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真空冶金技未的 口 北京有色金属研究总院郭青蔚应 口 真空冶金ｖａｃｕｕｍ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ系指在低于０．１ＭＰａ（一大气压）的真空或超高真空（１０ ～ １·３Ｐａ）条件下进行金属的冶炼、提纯、精炼和加Ｉ处理等的冶垒方法。包括真空还原、真空熔 炼、真空蒸馏、真空烧结、真空脱气、真空热处理和真空镀膜等。真空冶金的优点是：真空条件下 没有使材料污染的炉气；能显著防止气态全属再氧化；可降低全属还原温度和金属蒸发温度； 解决常压下难以解决的问题，如获得最大的蒸发速率，提高反应速率，改变有气体产生的反应 方向，使平衡向要求的方向移动，从而速到提高产量或改善工作条件的目的 真空冶全能冶炼 高性能、高纯全属材料。 。 真空还原在真空下用碳、铝、硅等还原 低电压、强电流来加热熔化金属。电极可以是 自损耗的，也可以是不损耗的。主要用于钨、 剂还原金属氧化物或化合物制取金属。真空 还原可以大大降低还原温度，完成一些常压 下无法完成的作业。以碳还原五氧化二锯 钼、钽、铌、钛、锆等的熔炼 ③电子束熔炼，又称为电子轰击熔炼，即 在较高真空下（１．３３×１０ ～１．３３×１０ Ｐａ） 用一个或数个阴极电子发射出高能电子 束，轰击被焙物料（作为阳极） 使电子动能转 （Ｎｂ：Ｏ ）为例，常压下碳不能全部还原铌，而 是生成各种碳化铌，最高还原温度达到 ２８３４Ｋ，但当真空度达到１０ Ｐａ时．其开始 还原温度降至１ ９５ｇＫ，当在１０ Ｐａ时降至 化为热能而把炉料熔化，并滴入水冷铜结晶 器而凝固成锭。电子束的方向和形状可按需 要调节，可以生产圆锭、方锭或中空锭。电子 １６９４Ｋ。其他钒、钽、钛、锆、钨、钼的情况也类 似。真空条件下还可用碳或碳化物还原碱金 属和碱土金属，如碳还原氧化镁制取金属镁， 碳还原硅酸钠或铝酸钠制取金属钠。在 用 束熔炼加热温度高，熔炼金属能充分脱气，铸 锭组织均匀，适于熔炼超纯金属和合金，特别 是高温合金和难熔金属及活拔金属，如钨、 钼、钽、铌、钛、错、铪、铍等，也甩于生产高质 量轴承钢和超低碳不锈钢。 １ＺＯＯ℃和１～ｌ０ Ｐａ压力下用铝还原氧化钙 或氧化钡制取金属钙或钡。用铝或硅可在真 空下从氧化锂或锂辉石中还原出锂蒸汽。 真空熔炼是在真空条件下高温熔炼提 纯金属。常用的真空熔炼方法有： 真空蒸馏和耩炼利用真空蒸发技术除 去杂质以提纯材料的方法。有两种工作方法， ①翼空感应熔炼，即用处于真空室内的 高频感应炉或中频感应炉熔炼金属。主要用 于熔炼高温台金、高强度钢和超高强度钢； ③真空电弧熔炼．即在真空条件下通过 种是真空蒸馏分离，即在真空下依靠不同 金属间蒸汽压的差别，通过挥发和冷凝过程 来提纯或分离金属，工业上多在电阻炉或感 应炉中进行蒸馏。主要用于汞、锌、镁、钙、镀 ３９· 维普资讯 http://www.cqvip.com
