坩堝材料的制作方法
【專利摘要】一種實施方案提供了一種制品，其包含：具有腔體的內(nèi)容器，所述內(nèi)容器包含陶瓷；和外容器，所述外容器包含基座；其中內(nèi)容器的至少一部分外表面與外容器的內(nèi)表面接觸，并且其中內(nèi)容器是可從模具移除的。還提供了使用本制品的熔化方法。
【專利說明】坩堝材料
[0001]通過引用將本申請文件中引用的所有出版物、專利和專利申請以其全文并入本文。
[0002]相關(guān)申請
[0003]本申請涉及同一發(fā)明人Theodore Andrew Waniuk于同一日即2011年8月5日提交的序列號為 13/198,906 的名稱為“CRUCIBLE MATERIALS FOR ALLOY MELTING”的美國專利申請。
【背景技術(shù)】
[0004]與冷床熔化技術(shù)相比，真空感應(yīng)熔化(VM)相對廉價并且能夠具有高生產(chǎn)率。然而，如果VIM是所選擇的用于非晶合金制備的方法，則需要制備清潔的合金原料(即低氧、碳、氮、其它金屬雜質(zhì))的有效手段。目前，石墨是用于容納Zr基非晶合金熔體的最常見的坩堝材料。特別是在重復(fù)的回收后，由于碳原子從含石墨的坩堝擴散進入熔體中，這種類型的坩堝中制備的熔體典型包含提高水平的碳。類似地，氧化鋯和氧化鋁均與大部分Zr基BMG組合物顯著反應(yīng)，因此容納這些材料的坩堝往往可具有不需要的結(jié)果。因此，污染仍然是個挑戰(zhàn)。
[0005]因此，需要開發(fā)可用于VM中并且可使合金受坩堝材料的元素的污染最小化的坩堝。

【發(fā)明內(nèi)容】
`
[0006]一種實施方案提供了一種制品，其包含:具有腔體的內(nèi)容器，所述內(nèi)容器包含陶瓷；和外容器，所述外容器包含基座；其中內(nèi)容器的至少一部分外表面與外容器的內(nèi)表面接觸，并且其中內(nèi)容器是可從模具移除的。還提供了使用本制品熔化的方法。
[0007]一種替代性的實施方案提供了一種熔化方法，其包括:提供合金元素的混合物；和將制品中的所述混合物加熱至高于合金元素的熔化溫度的溫度，其中所述制品包含:具有包含原料的腔體的內(nèi)容器，所述內(nèi)容器包含陶瓷；和外容器，所述外容器包含基座；其中內(nèi)容器的至少一部分外表面與外容器的內(nèi)表面接觸，并且其中內(nèi)容器是可從制品移除的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1提供了一種實施方案中坩堝設(shè)計的示意性表示。
[0009]圖2提供了用于測試賽隆與Zr基非晶合金的相容性的實驗裝置的照片。將坩堝21置于石英封閉殼體(enclosure) 22內(nèi)，將其抽空至小于0.005托，并且圍繞抽空的石英封閉殼體、賽隆坩堝和坩堝內(nèi)的合金鑄錠24的外部布置感應(yīng)線圈23。
[0010]圖3提供了圖2所示的裝置的替代性視圖。頂部的軟管31與真空泵連接，并且線圈23與射頻(RF)電源(未示出)連接。
[0011]圖4 (a) -4 (b)提供的照片顯示在一種實施方案中在賽隆坩堝內(nèi)在1000°C下將合金鑄錠感應(yīng)熔化約30分鐘，使該合金冷卻至室溫。然后特意使坩堝斷裂以評價合金是否與賽隆潤濕并結(jié)合。發(fā)現(xiàn)該合金完全在賽隆外，在成型i甘禍(former crucible)中沒有留下殘留物，這說明非常差的潤濕并且因而說明用于合金加工的良好相容性。圖4 (b)是圖
4Ca)的放大版本。
[0012]圖5提供的照片顯示在30分鐘內(nèi)很多銅從合金蒸發(fā)，并且當(dāng)用賽隆套筒給舟襯里時觀察到相同的銅沉積。
[0013]圖6提供的照片顯示在一種實施方案中在合金快速加熱、熔化并且填充坩堝后斷裂的坩堝的頂部部分。使該合金緩慢冷卻，并且使其保留在開裂的坩堝內(nèi)。該合金與坩堝之間的潤濕差，并且移除坩堝碎片非常容易。
