CN107739209A

CN107739209A - 坩埚材料

Info

Publication number: CN107739209A
Application number: CN201710468150.9A
Authority: CN
Inventors: T·A·瓦纽克
Original assignee: Crucible Intellectual Property LLC
Current assignee: Crucible Intellectual Property LLC
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2018-02-27
Also published as: US20140202597A1; CN103827048B; WO2013022417A1; US10107550B2; JP2014528888A; CN103827048A

Abstract

本发明涉及一种坩埚材料。本发明的一种实施方案提供了一种制品，其包含：具有腔体的内容器，所述内容器包含陶瓷；和外容器，所述外容器包含基座；其中内容器的至少一部分外表面与外容器的内表面接触，并且其中内容器是可从模具移除的。还提供了使用本制品的熔化方法。

Description

坩埚材料

本申请是申请日为2011年8月5日，发明名称为“坩埚材料”的中国专利申请201180073638.2的分案申请。

通过引用将本申请文件中引用的所有出版物、专利和专利申请以其全文并入本文。

相关申请

本申请涉及同一发明人Theodore Andrew Waniuk于同一日即2011年8月5日提交的序列号为13/198,906的名称为“CRUCIBLE MATERIALS FOR ALLOY MELTING”的美国专利申请。

背景技术

与冷床熔化技术相比，真空感应熔化(VIM)相对廉价并且能够具有高生产率。然而，如果VIM是所选择的用于非晶合金制备的方法，则需要制备清洁的合金原料(即低氧、碳、氮、其它金属杂质)的有效手段。目前，石墨是用于容纳Zr基非晶合金熔体的最常见的坩埚材料。特别是在重复的回收后，由于碳原子从含石墨的坩埚扩散进入熔体中，这种类型的坩埚中制备的熔体典型包含提高水平的碳。类似地，氧化锆和氧化铝均与大部分Zr基BMG组合物显著反应，因此容纳这些材料的坩埚往往可具有不需要的结果。因此，污染仍然是个挑战。

因此，需要开发可用于VIM中并且可使合金受坩埚材料的元素的污染最小化的坩埚。

发明内容

一种实施方案提供了一种制品，其包含：具有腔体的内容器，所述内容器包含陶瓷；和外容器，所述外容器包含基座；其中内容器的至少一部分外表面与外容器的内表面接触，并且其中内容器是可从模具移除的。还提供了使用本制品熔化的方法。

一种替代性的实施方案提供了一种熔化方法，其包括：提供合金元素的混合物；和将制品中的所述混合物加热至高于合金元素的熔化温度的温度，其中所述制品包含：具有包含原料的腔体的内容器，所述内容器包含陶瓷；和外容器，所述外容器包含基座；其中内容器的至少一部分外表面与外容器的内表面接触，并且其中内容器是可从制品移除的。

附图说明

图1提供了一种实施方案中坩埚设计的示意性表示。

图2提供了用于测试赛隆与Zr基非晶合金的相容性的实验装置的照片。将坩埚21置于石英封闭壳体(enclosure)22内，将其抽空至小于0.005托，并且围绕抽空的石英封闭壳体、赛隆坩埚和坩埚内的合金铸锭24的外部布置感应线圈23。

图3提供了图2所示的装置的替代性视图。顶部的软管31与真空泵连接，并且线圈23与射频(RF)电源(未示出)连接。

图4(a)-4(b)提供的照片显示在一种实施方案中在赛隆坩埚内在1000℃下将合金铸锭感应熔化约30分钟，使该合金冷却至室温。然后特意使坩埚断裂以评价合金是否与赛隆润湿并结合。发现该合金完全在赛隆外，在成型坩埚(former crucible)中没有留下残留物，这说明非常差的润湿并且因而说明用于合金加工的良好相容性。图4(b)是图4(a)的放大版本。

图5提供的照片显示在30分钟内很多铜从合金蒸发，并且当用赛隆套筒给舟衬里时观察到相同的铜沉积。

图6提供的照片显示在一种实施方案中在合金快速加热、熔化并且填充坩埚后断裂的坩埚的顶部部分。使该合金缓慢冷却，并且使其保留在开裂的坩埚内。该合金与坩埚之间的润湿差，并且移除坩埚碎片非常容易。

图7(a)-7(c)提供了插入石墨基座中的氧化钇坩埚的不同视图，在一种实施方案中将两者都保持在用于加工的石英容器中。附图、特别是图7(c)显示由于熔化，合金铸锭化解(collapse)进入氧化钇坩埚中。

具体实施方式

相

本文中的术语“相”可以意指在热动力学相图中可发现的相。相是在其中材料所有的物理性质基本上是均匀的空间(例如热动力学体系)区域。物理性质的例子包括密度、折射率、化学组成和晶格周期性。相的简单描述是化学上均匀、物理上独特、和/或机械上可分离的材料区域。例如，在玻璃罐子中由冰和水组成的体系中，冰块是一种相，水是第二相，并且水上方的潮湿空气是第三相。罐子玻璃是另一种单独的相。相可意指固溶体，其可为二元、三元、四元或更多元的溶体或化合物，如金属间化合物。作为另一个实例，非晶相区别于晶态相。