世界有色金属 的精炼和铅锝，锌银，镁铝等合金中两种金属 的分离。真空蒸发提纯也是制造超纯半导体 １９９７年第ｌ２期 真空热处理真空下（１～ｌｏ Ｐａ）加热 处理金属，使其发生组织结掏转变，改善金属 的物理、化学性能。真空热处理主要分真空淬 火，真空退火和真空化学处理三大类。真空淬 火是在真空下加热．然后在不同的冷却介质 中冷却。真空淬火较广泛应用的是气冷和油 材科的重要方法．如真空蒸馏硅可除去磷， 砷、锑、镓、锢，铝，硼、铜、锰等杂质。真空蒸馏 镀的纯度可达９０．９７ ，锌可达光谱纯。另一 种是化学迁移反应法．即利用金属与气体物 质（如ｌ：）反应生成化台物，迁移到另外的部 冷．气体是用惰性气体氩气或高纯氮气。真空 退火主要用于高温合金、难熔金属和合金。真 空化学热处理常用的有真空渗碳、真空碳氯 位后再发生逆反应，生成气体产物与纯金属。 钛，锫、饴、钒、铌、钽、银、锗、钍、钇 钠、钨、硅 等都可采用迁移方法提纯。其中碘化法已成 为钛、锆、铪、钍、铀的精炼与提纯的重要方 法。化学迁移反应法还用于制备高性能的薄 膜或涂层。 共渗、真空离子渗碳、真空渗铬、等离子渗镀 等。真空热处理的优点是：真空下可以达到无 氧化、无脱碳的光亮热处理效果，热处理变形 小．真空渗碳速度快、质量好，磁性材料真空 热处理，可以提高磁性的稳定性等。真空热处 理的缺点是设备复杂、价格昂贵、处理周期 长、热处理炉的温度高的可达３０００ Ｃ。 真空镶胰真空下（１～１０ Ｐａ）利用金 属蒸气或溅射使金属的原子或离子凝结在其 他金属或材料上，形成所需要的金属膜或覆 盖层。冶金工业常用的有真空镀铝或锡、真空 镀镉、镍、锆或不锈钢。新的镀膜方法有高频 溅射、离子束溅射等。此外．还发展了化学气 相沉积，金属有机物气相沉积等工艺。 真空烧结在真空下（１Ｏ～１０ Ｐａ）将金 属、合金或金属化合物粉末在低于熔点的温 度下烧结成金属制品和金属坯。真空条件下 烧结，不存在金属与气体间的反应．也没有吸 附气体影响，不仅致密化效果好，而且可以起 到净化和还原作用，降低烧结温度，和常温烧 结比可降低ｌｏ０～１５０＇（２。节省能耗，提高烧 结炉寿命和获得高质量产品．工业上常用的 真空烧结炉主要有直接电阻加热炉、闻接电 阻加热炉（电阻炉）和感应加热炉，主要用于 生产高纯度钽、铌等耐热金属和合金．如铍、 硬质合金、烧结碳化物和不锈钢零件等。 真空脱气真空下从液态金属或合金中 脱去有害气体（氧 氢、氮等）的方法。经过脱 气处理过的金属．在熔铸时不会因放出气体 影响金属的结构，并因减少晶粒边界的杂质 而明显提高金属强度和物理性能。因而它是 改善钢材质量、提高钢材的机械性能和物理 性能的重要手段。现在全世界每年约有ｌ亿 ｔ以上的钢锭都要经过真空脱气处理，是真 空冶金中应用最广、规模最大的一种工艺方 法。 真空的获得与度量真空室中的真空由 真空泵，真空管路及其他真空元件构成的真 空系统抽空而获得。真空系统的设计包括系 统产生的气体量、工作压力、极限真空度、抽 气时闻等参数的确定，主泵选择和配泵、管路 确定及抽气时间计算。真空容器内残存气体 的绝对压力用真空度来定量地表示，根据不 同原理制成品种繁多的真空计．可以测量的 压力范围为ｌ×ｌＯ ～１．３×１０ Ｐａ，真空冶 金中常用真空计的工作方式有：静态变形、压 缩、电阻、电离 热偶、复合式等。 ·４０·