[0014]圖7 (a)-7 (c)提供了插入石墨基座中的氧化釔坩堝的不同視圖，在一種實施方案中將兩者都保持在用于加工的石英容器中。附圖、特別是圖7 (c)顯示由于熔化，合金鑄錠化解(collapse)進入氧化乾i甘禍中。
【具體實施方式】
[0015]相
[0016]本文中的術(shù)語“相”可以意指在熱動力學(xué)相圖中可發(fā)現(xiàn)的相。相是在其中材料所有的物理性質(zhì)基本上是均勻的空間(例如熱動力學(xué)體系)區(qū)域。物理性質(zhì)的例子包括密度、折射率、化學(xué)組成和晶格周期性。相的簡單描述是化學(xué)上均勻、物理上獨特、和/或機械上可分離的材料區(qū)域。例如，在玻璃罐子中由冰和水組成的體系中，冰塊是一種相，水是第二相，并且水上方的潮濕空氣是第三相。罐子玻璃是另一種單獨的相。相可意指固溶體，其可為二元、三元、四元或更多元的溶體或化合物，如金屬間化合物。作為另一個實例，非晶相區(qū)別于晶態(tài)相。
`[0017]金屬、過渡金屬和非金屬
[0018]術(shù)語“金屬”意指電正性的化學(xué)元素。本說明書中的術(shù)語“元素”通常意指在元素周期表中可找到的元素。物理上，處于基態(tài)的金屬原子包含具有接近于已占據(jù)態(tài)的空態(tài)的部分填充帶。術(shù)語“過渡金屬”是元素周期表中3-12族中的任何金屬元素，其具有不完整的內(nèi)電子層并且充當(dāng)一系列元素中最多和最少電正性的過渡連接。過渡金屬的特征是多種化合價、著色的化合物和形成穩(wěn)定的絡(luò)合離子的能力。術(shù)語“非金屬”意指不具有丟失電子并形成正離子能力的化學(xué)元素。
[0019]取決于應(yīng)用，可使用任何合適的非金屬元素或其組合。該合金(或“合金組合物”)可包含多種非金屬元素，例如至少兩種、至少三種、至少四種或更多種的非金屬元素。非金屬元素可為元素周期表中13-17族中發(fā)現(xiàn)的任何元素。例如，非金屬元素可為F、Cl、Br、1、At、O、S、Se、Te、Po、N、P、As、Sb、B1、C、S1、Ge、Sn、Pb 和 B 中的任一種。有時，非金屬元素還可意指13-17族中的一些類金屬(例如B、S1、Ge、As、Sb、Te和Po)。在一種實施方案中，非金屬元素可包括B、S1、C、P或其組合。因此，例如所述合金可包含硼化物、碳化物或兩者。
[0020]過渡金屬元素可為鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、釔、鋯、鈮、鑰、锝、釕、銠、鈕、銀、鎘、鉿、鉭、鶴、錸、鋨、銥、鉬、金、萊、104號兀素、105號兀素、106號兀素、107號兀素、108號兀素、109號兀素、110號兀素、111號兀素、112號兀素中的任何一種。在一種實施方案中，包含過渡金屬元素的 BMG 可具有 Sc、Y、La、Ac、T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、N1、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd 和 Hg 中的至少一種。取決于應(yīng)用，可使用任何合適的過渡金屬元素或其組合。所述合金組合物可包含多種過渡金屬元素，例如至少兩種、至少三種、至少四種或更多種的過渡金屬元素。
[0021]目前描述的合金或合金“樣品”或“試樣”合金可具有任何形狀或尺寸。例如，該合金可具有粒料的形狀，其可具有例如球形、橢球形、線形、桿形、板形、薄片形的形狀或不規(guī)則的形狀。該粒料可具有任何合適的尺寸。例如，其可具有約1微米-約100微米、如約5微米-約80微米、如約10微米-約60微米、如約15微米-約50微米、如約15微米-約45微米、如約20微米-約40微米、如約25微米-約35微米的平均直徑。例如，在一種實施方案中，粒料的平均直徑為約25微米-約44微米。在一些實施方案中，可使用較小的粒料如處于納米范圍內(nèi)的粒料或較大的粒料如大于100微米的粒料。