金属、过渡金属和非金属

术语“金属”意指电正性的化学元素。本说明书中的术语“元素”通常意指在元素周期表中可找到的元素。物理上，处于基态的金属原子包含具有接近于已占据态的空态的部分填充带。术语“过渡金属”是元素周期表中3-12族中的任何金属元素，其具有不完整的内电子层并且充当一系列元素中最多和最少电正性的过渡连接。过渡金属的特征是多种化合价、着色的化合物和形成稳定的络合离子的能力。术语“非金属”意指不具有丢失电子并形成正离子能力的化学元素。

取决于应用，可使用任何合适的非金属元素或其组合。该合金(或“合金组合物”)可包含多种非金属元素，例如至少两种、至少三种、至少四种或更多种的非金属元素。非金属元素可为元素周期表中13-17族中发现的任何元素。例如，非金属元素可为F、Cl、Br、I、At、O、S、Se、Te、Po、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge、Sn、Pb和B中的任一种。有时，非金属元素还可意指13-17族中的一些类金属(例如B、Si、Ge、As、Sb、Te和Po)。在一种实施方案中，非金属元素可包括B、Si、C、P或其组合。因此，例如所述合金可包含硼化物、碳化物或两者。

过渡金属元素可为钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、104号元素、105号元素、106号元素、107号元素、108号元素、109号元素、110号元素、111号元素、112号元素中的任何一种。在一种实施方案中，包含过渡金属元素的BMG可具有Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd和Hg中的至少一种。取决于应用，可使用任何合适的过渡金属元素或其组合。所述合金组合物可包含多种过渡金属元素，例如至少两种、至少三种、至少四种或更多种的过渡金属元素。

目前描述的合金或合金“样品”或“试样”合金可具有任何形状或尺寸。例如，该合金可具有粒料的形状，其可具有例如球形、椭球形、线形、杆形、板形、薄片形的形状或不规则的形状。该粒料可具有任何合适的尺寸。例如，其可具有约1微米-约100微米、如约5微米-约80微米、如约10微米-约60微米、如约15微米-约50微米、如约15微米-约45微米、如约20微米-约40微米、如约25微米-约35微米的平均直径。例如，在一种实施方案中，粒料的平均直径为约25微米-约44微米。在一些实施方案中，可使用较小的粒料如处于纳米范围内的粒料或较大的粒料如大于100微米的粒料。

合金样品或试样可为大得多的尺寸。例如，其可为块体结构部件，例如铸锭、电子装置的外壳/壳体或甚至具有毫米、厘米或米范围内尺寸的结构部件的一部分。

固溶体

术语“固溶体”意指固体形式的溶体。术语“溶体”在一种实施方案中意指可为固体、液体、气体或其组合的两种或更多种物质的混合物。该混合物可为均质或非均质的。术语“混合物”是彼此组合并且通常能够分离的两种或更多种物质的组合物。通常，不将两种或更多种物质彼此化学组合。

合金

在一些实施方案中，本文中描述的合金粉末组合物可为完全合金化的。在一种实施方案中，“合金”意指两种或更多种金属的均匀混合物或固溶体，一种金属的原子替代或占据另一种金属的原子之间的间隙位置；例如，黄铜是锌和铜的合金。与复合材料相比，合金可意指金属基体中一种或多种元素的部分或完全的固溶体，如金属基体中一种或多种化合物。本文中的术语合金既可意指可给出单一固相显微组织的完全固溶体合金，又可意指可给出两种或更多种相的部分溶体。本文中描述的合金组合物可意指包含合金的组合物或包含含有合金的复合材料的组合物。

因此，完全合金化的合金可具有均匀的组分分布，其为固溶体相、化合物相或两者。本文中使用的术语“完全合金化的”可允许(account for)容差内的小变化。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。本文中的百分数可意指体积百分数或重量百分数，这取决于上下文。通过杂质可平衡这些百分数，其可根据组成或不是合金的一部分的相。

非晶或非晶态固体

“非晶”或“非晶态固体”是缺乏为晶体特性的晶格周期性的固体。如本文中使用的，“非晶固体”包括“玻璃”，其是在加热时软化并且通过玻璃化转变而转化成类液态的非晶固体。通常，尽管非晶材料因化学键的性质而在原子长度尺度下具有一些短程有序，但是它们缺乏晶体的长程有序特性。基于通过结构表征技术如X射线衍射和透射电子显微镜法确定的晶格周期性，可得出非晶固体和晶态固体之间的区别。

