的侵蚀性强;

(5)抗机械性冲击:具有一定的抗机械性冲击的强度(熔材的投入时等);

(6)抗氧化性:石墨在氧化气雾中的高温时容易氧化,因进行了防止氧化处理,氧化消耗较少;

(7)抗粘连性:因为石墨有不易与熔汤粘连的特性,熔汤的浸透和附粘少;

(8)金属污染非常少:因为没有混入污染熔汤的不纯物,金属污染极少;

(9)耐集渣剂(除渣剂)影响:有良好的耐集渣剂(除渣剂)影响性能。

石墨坩埚形状及容量

在日本,1950年公布的日本工业规格(JIS)中定义了有关坩埚的形状、容量。这是对粘土-石墨坩埚的JIS规定,对于石墨-炭化硅材质的坩埚,也是参照该规定进行制造生产的。

有关容量,用JIS中所规定的『番』(#)来表示,定义1番(1#)相当于熔解1KG黄铜的容量。由此可推算#300的石墨坩埚熔铜约为300KG。按铝合金的比重差换算,同等石墨坩埚熔铝约为100KG。

形状根据用途,石墨坩埚大致可分为:

1、标准型:外口径与高度之比约为0.7~0.8比1。容量有#8~#4500。

2、长型:比标准型更为细长型,外口径与高度的比例约为0.6~0.7比1。容量上有#15~#620。

3、碗型:外口径比较大,口径与高度的比例约为1:1。容量有#250~#5200。最大的可一次熔解铝合金约1.5吨。

石墨纸21世纪的战略资源,石墨坩埚在在工业冶炼中起着很重要的作用,从事石墨坩埚加工和石墨坩埚的应用的企业不难发展,石墨坩埚断裂是很难解决的问题,

石墨坩埚断裂原因,大致可分为:

1、加工缺陷

这类原因造成的坩埚断裂后表现一般是从接缝处开裂,然后蔓延开。通常是沿垂直方向裂开。这类问题发生后比较容易发现,因为实在是太明显了。造成这类问题的原因主要是接缝过渡的角度(一般是105°或者115°)在相交点部分,没有采用倒圆角缓冲,加之加工过程中刀尖部分对埚体的微观撕裂,以及使用过程中坩埚本身的应力,造成开裂。

2、设计缺陷

因为这个原因坩埚断裂后表现一般就是在r部与上部坩埚结合部位,一般为横向断裂,且一般是两侧断口低中间高;如果是全部裂开后再拼到一起的话,可以明显发现两端拼接口不能重合。真正的原因是在使用后坩埚上部壁厚均匀部分和下部逐渐变厚部分的应力集中在这个部位,造成应力集中,最终造成石墨坩埚断裂。

3、使用不当

这个主要是在冷却降温拆炉这段时间。使用者在拉晶的时候又会有一个缩短升温时间和冷却时间以及拆炉时间的想法,提高生产效率无可厚非,这个可以理解。但是石墨这种材质能不能顶得住这个降温速度就要考量一下了。石墨材料在温度升高的情况下,强度方面会提高,换言之就是在温度降低的时候,强度会降低。降温过快,外壁和内壁之间的温差引起的应力,是否超过了坩埚所能承受的范围,这个就要考虑一下了

4、原料缺陷

这个原因其实是最大的原因。因为石墨坩埚本身的物理性能,主要是导热、热膨胀这两方面的原因,导致坩埚在速冷速热的情况下,容易产生应力且不容易消除;另外在石墨生产过程中,石墨的压型、浸渍、焙烧、石墨化和提纯过程时间长,不容易监测检验,虽然整体表现比较均一,但是在同一块石墨内部各个部分之间还是存在一定的差异性,这就决定了石墨从根本上会存在一定的问题。

5、运输装卸装拆不当

运输装卸主要是在运输过程,这个和各个热场生产厂家的包装有关,也和物流公司有关。不过现在大部分都是选择自己送货了,这类原因在逐步减少。装拆主要是在拉晶过程,尤其是新手辅助工拆炉会偶尔有发生。

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