[0022]合金樣品或試樣可為大得多的尺寸。例如，其可為塊體結(jié)構(gòu)部件，例如鑄錠、電子裝置的外殼/殼體或甚至具有毫米、厘米或米范圍內(nèi)尺寸的結(jié)構(gòu)部件的一部分。
[0023]固溶體
[0024]術(shù)語“固溶體”意指固體形式的溶體。術(shù)語“溶體”在一種實施方案中意指可為固體、液體、氣體或其組合的兩種或更多種物質(zhì)的混合物。該混合物可為均質(zhì)或非均質(zhì)的。術(shù)語“混合物”是彼此組合并且通常能夠分離的兩種或更多種物質(zhì)的組合物。通常，不將兩種或更多種物質(zhì)彼此化學(xué)組合。
[0025]合金
[0026]在一些實施方案中，本文中描述的合金粉末組合物可為完全合金化的。在一種實施方案中，“合金”意指兩種或更多種金屬的均勻混合物或固溶體，一種金屬的原子替代或占據(jù)另一種金屬的原子之間的間隙位置；例如，黃銅是鋅和銅的合金。與復(fù)合材料相比，合金可意指金屬基體中一種或多種元素的部分或完全的固溶體，如金屬基體中一種或多種化合物。本文中的術(shù)語合金既可意指可給出單一固相顯微組織的完全固溶體合金，又可意指可給出兩種或更多種相的部分溶體。本文中描述的合金組合物可意指包含合金的組合物或包含含有合金的復(fù)合材料的組合物。
[0027]因此，完全合金化的合金可具有均勻的組分分布，其為固溶體相、化合物相或兩者。本文中使用的術(shù)語“完全合金化的”可允許(account for)容差內(nèi)的小變化。例如，其可意指至少90%合金化的,如至少95%合金化的,如至少99%合金化的，如至少99.5%合金化的，如至少99.9%合金化的。本文中的百分數(shù)可意指體積百分數(shù)或重量百分數(shù)，這取決于上下文。通過雜質(zhì)可平衡這些百分數(shù)，其可根據(jù)組成或不是合金的一部分的相。
[0028]非晶或非晶態(tài)固體
[0029]“非晶”或“非晶態(tài)固體”是缺乏為晶體特性的晶格周期性的固體。如本文中使用的，“非晶固體”包括“玻璃”，其是在加熱時軟化并且通過玻璃化轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)化成類液態(tài)的非晶固體。通常，盡管非晶材料因化學(xué)鍵的性質(zhì)而在原子長度尺度下具有一些短程有序，但是它們?nèi)狈w的長程有序特性?；谕ㄟ^結(jié)構(gòu)表征技術(shù)如X射線衍射和透射電子顯微鏡法確定的晶格周期性，可得出非晶固體和晶態(tài)固體之間的區(qū)別。
[0030]術(shù)語“有序”和“無序”指定了多顆粒體系中一些對稱性或相關(guān)性的存在或不存在。術(shù)語“長程有序”和“短程有序”在基于長度尺度的材料中區(qū)分秩序。
[0031]固體中最嚴格形式的有序性是晶格周期性:不斷重復(fù)一定的樣式(晶胞中的原子配置)以形成平移不變的空間點陣(tiling)。這是晶體的定義性質(zhì)?？赡艿膶ΨQ性分為14個布拉維晶格和230個空間群。
[0032]晶格周期性暗示長程有序。如果僅已知一個晶胞，則通過平移對稱性可準(zhǔn)確地預(yù)測在任意距離處的所有原子位置。反過來通常是正確的，除了例如在具有完美確定性點陣但不具有晶格周期性的準(zhǔn)晶體中。
[0033]長程有序表征其中相同樣品的遙遠部分展現(xiàn)相關(guān)行為的物理體系。這可表示為相關(guān)性函數(shù)，即自旋-自旋相關(guān)性函數(shù):G(x，x' ) = (s(x),s(x/ )〉。