术语“有序”和“无序”指定了多颗粒体系中一些对称性或相关性的存在或不存在。术语“长程有序”和“短程有序”在基于长度尺度的材料中区分秩序。

固体中最严格形式的有序性是晶格周期性：不断重复一定的样式(晶胞中的原子配置)以形成平移不变的空间点阵(tiling)。这是晶体的定义性质。可能的对称性分为14个布拉维晶格和230个空间群。

晶格周期性暗示长程有序。如果仅已知一个晶胞，则通过平移对称性可准确地预测在任意距离处的所有原子位置。反过来通常是正确的，除了例如在具有完美确定性点阵但不具有晶格周期性的准晶体中。

长程有序表征其中相同样品的遥远部分展现相关行为的物理体系。这可表示为相关性函数，即自旋-自旋相关性函数：G′(x，x′)＝<s(x)，s(x′)>.。

在上面的函数中，s为自旋量子数并且x为特定体系中的距离函数。当x＝x’时该函数等于1并且随着距离|x-x'|增加而减小。通常，其在大的距离处指数地衰减至零，并且认为该体系为无序的。然而，如果相关性函数在大的|x-x'|处衰减至常数值，则认为该体系具有长程有序。如果其作为距离的幂衰减至零，则称其为准长程有序。注意到构成|x-x'|的大数值是相对的。

当定义其行为的一些参数为不随时间变化(即它们是淬冷或冷冻的)的随机变量时，可以说体系呈现淬致无序(quenched disorder)，例如自旋玻璃。当允许随机变量自身变化时，其与退火无序相反。本文中的实施方案包括包含淬致无序的体系。

本文中描述的合金可为晶态、部分晶态、非晶、或基本上非晶。例如，合金样品/试样可包括至少一些结晶度，具有处于纳米和/或微米范围内的尺寸的晶粒/晶体。作为替代，合金可为基本上非晶的，例如完全非晶的。在一种实施方案中，合金粉末组合物为至少基本上不是非晶的，例如为基本上晶态的，例如为完全晶态的。

在一种实施方案中，在这里其它非晶合金中一个晶体或多个晶体的存在可被认作“晶态相”。合金的结晶度的程度(或在一些实施方案中简称为“结晶度”)可意指合金中存在的晶态相的数量。程度例如可意指合金中存在的晶体分数。取决于背景，该分数可意指体积分数或重量分数。“非晶”合金是何等非晶的量度可以为“非晶度”。可以以结晶度程度的形式测量非晶度。例如，在一种实施方案中，可以说具有低程度结晶度的合金具有高程度非晶度。在一种实施方案中，例如具有60体积％的晶态相的合金可具有40体积％的非晶相。

非晶合金或非晶金属

“非晶合金”为具有大于50体积％的非晶含量、优选大于90体积％的非晶含量、更优选大于95体积％的非晶含量、并且最优选大于99体积％至几乎100体积％的非晶含量。注意到如上所述的，非晶度高的合金等同于结晶度程度低。“非晶金属”为具有无序的原子尺度结构的非晶金属材料。与为晶态并且因此具有高度有序的原子排列的大多数金属相比，非晶合金为非晶态的。有时将在其中由冷却期间的液体状态直接制备的这样的无序结构的材料称为“玻璃”。因此，通常将非晶金属称为“金属玻璃”或“玻璃金属”。在一种实施方案中，块体金属玻璃(“BMG”)可意指其中显微组织为至少部分非晶的合金。然而，除了在制备非晶金属的极快速冷却以外还存在几种方法，包括物理气相沉积、固态反应、离子辐照、熔化纺丝和机械合金化。不管非晶合金是如何制备的，它们为单一种类材料。

通过各种快速冷却方法可制备非晶金属。例如，通过将熔化的金属溅射到自旋金属盘上可制备非晶金属。快速的冷却，在上百万度每秒的级别上，对于晶体形成来说可为太快，并因而将材料“锁定”在玻璃态。此外，用低的足以使厚层中非晶组织形成的临界冷却速率可制备非晶金属/合金-例如块体金属玻璃。

本文中术语“块体金属玻璃”(“BMG”)、块体非晶合金和块体凝固非晶合金交叉使用。它们意指具有至少处于毫米范围内的最小尺寸的非晶合金。例如，尺寸可为至少约0.5mm，如至少约1mm，如至少约2mm，如至少约4mm，如至少约5mm，如至少约6mm，如至少约8mm，如至少约10mm，如至少约12mm。取决于几何形状，尺寸可意指直径、半径、厚度、宽度、长度等。BMG还可为具有至少一个处于厘米范围内的尺寸，如至少约1.0cm，如至少约2.0cm，如至少约5.0cm，如至少约10.0cm的金属玻璃。在一些实施方案中，BMG可具有至少一个至少处于米范围内的尺寸。BMG可采取如上所述与金属玻璃相关的任何形状或形式。因此，本文中描述的BMG在一些实施方案中可在一个重要的方面不同于由常规沉积技术制备的薄膜：前者可具有比后者大得多的尺寸。