[0034]在上面的函數(shù)中，s為自旋量子數(shù)并且X為特定體系中的距離函數(shù)。當(dāng)X=X’時該函數(shù)等于I并且隨著距離|χ-χ’ I增加而減小。通常，其在大的距離處指數(shù)地衰減至零，并且認為該體系為無序的。然而，如果相關(guān)性函數(shù)在大的|χ-χ’ I處衰減至常數(shù)值，則認為該體系具有長程有序。如果其作為距離的冪衰減至零，則稱其為準(zhǔn)長程有序。注意到構(gòu)成
x?x' I的大數(shù)值是相對的。
[0035]當(dāng)定義其行為的一些參數(shù)為不隨時間變化(即它們是淬冷或冷凍的)的隨機變量時，可以說體系呈現(xiàn)淬致無序(quenched disorder),例如自旋玻璃。當(dāng)允許隨機變量自身變化時，其與退火無序相反。本文中的實施方案包括包含淬致無序的體系。
[0036]本文中描述的合金可為晶態(tài)、部分晶態(tài)、非晶、或基本上非晶。例如，合金樣品/試樣可包括至少一些結(jié)晶度，具有處于納米和/或微米范圍內(nèi)的尺寸的晶粒/晶體。作為替代，合金可為基本上非晶的，例如完全非晶的。在一種實施方案中，合金粉末組合物為至少基本上不是非晶的，例如為基本上晶態(tài)的，例如為完全晶態(tài)的。
[0037]在一種實施方案中，在這里其它非晶合金中一個晶體或多個晶體的存在可被認作“晶態(tài)相”。合金的結(jié)晶度的程度(或在一些實施方案中簡稱為“結(jié)晶度”)可意指合金中存在的晶態(tài)相的數(shù)量。程度例如可意指合金中存在`的晶體分數(shù)。取決于背景，該分數(shù)可意指體積分數(shù)或重量分數(shù)?！胺蔷А焙辖鹗呛蔚确蔷У牧慷瓤梢詾椤胺蔷Ф取?。可以以結(jié)晶度程度的形式測量非晶度。例如，在一種實施方`案中，可以說具有低程度結(jié)晶度的合金具有高程度非晶度。在一種實施方案中，例如具有60體積％的晶態(tài)相的合金可具有40體積％的非晶相。
[0038]非晶合金或非晶金屬
[0039]“非晶合金”為具有大于50體積％的非晶含量、優(yōu)選大于90體積％的非晶含量、更優(yōu)選大于95體積％的非晶含量、并且最優(yōu)選大于99體積％至幾乎100體積％的非晶含量。注意到如上所述的，非晶度高的合金等同于結(jié)晶度程度低。“非晶金屬”為具有無序的原子尺度結(jié)構(gòu)的非晶金屬材料。與為晶態(tài)并且因此具有高度有序的原子排列的大多數(shù)金屬相比，非晶合金為非晶態(tài)的。有時將在其中由冷卻期間的液體狀態(tài)直接制備的這樣的無序結(jié)構(gòu)的材料稱為“玻璃”。因此，通常將非晶金屬稱為“金屬玻璃”或“玻璃金屬”。在一種實施方案中，塊體金屬玻璃(“BMG”)可意指其中顯微組織為至少部分非晶的合金。然而，除了在制備非晶金屬的極快速冷卻以外還存在幾種方法，包括物理氣相沉積、固態(tài)反應(yīng)、離子輻照、熔化紡絲和機械合金化。不管非晶合金是如何制備的，它們?yōu)閱我环N類材料。
[0040]通過各種快速冷卻方法可制備非晶金屬。例如，通過將熔化的金屬濺射到自旋金屬盤上可制備非晶金屬。快速的冷卻，在上百萬度每秒的級別上，對于晶體形成來說可為太快，并因而將材料“鎖定”在玻璃態(tài)。此外，用低的足以使厚層中非晶組織形成的臨界冷卻速率可制備非晶金屬/合金-例如塊體金屬玻璃。
[0041]本文中術(shù)語“塊體金屬玻璃”(“BMG”)、塊體非晶合金和塊體凝固非晶合金交叉使用。它們意指具有至少處于毫米范圍內(nèi)的最小尺寸的非晶合金。例如，尺寸可為至少約0.5mm,如至少約Imm,如至少約2mm,如至少約4mm,如至少約5mm,如至少約6mm,如至少約8mm,如至少約IOmm,如至少約12_。取決于幾何形狀,尺寸可意指直徑、半徑、厚度、寬度、長度等。BMG還可為具有至少一個處于厘米范圍內(nèi)的尺寸，如至少約1.0cm，如至少約
2.0cm，如至少約5.0cm，如至少約10.0cm的金屬玻璃。在一些實施方案中，BMG可具有至少一個至少處于米范圍內(nèi)的尺寸。BMG可采取如上所述與金屬玻璃相關(guān)的任何形狀或形式。因此，本文中描述的BMG在一些實施方案中可在一個重要的方面不同于由常規(guī)沉積技術(shù)制備的薄膜:前者可具有比后者大得多的尺寸。
[0042]非晶金屬可為合金，而非純金屬。該合金可包含顯著不同尺寸的原子，導(dǎo)致熔化狀態(tài)中的低自由體積(并且因此具有達到比其它金屬和合金中更高數(shù)量級的粘度)。粘度防止原子足量移動以形成有序的晶格。材料組織可導(dǎo)致冷卻期間的低收縮率和對塑性變形的抵抗性。晶界的不存在、晶態(tài)材料的疵點在一些情況下例如可導(dǎo)致對磨損和腐蝕的較好抵抗性。在一種實施方案中，非晶金屬(同時技術(shù)上為玻璃)還可比氧化物玻璃和陶瓷更堅韌并且不那么脆。
[0043]非晶材料的導(dǎo)熱率可低于其晶態(tài)材料的導(dǎo)熱率。為了甚至在較緩慢冷卻期間仍完成非晶組織的形成，該合金可由三種或更多種組分組成，導(dǎo)致具有較高勢能和較低形成幾率的復(fù)雜晶胞。非晶合金的形成可取決于幾個因素:合金的組分組成；組分的原子半徑(優(yōu)選具有超過12%的顯著不同以獲得高堆積密度和低自由體積)；和組分的組合的負混合熱，抑制了晶體形核并且延長了熔化的金屬停留在過冷狀態(tài)下的時間。然而，因為非晶合金的形成基于很多不同的變量，所以可能難以事先確定合金組合物是否會形成非晶合金。
[0044]例如，具有磁性金屬元素(鐵、鈷、鎳)的硼、硅、磷和其它玻璃形成劑的非晶合金可為磁性的，具有低矯頑力和高電阻。高阻抗導(dǎo)致在經(jīng)受交變磁場時因渦流所致的低損耗，這是例如作為變壓器磁芯的有`用性質(zhì)。
[0045]非晶合金可具有多個潛在有用的性質(zhì)。特別地，它們傾向于比類似化學(xué)組成的晶態(tài)合金更強，并且它們可維持比晶態(tài)合金更大的可逆(“彈性”)變形。非晶金屬的強度直接源于它們的非晶態(tài)組織，它可不具有限制晶態(tài)合金強度的任何缺陷(例如位錯)。例如，一種金屬玻璃，稱為Vitreloy?，具有幾乎是高級鈦兩倍的拉伸強度。在一些實施方案中，室溫下的金屬玻璃不是延展性的并且當(dāng)拉伸負載時傾向于突然失效，這可影響在可靠性-臨界應(yīng)用中的材料可應(yīng)用性，因為迫近的失效是不明顯的。因此，為了克服這種挑戰(zhàn)，可使用具有包含延展性的晶態(tài)金屬的枝晶顆?；蚶w維的金屬玻璃基體的金屬基體復(fù)合材料?；蛘?，可使用傾向于引起脆化的(一種或多種)元素(例如Ni)少的BMG。例如可使用不含Ni的BMG來改善BMG的延展性。
[0046]塊體非晶合金的另一個有用性質(zhì)是，它們可以是純玻璃；換句話說，它們在加熱時可軟化并且流動。這允許容易的加工，例如通過注射成型，以與聚合物很是相同的方式進行。結(jié)果，非晶合金可用于制備體育裝備、醫(yī)療裝置、電子部件及裝備和薄膜。經(jīng)過高速氧燃料技術(shù)可沉積非晶金屬薄膜作為保護性涂層。
[0047]材料可具有非晶相、晶態(tài)相或兩者。非晶和晶態(tài)相可具有相同的化學(xué)組成并且僅在顯微組織中不同，即一者為非晶態(tài)而另一者為晶態(tài)。顯微組織在一種實施方案中意指由顯微鏡在25X或更高的放大倍數(shù)下揭示的材料組織。作為替代，兩種相可具有不同的化學(xué)組成和顯微組織。例如，一種組合物可為部分非晶、基本上非晶或完全非晶的。