非晶金属可为合金，而非纯金属。该合金可包含显著不同尺寸的原子，导致熔化状态中的低自由体积(并且因此具有达到比其它金属和合金中更高数量级的粘度)。粘度防止原子足量移动以形成有序的晶格。材料组织可导致冷却期间的低收缩率和对塑性变形的抵抗性。晶界的不存在、晶态材料的疵点在一些情况下例如可导致对磨损和腐蚀的较好抵抗性。在一种实施方案中，非晶金属(同时技术上为玻璃)还可比氧化物玻璃和陶瓷更坚韧并且不那么脆。

非晶材料的导热率可低于其晶态材料的导热率。为了甚至在较缓慢冷却期间仍完成非晶组织的形成，该合金可由三种或更多种组分组成，导致具有较高势能和较低形成几率的复杂晶胞。非晶合金的形成可取决于几个因素：合金的组分组成；组分的原子半径(优选具有超过12％的显著不同以获得高堆积密度和低自由体积)；和组分的组合的负混合热，抑制了晶体形核并且延长了熔化的金属停留在过冷状态下的时间。然而，因为非晶合金的形成基于很多不同的变量，所以可能难以事先确定合金组合物是否会形成非晶合金。

例如，具有磁性金属元素(铁、钴、镍)的硼、硅、磷和其它玻璃形成剂的非晶合金可为磁性的，具有低矫顽力和高电阻。高阻抗导致在经受交变磁场时因涡流所致的低损耗，这是例如作为变压器磁芯的有用性质。

非晶合金可具有多个潜在有用的性质。特别地，它们倾向于比类似化学组成的晶态合金更强，并且它们可维持比晶态合金更大的可逆(“弹性”)变形。非晶金属的强度直接源于它们的非晶态组织，它可不具有限制晶态合金强度的任何缺陷(例如位错)。例如，一种金属玻璃，称为Vitreloy^TM，具有几乎是高级钛两倍的拉伸强度。在一些实施方案中，室温下的金属玻璃不是延展性的并且当拉伸负载时倾向于突然失效，这可影响在可靠性-临界应用中的材料可应用性，因为迫近的失效是不明显的。因此，为了克服这种挑战，可使用具有包含延展性的晶态金属的枝晶颗粒或纤维的金属玻璃基体的金属基体复合材料。或者，可使用倾向于引起脆化的(一种或多种)元素(例如Ni)少的BMG。例如可使用不含Ni的BMG来改善BMG的延展性。

块体非晶合金的另一个有用性质是，它们可以是纯玻璃；换句话说，它们在加热时可软化并且流动。这允许容易的加工，例如通过注射成型，以与聚合物很是相同的方式进行。结果，非晶合金可用于制备体育装备、医疗装置、电子部件及装备和薄膜。经过高速氧燃料技术可沉积非晶金属薄膜作为保护性涂层。

材料可具有非晶相、晶态相或两者。非晶和晶态相可具有相同的化学组成并且仅在显微组织中不同，即一者为非晶态而另一者为晶态。显微组织在一种实施方案中意指由显微镜在25×或更高的放大倍数下揭示的材料组织。作为替代，两种相可具有不同的化学组成和显微组织。例如，一种组合物可为部分非晶、基本上非晶或完全非晶的。

如上所述，可通过合金中存在的晶体分数来测量非晶度的程度(并且反之为结晶度的程度)。该程度可意指合金中存在的晶态相的体积分数或重量分数。部分非晶的组合物可意指其中至少约5体积％、例如至少约10体积％、例如至少约20体积％、例如至少约40体积％、例如至少约60体积％、例如至少约80体积％、例如至少约90体积％为非晶相的组合物。已经在本申请的其它地方定义了术语“基本上”和“约”。因此，至少基本上为非晶的组合物可意指至少约90体积％、例如至少约95体积％、例如至少约98体积％、例如至少约99体积％、例如至少约99.5体积％、例如至少约99.8体积％、例如至少约99.9体积％为非晶的组合物。在一种实施方案中，基本上非晶的组合物可具有一些偶存、不显著量的晶态相存在于其中。

在一种实施方案中，非晶合金组合物关于非晶相可为均质的。组成上均匀的物质是均质的。这与为非均质的物质形成对比。术语“组成”意指物质中的化学组成和/或显微组织。当物质体积划分成两半时并且两半均具有基本上相同的组成时，物质是均质的。例如当一定体积的粒料悬浮液划分成两半并且两半均具有基本上相同体积的颗粒时，粒料悬浮液为均质的。然而，在显微镜下可能看到单独的颗粒。另一种均质物质的实例是空气，尽管可单独分析空气中的颗粒、气体和液体或将其从空气分离，但是其中的不同组分同等悬浮。