[0048]如上所述，可通過合金中存在的晶體分數(shù)來測量非晶度的程度(并且反之為結(jié)晶度的程度)。該程度可意指合金中存在的晶態(tài)相的體積分數(shù)或重量分數(shù)。部分非晶的組合物可意指其中至少約5體積％、例如至少約10體積％、例如至少約20體積％、例如至少約40體積％、例如至少約60體積％、例如至少約80體積％、例如至少約90體積％為非晶相的組合物。已經(jīng)在本申請的其它地方定義了術(shù)語“基本上”和“約”。因此，至少基本上為非晶的組合物可意指至少約90體積％、例如至少約95體積％、例如至少約98體積％、例如至少約99體積％、例如至少約99.5體積％、例如至少約99.8體積％、例如至少約99.9體積％為非晶的組合物。在一種實施方案中，基本上非晶的組合物可具有一些偶存、不顯著量的晶態(tài)相存在于其中。
[0049]在一種實施方案中，非晶合金組合物關(guān)于非晶相可為均質(zhì)的。組成上均勻的物質(zhì)是均質(zhì)的。這與為非均質(zhì)的物質(zhì)形成對比。術(shù)語“組成”意指物質(zhì)中的化學(xué)組成和/或顯微組織。當(dāng)物質(zhì)體積劃分成兩半時并且兩半均具有基本上相同的組成時，物質(zhì)是均質(zhì)的。例如當(dāng)一定體積的粒料懸浮液劃分成兩半并且兩半均具有基本上相同體積的顆粒時，粒料懸浮液為均質(zhì)的。然而，在顯微鏡下可能看到單獨的顆粒。另一種均質(zhì)物質(zhì)的實例是空氣，盡管可單獨分析空氣中的顆粒、氣體和液體或?qū)⑵鋸目諝夥蛛x，但是其中的不同組分同等懸浮。
[0050]關(guān)于非晶合金為均質(zhì)的組合物可意指在其顯微組織中具有基本上均勻分布的非晶相的組合物。換句話說，該組合物宏觀上包含在組合物中基本上均勻分布的非晶合金。在替代性實施方案中，該組合物可為具有非晶相的復(fù)合物，該非晶相中具有非一非晶相。非-非晶相可為晶體或多個晶體。晶體可為任何形狀例如球形、橢球形、線形、桿形、片形、薄片形或不規(guī)則的形狀的粒料形式。在一種實施方案中，它可具有枝晶形式。例如，至少部分非晶的復(fù)合組合物可具有分散于非晶相基體中的枝晶形狀的晶態(tài)相；該分散可為均勻或非均勻的，并且該非晶相和晶態(tài)相可具有相同或不同的化學(xué)組成。在一種實施方案中，它們具有基本上相同的化學(xué)組成。在另一種實施方案中，晶態(tài)相可比BMG相更具有延展性。
[0051]本文中描述的方法可應(yīng)用于任何類型的非晶合金。類似地，本文中描述為組合物或制品的組分的非晶合金可為任何類`型。非晶合金可包含元素Zr、Hf、T1、Cu、N1、Pt、Pd、Fe、Mg、Au、La、Ag、Al、Mo、Nb、Be或其組合。即，該合金可包括這些元素以其化學(xué)式或化學(xué)組成的任何組合。元素可在不同的重量或體積百分比下存在。例如，鐵“基”合金可意指具有不顯著的重量百分比的鐵存在于其中的合金，該重量百分比可為例如至少約20重量％、如至少約40重量％、如至少約50重量％、如至少約60重量％、如至少約80重量％。作為替代，在一種實施方案中，取代重量百分比，上述的百分比可為體積百分比。因此，非晶合金可為鋯基、鈦基、鉬基、鈀基、金基、銀基、銅基、鐵基、鎳基、鋁基、鑰基等。該合金還可不含任何前述的元素來適合特定的目的。例如，在一些實施方案中，該合金或包含合金的組合物可基本不含鎳、鋁或鈹或其組合。在一種實施方案中，該合金或復(fù)合物完全不含鎳、鋁或鈹或其組合。
[0052]例如，非晶合金可具有式(Zr，Ti)a(Ni，Cu，F(xiàn)e)b(Be，Al，Si，B)。，其中a、b和c中每個均表不重量或原子百分比。在一種實施方案中，以原子百分比計，a為30-75, b為5_60，并且c為0-50。作為替代，非晶合金可具有式(Zr，Ti)a(Ni, Cu)b(Be)。，其中a、b和c中每個均表不重量或原子百分比。在一種實施方案中，以原子百分比計，a為40-75, b為5_50，并且C為5-50。該合金還可以具有式(Zr，Ti) a(Ni, Cu)b (Be)。，其中a、b和c中每個均表不重量或原子百分比。在一種實施方案中，以原子百分比計，a為45-65, b為7.5-35,并且c為10-37.5。作為替代，該合金可具有式(Zr)a(Nb，Ti)b(Ni，Cu)。(Al)d，其中a、b、c和d中每個均表示重量或原子百分比。在一種實施方案中，以原子百分比計，a為45-65，b為0-10，c為20-40并且d為7.5-15。前述合金體系的一個示例性實施方案為由LiquidmetalTechnologies, CA, USA 制造的以商品名 Vitreloy? 如 Vitreloy-1 和 Vitreloy-1Ol 的Zr-T1-N1-Cu-Be基非晶合金。在表1中提供了不同體系的非晶合金的一些實例。
[0053]非晶合金還可為鐵基合金，例如(Fe、N1、Co)基合金。這樣的組合物的實例公開于美國專利 N0.6，325，868; 5，288，344; 5，368，659; 5，618，359 和 5，735，975，Inoue 等，Appl.Phys.Lett., Volume71, p464 (1997), Shen 等,Mater.Trans., JIM, Volume42, p2136(2001)和日本專利申請N0.200126277 (公開N0.2001303218A)。一種示例性組合物為Fe72Al5Ga2P11C6B^ 另一個實例是 Fe72Al7ZrltlMo5W2B15t5 美國專利申請公開 N0.2010/0084052公開了可用于本文涂層中的另一種鐵基合金體系，其中非晶金屬包含例如錳(1-3原子％)、釔(0.1-10原子％)、和硅(0.3-3.1原子％)，組成范圍在括號內(nèi)給出；并且包含以下元素:鉻(15-20原子％)、鑰(2-15原子％)、鎢(1-3原子％)、硼(5_16原子％)、碳(3_16原子％)，并且余量為鐵，組成的特定范圍在括號內(nèi)給出。
[0054]前述的非晶合金體系還可包含額外的元素，例如額外的過渡金屬元素，包括Nb、Cr、V、Co。額外的元素可以以小于或等于約30重量％、如小于或等于約20重量％、如小于或等于約10重量％、如小于或等于約5重量％存在。在一種實施方案中，額外的任選元素為鈷、錳、鋯、鉭、鈮、鎢、釔、鈦、釩和鉿中的至少一種，以形成碳化物并且進一步改善耐磨性和耐腐蝕性。其它的任選元素可包括磷、鍺和砷，總量最多約2%，并且優(yōu)選小于1%，以降低熔點。其它的偶存雜質(zhì)應(yīng)該小于約2%并且優(yōu)選0.5%。
[0055]在一些實施方案`中，具有非晶合金的組合物可包含少量的雜質(zhì)?？商匾馓砑与s質(zhì)元素以改變組合物的性質(zhì)，例如改善機械性質(zhì)(例如硬度、強度、斷裂機制等)和/或改善耐腐蝕性。作為替代，雜質(zhì)可以以不可避免的偶存雜質(zhì)如作為加工和制造副產(chǎn)物獲得的那些而存在。雜質(zhì)可小于或等于約10重量％、如約5重量％、如約2重量％、如約I重量％、如約
0.5重量％、如約0.1重量％。在一些實施方案中，取代重量百分比，這些百分比可為體積百分比。在一種實施方案中，合金樣品/組合物基本上由非晶合金組成(僅具有少量的偶存雜質(zhì))。在另一種實施方案中，該組合物由非晶合金組成(具有不可觀察到的痕量雜質(zhì))。
[0056]表1.示例性的非晶合金組合物
[0057]
合金原子％ 原子％ 原子％ 原子％ 原子％ 原子％
1ZrTiCuNiBe

41.20%~13.80%~12.50%~10.00%~ 22.50%
2ZrTiCuNiBe

44.00%~11.00%~10.00%~10.00%~ 25.00%
【權(quán)利要求】
1.一種制品，其包含: 具有腔體的內(nèi)容器，所述內(nèi)容器包含陶瓷；和 外容器，所述外容器包含基座； 其中內(nèi)容器的至少一部分外表面與外容器的內(nèi)表面接觸，并且 其中內(nèi)容器是可從模具移除的。
2.權(quán)利要求1的制品，其中所述陶瓷包含至少一種選自IVA、VA和VIA族的元素。