关于非晶合金为均质的组合物可意指在其显微组织中具有基本上均匀分布的非晶相的组合物。换句话说，该组合物宏观上包含在组合物中基本上均匀分布的非晶合金。在替代性实施方案中，该组合物可为具有非晶相的复合物，该非晶相中具有非－非晶相。非-非晶相可为晶体或多个晶体。晶体可为任何形状例如球形、椭球形、线形、杆形、片形、薄片形或不规则的形状的粒料形式。在一种实施方案中，它可具有枝晶形式。例如，至少部分非晶的复合组合物可具有分散于非晶相基体中的枝晶形状的晶态相；该分散可为均匀或非均匀的，并且该非晶相和晶态相可具有相同或不同的化学组成。在一种实施方案中，它们具有基本上相同的化学组成。在另一种实施方案中，晶态相可比BMG相更具有延展性。

本文中描述的方法可应用于任何类型的非晶合金。类似地，本文中描述为组合物或制品的组分的非晶合金可为任何类型。非晶合金可包含元素Zr、Hf、Ti、Cu、Ni、Pt、Pd、Fe、Mg、Au、La、Ag、Al、Mo、Nb、Be或其组合。即，该合金可包括这些元素以其化学式或化学组成的任何组合。元素可在不同的重量或体积百分比下存在。例如，铁“基”合金可意指具有不显著的重量百分比的铁存在于其中的合金，该重量百分比可为例如至少约20重量％、如至少约40重量％、如至少约50重量％、如至少约60重量％、如至少约80重量％。作为替代，在一种实施方案中，取代重量百分比，上述的百分比可为体积百分比。因此，非晶合金可为锆基、钛基、铂基、钯基、金基、银基、铜基、铁基、镍基、铝基、钼基等。该合金还可不含任何前述的元素来适合特定的目的。例如，在一些实施方案中，该合金或包含合金的组合物可基本不含镍、铝或铍或其组合。在一种实施方案中，该合金或复合物完全不含镍、铝或铍或其组合。

例如，非晶合金可具有式(Zr,Ti)_a(Ni,Cu,Fe)_b(Be,Al,Si,B)_c，其中a、b和c中每个均表示重量或原子百分比。在一种实施方案中，以原子百分比计，a为30-75，b为5-60，并且c为0-50。作为替代，非晶合金可具有式(Zr,Ti)_a(Ni,Cu)_b(Be)_c，其中a、b和c中每个均表示重量或原子百分比。在一种实施方案中，以原子百分比计，a为40-75，b为5-50，并且c为5-50。该合金还可以具有式(Zr,Ti)_a(Ni,Cu)_b(Be)_c，其中a、b和c中每个均表示重量或原子百分比。在一种实施方案中，以原子百分比计，a为45-65，b为7.5-35，并且c为10-37.5。作为替代，该合金可具有式(Zr)_a(Nb,Ti)_b(Ni,Cu)_c(Al)_d，其中a、b、c和d中每个均表示重量或原子百分比。在一种实施方案中，以原子百分比计，a为45-65，b为0-10，c为20-40并且d为7.5-15。前述合金体系的一个示例性实施方案为由Liquidmetal Technologies,CA,USA制造的以商品名Vitreloy^TM如Vitreloy-1和Vitreloy-101的Zr-Ti-Ni-Cu-Be基非晶合金。在表1中提供了不同体系的非晶合金的一些实例。

非晶合金还可为铁基合金，例如(Fe、Ni、Co)基合金。这样的组合物的实例公开于美国专利No.6,325,868；5,288,344；5,368,659；5,618,359和5,735,975，Inoue等,Appl.Phys.Lett.,Volume 71,p464(1997),Shen等,Mater.Trans.,JIM,Volume 42,p2136(2001)和日本专利申请No.200126277(公开No.2001303218A)。一种示例性组合物为Fe₇₂Al₅Ga₂P₁₁C₆B₄。另一个实例是Fe₇₂Al₇Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅。美国专利申请公开No.2010/0084052公开了可用于本文涂层中的另一种铁基合金体系，其中非晶金属包含例如锰(1-3原子％)、钇(0.1-10原子％)、和硅(0.3-3.1原子％)，组成范围在括号内给出；并且包含以下元素：铬(15-20原子％)、钼(2-15原子％)、钨(1-3原子％)、硼(5-16原子％)、碳(3-16原子％)，并且余量为铁，组成的特定范围在括号内给出。

前述的非晶合金体系还可包含额外的元素，例如额外的过渡金属元素，包括Nb、Cr、V、Co。额外的元素可以以小于或等于约30重量％、如小于或等于约20重量％、如小于或等于约10重量％、如小于或等于约5重量％存在。在一种实施方案中，额外的任选元素为钴、锰、锆、钽、铌、钨、钇、钛、钒和铪中的至少一种，以形成碳化物并且进一步改善耐磨性和耐腐蚀性。其它的任选元素可包括磷、锗和砷，总量最多约2％，并且优选小于1％，以降低熔点。其它的偶存杂质应该小于约2％并且优选0.5％。

在一些实施方案中，具有非晶合金的组合物可包含少量的杂质。可特意添加杂质元素以改变组合物的性质，例如改善机械性质(例如硬度、强度、断裂机制等)和/或改善耐腐蚀性。作为替代，杂质可以以不可避免的偶存杂质如作为加工和制造副产物获得的那些而存在。杂质可小于或等于约10重量％、如约5重量％、如约2重量％、如约1重量％、如约0.5重量％、如约0.1重量％。在一些实施方案中，取代重量百分比，这些百分比可为体积百分比。在一种实施方案中，合金样品/组合物基本上由非晶合金组成(仅具有少量的偶存杂质)。在另一种实施方案中，该组合物由非晶合金组成(具有不可观察到的痕量杂质)。

表1.示例性的非晶合金组合物

合金

原子％

1

Zr

Ti

Cu

Ni

Be

41.20％

13.80％

12.50％

10.00％

22.50％

2

Zr

Ti

Cu

Ni

Be

44.00％

11.00％

10.00％

25.00％

3

Zr

Ti

Cu

Ni

Nb

Be

56.25％

11.25％

6.88％

5.63％

7.50％

12.50％

4

Zr

Ti

Cu

Ni

Al

Be

64.75％

5.60％

14.90％

11.15％

2.60％

1.00％

5

Zr

Ti

Cu

Ni

Al

52.50％

5.00％

17.90％

14.60％

10.00％

6

Zr

Nb

Cu

Ni

Al

57.00％

5.00％

15.40％

12.60％

10.00％

7

Zr

Cu

Ni

Al

Sn

50.75％

36.23％

4.03％

9.00％

0.50％

8

Zr

Ti

Cu

Ni

Be

46.75％

8.25％

7.50％

10.00％

27.50％

9

Zr

Ti

Ni

Be

21.67％

43.33％

7.50％

27.50％

10

Zr

Ti

Cu

Be

35.00％

30.00％

7.50％

27.50％

11

Zr

Ti

Co

Be

35.00％

30.00％

6.00％

29.00％

12

Au

Ag

Pd

Cu

Si

49.00％

5.50％

2.30％

26.90％

16.30％

13

Au

Ag

Pd

Cu

Si

50.90％

3.00％

2.30％

27.80％

16.00％

14

Pt

Cu

Ni

P

57.50％

14.70％

5.30％

22.50％

15

Zr

Ti

Nb

Cu

Be

36.60％

31.40％

7.00％

5.90％

19.10％

16

Zr

Ti

Nb

Cu

Be

38.30％

32.90％

7.30％

6.20％

15.30％

17

Zr

Ti

Nb

Cu

Be

39.60％

33.90％

7.60％

6.40％

12.50％

18

Cu

Ti

Zr

Ni

47.00％

34.00％

11.00％

8.00％

19

Zr

Co

Al

55.00％

25.00％

20.00％

熔化设备

本文中描述的一种实施方案提供了用于使元素合金化和/或熔化金属合金的制品或设备。在一种实施方案中，所述制品可为容器，其在一种实施方案中可为坩埚或坩埚组件形式。本文中描述的制品还可用于模制和铸造金属合金。

术语“合金化”在一种实施方案中意指将预定量的多种单独的“原料”元素(例如金属元素或非金属元素)加热熔化并且将它们混合在一起以形成至少一种合金的过程。例如，这些元素中的每种可为粉末、条材、铸锭等的形式。在一些情况下，包含至少部分非晶合金的母合金还可用于与其它元素合金化。在本文中描述的一些实施方案中，该过程可涉及以特定的构造堆叠元素/母合金以引起混合物中具有最低熔点的(一种或多种)元素与其它元素软化、熔化、润湿和/或熔融，由此使混合物化解、混合和/或最终变得均匀。一旦单一组分大部分变成熔化的并且彼此混合时，通常可使熔体过热一定的预定程度以确保完全熔化、均匀的合金产物(例如合金原料)。有时将待加热和/或混合的组分(即合金元素或合金化元素)称为“合金装料”。

术语“熔化”在一种实施方案中可包括如上所述的步骤，但是其还更通常地用于描述这样的过程：获取已经均匀(或相对均匀)的合金原料块(非晶或结晶或具有其间任何程度的结晶度)，将其加热至高于其熔点，并且进一步加工。换句话说，与合金化相比，本文中的“熔化”可意指合金化的过程(因为当处于熔化状态时元素可合金化)并且还可意指获取均匀的合金原料并且在加工前将其加热以使其熔化的过程。在一些实施方案中，将在合金化和/或熔化期间所使用的容器称为“坩埚”。

在本文所述的一种实施方案中术语“模制”可与“热塑性成型”和“热成型”互换使用。具体而言，本文中的术语可意指将合金原料加热至玻璃化转变温度T_g但低于熔化温度Tm然后由其成型成一个形状的过程。如之前所提供的，本文中使用的术语“原料”可为部分非晶、基本非晶或完全非晶的。换句话说，在一些情况下模制过程可接着熔化/合金化过程，因为前者使后者的产物成形/成型。