3.權(quán)利要求1的制品，其中所述陶瓷包含氧化物、氮化物、氧氮化物、硼化物、碳化物、碳氮化物、硅酸鹽、鈦酸鹽、硅化物、或其組合。
4.權(quán)利要求1的制品，其中所述陶瓷包含氧化釔、氮化硅、氧氮化硅、碳化硅、碳氮化硼、硼化鈦、娃酸錯、鈦酸招、氮化硼、氧化招、氧化錯、氧化鎂、氧化娃、碳化鶴、氧氮化招、或其組合。
5.權(quán)利要求1的制品，其中所述基座包含石墨、耐火材料、碳化硅、或其組合。
6.權(quán)利要求1的制品，其中所述內(nèi)容器和外容器中的至少一個包含耐火材料。
7.權(quán)利要求1的制品，其中所述外容器比內(nèi)容器更加導(dǎo)熱。
8.權(quán)利要求1的制品，其中所述外容器與熱源連接。
9.權(quán)利要求1的 制品，其中所述內(nèi)容器基本整個外表面與外容器的內(nèi)表面接觸。
10.權(quán)利要求1的制品，其中可移除的內(nèi)容器是可重復(fù)使用的。
11.一種熔化方法，其包括: 提供合金元素的混合物；和 將制品中的所述混合物加熱至高于合金元素的熔化溫度的溫度， 其中所述制品包含: 具有包含所述混合物的腔體的內(nèi)容器，所述內(nèi)容器包含陶瓷；和 外容器，所述外容器包含基座； 其中內(nèi)容器的至少一部分外表面與外容器的內(nèi)表面接觸，并且 其中內(nèi)容器從制品是可移除的。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述陶瓷包含氧化釔、氮化硅、氧氮化硅、碳化硅、碳氮化硼、硼化鈦、娃酸錯、鈦酸招、氮化硼、氧化招、氧化錯、氧化鎂、氧化娃、碳化鶴、氧氮化招、或其組合。
13.權(quán)利要求11的方法，其中所述合金元素包含Zr、Fe、Hf、Cu、Co、N1、Al、Sn、Be、T1、Pt、Cu、N1、P、S1、B、Pd、Ag、Ge、T1、V、Nb、Zr、Be、Fe、C、B、P、Mn、Mo、Cr、Y、S1、Y、Sc、Pb、Mg、Ca、Zn、La、W、Ru、或其組合。
14.權(quán)利要求11的方法，其中通過真空感應(yīng)熔化進行至少一部分加熱。
15.權(quán)利要求11的方法，其還包括將所述混合物中熔化的合金元素淬冷以形成至少為部分非晶的組合物。
16.權(quán)利要求11的方法，其中在加熱后在內(nèi)容器與經(jīng)加熱的混合物之間基本沒有潤濕發(fā)生。
17.權(quán)利要求11的方法，其還包括移除內(nèi)容器并且將內(nèi)容器重新插入坩堝中。
18.權(quán)利要求11的方法，其中所述經(jīng)加熱的混合物基本不含基座的元素。
19.權(quán)利要求11的方法，其中相對于沒有外容器的內(nèi)容器，所述內(nèi)容器對于裂紋萌生具有改善的抗熱震性。
20.權(quán)利要求11的方法，其中在1200°C下將所述制品加熱至少8小時后所述內(nèi)容器基本不引發(fā)可觀察到的裂紋。
21.一種坩堝組件，其包含: 包含陶瓷的內(nèi)層；和 包含基座的外層，所述基座包含碳； 其中內(nèi)層的至少一部分外表面與外層的內(nèi)表面接觸。
22.權(quán)利要求21的坩堝組件，其中所述內(nèi)層包含顆粒，所述顆粒包括氧化釔、氮化硅、氧氮化娃、碳化娃、碳氮化硼、硼化鈦、娃酸錯、鈦酸招、氮化硼、氧化招、氧化錯、氧化鎂、氧化硅、碳化鎢、氧氮化鋁、或其組合。
23.權(quán)利要求21的坩堝組件，其中所述外層包含石墨。
24.權(quán)利要求21的坩堝組件，其中所述內(nèi)層是坩堝的一部分。
25.權(quán)利要求21的坩堝組件，其中所述陶瓷包含噴射的粒料。
【文檔編號】C04B35/505GK103827048SQ201180073638
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月5日
【發(fā)明者】T·A·瓦紐克 申請人:科盧斯博知識產(chǎn)權(quán)有限公司