在本文的一种实施方案中，术语“铸造”可意指将合金原料加热至高于合金的熔点随后由熔化的原料成型成一种形状的过程。有时术语“铸造”和“模制”可互换使用。例如，在“注射模制”的情况下，模制的过程可类似于铸造的过程。在一些实施方案中，将在合金化和/或熔化期间所使用的容器称为“模具”。

坩埚可在多个方面不同于模具。“坩埚”可意指具有腔体的容器，所述容器包含用于金属、玻璃和颜料制备以及多个现代实验室过程的耐火材料，其可承受高得足以熔化或以其它方式改变其内容物的温度。坩埚腔体的几何形状通常对最终的金属/合金产物的几何形状具有最小的影响，因为随后在单独的模制过程中经常将所述产物模制成所需的形状。相比之下，“模具”可意指填充有液体状的塑料、玻璃、金属或陶瓷原材料的空心块体。液体在模具内采取其形状而硬化或固化。换句话说，模具腔体的几何形状在最终的金属/合金产物中可具有重要的作用，因为后者适应前者。因此，模具腔体的几何形状的设计可为重要的。此外，虽然不需要在所有情况下都是这样，但因为合金化/熔化过程通常需要在高于合金装料的Tm的温度下操作，而模制过程不需要，所以坩埚通常需要能够维持加热及其比模具大得多的影响(例如，如下所述的侵蚀、污染)。

本文中描述的制品可包含具有腔体的内容器，所述内容器包含陶瓷；和外容器，所述外容器包含基座；其中内容器的至少一部分外表面与外容器的内表面接触，并且其中内容器是可从模具移除的。在一种实施方案中，所述制品可为坩埚或坩埚组件的一部分。例如，内容器可为坩埚，如图1所示，其可位于外容器的腔体中。

内容器可包含陶瓷、基本上由陶瓷组成或由陶瓷组成。陶瓷可包含至少一种选自元素周期表中IVA、VA和VIA族的元素。具体而言，元素可为Ti、Zr、Hf、Th、Va、Nb、Ta、Pa、Cr、Mo、W和U中的至少一种。在一种实施方案中，陶瓷可包含氧化物、氮化物、氧氮化物、硼化物、碳化物、碳氮化物、硅酸盐、钛酸盐、硅化物、或其组合。例如，陶瓷可包含氧化钇、氮化硅、氧氮化硅、碳化硅、碳氮化硼、硼化钛(TiB₂)、硅酸锆(或“锆石”)、钛酸铝、氮化硼、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化硅、碳化钨、氧氮化铝(或“赛隆”)或其组合。内容器可包含对如在感应加热中使用的射频(RF)不敏感的材料。一种这样的对RF不敏感的材料为氧化钇。或者，可使用对RF敏感的材料。

在另一种实施方案中，内容器可包含耐火材料。耐火材料可包含耐火金属，如钼、钨、钽、铌、铼(rehenium)等。或者，耐火材料可包含耐火陶瓷。陶瓷可为任何前述的陶瓷，包括氧化钇、氮化硅、碳化硅、氮化硼、碳化硼、氮化铝、氧化铝、氧化锆、二硼化钛、硅酸锆、硅酸铝、钛酸铝、碳化钨、氧化硅和熔融石英。

外容器可包含基座。本文中的“基座”可意指用其吸收电磁能量并且将其转化为热的能力的材料，有时可将其设计为如红外热辐射重新发射的。该能量可为在工业加热过程中并且有时还在微波烹调中使用的射频或微波辐射。可使用任何公知的基座。例如，基座可包含石墨、耐火材料或两者。耐火材料如上所述。或者，基座可包含碳化硅、不锈钢、和/或任何其它的导电材料。

在一种实施方案中，外容器可包含比内容器的(一种或多种)材料更加导热的材料。因此，外容器可比内容器更加导热。外容器可包含对感应加热期间的RF敏感的材料。或者，可使用对RF不敏感的材料。

外容器与热源连接。热源可为任何合适的热源。例如，如图1所示，热源可为围绕至少一部分外容器的感应加热线圈。内容器11在外容器12的腔体内。在该实施方案中，内容器11可为包含陶瓷的坩埚。坩埚可为本领域已知的适合于合金化和/或熔化的任何可商购的坩埚。至少一部分内容器11与外容器12接触。注意到图1仅是示意性的，并且可存在该设计的替代版本。例如，11的高度可比12高(如所示的)，但是其也可比12低或者为相等的高度。内容器11的壁的厚度可等于、大于或小于外容器12的壁的厚度。内容器和外容器可具有任何可需要的几何形状。例如，其可为柱形、球形、立方体、矩形或不规则的形状。

外容器和内容器可以以各种方式彼此接触。例如，在一种实施方案中内容器基本整个外表面与外容器的内表面接触。在一种情况下，内容器可紧密配合外容器的腔体，如图1所提供的示意图所示。取决于几何形状，在内容器与外容器之间可存在间隙(如图1中的外容器底部所示)；或者，两个容器的几何形状可使得不存在间隙。因此，内容器与外容器可与内容器的所有壁接触(如图1所示)。或者，内容器的仅一些壁(例如底壁)与外容器接触。

可从外容器移除内容器并且重新插入。在一种实施方案中，可移除的内容器可为可重新使用的。例如，内容器可为模具，并且在将模制的金属/合金部件喷射入模具中时，可将模具重新插入外容器中用于随后的模制过程。还可以将可再利用性施加至内容器用于合金化、熔化或铸造的情况。如下面所示的，目前提供的内容器出乎意料地表现出与合金接触的差润湿，由此使内容器的内表面受金属合金的污染的风险最小，反之亦然。因此，可以再使用内部坩埚。

可使用目前描述的结构中的制品作为坩埚(或坩埚组件)，具有出乎意料的优点。例如，制品可允许使用包含对热震敏感的材料如氧化钇或赛隆的坩埚，而不损失在加热期间或加热后坩埚的完整性。在一种实施方案中，内容器可为包含对RF不敏感的材料的坩埚。内容器的壁还可充当外容器壁的衬里，其可包含基座。因此，作为对内容器腔体中的非晶合金组分的替代，对RF不敏感的材料可捕获RF辐射。

一种替代性实施方案提供了一种坩埚组件，其包含：包含陶瓷的内层；和包含基座的外层，其可包含碳(如以石墨的形式)。在一种实施方案中，内层的至少一部分外表面与外层的内表面接触。

内层的陶瓷可具有任何形状或尺寸。内层可充当用于基座的衬里，而非独立的(stand-alone)坩埚。内层例如可为由一个或多个陶瓷片材制成的空心柱体。或者，其可具有多个粒料如喷射的粒料的形式。可通过任何已知的喷射技术喷射粒料。粒料可为颗粒形式，其可具有任何形状和尺寸，如球形、杆状、薄片状或任何不规则的形状。陶瓷可为任何前述的陶瓷，如氧化钇、氮化硅、氧氮化硅、碳化硅、碳氮化硼、硼化钛、硅酸锆、钛酸铝、氮化硼、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化硅、碳化钨、或其组合。另一方面，外层可包含可用于前述的外容器中的任何材料。

熔化过程

如上所述，在熔化和/或合金化过程中可使用目前描述的制品。在一种实施方案中，熔化过程可包括提供待合金化的合金元素(或合金装料)的混合物；和将坩埚中的所述混合物加热至高于合金元素的熔化温度的温度。在一种实施方案中，合金意指至少为部分非晶的合金，尽管在一些情况下合金还可意指晶态合金。在一种实施方案中，合金为BMG。坩埚可为任何合适的坩埚，如本文中描述的任何制品中的坩埚。具体而言，坩埚可在外容器的腔体内。虽然坩埚可用于模制过程，但是在本文中提供的一些实施方案中优选坩埚用于熔化或模制。

在一种熔化实施方案中，所述混合物可以包含可布置在内容器内的多种单一合金元素，或至少一种母合金，其可用于产生最终合金组合物，并且可将它们加热至足够高的温度使得它们熔融并且彼此溶入，形成熔化的合金。该装置例如可为如图2和3所示的。可通过任何如上所述的加热技术例如感应加热例如通过RF射频进行的感应加热进行至少一部分加热如整个加热过程。在部分真空例如低真空或甚至高真空下进行加热以避免合金与空气反应。在一种实施方案中，真空环境可为约10^-2托或更低，如约10^-3托或更低，如约10^-4托或更低。或者，可在惰性气氛中如在氩、氮、氦、或其混合物中进行加热和/或处置的步骤。还可使用非惰性气体如环境空气，如果它们适合于该应用。在另一种实施方案中，其可在部分真空和惰性气氛的组合下进行。在一种实施方案中，可通过真空感应熔化进行加热。还可在惰性气氛如具有氩的气氛中进行加热。

合金元素可包含金属元素、非金属元素或两者。所述元素可为如上述的任何合金的元素。此外，一旦元素溶解在一起，就可将合金保持在其液相温度或高于其液相温度的一定温度(即为至少基本上熔化如完全熔化的温度)下持续一段时间。时间段的长度可取决于合金的化学组成。因此，通过目前提供的坩埚，元素和/或母合金可转变成均匀的合金或合金原料。可施加额外的加工，包括将熔化的合金化元素冷却例如淬冷成固体原料。随后在模制过程中将原料模制成所需的、预定的几何形状。

所述混合物包含Zr、Fe、Hf、Cu、Co、Ni、Al、Sn、Be、Ti、Pt、Cu、Ni、P、Si、B、Pd、Ag、Ge、Ti、V、Nb、Zr、Be、Fe、C、B、P、Mn、Mo、Cr、Y、Si、Y、Sc、Pb、Mg、Ca、Zn、La、W、Ru、或其组合。还可使用可用于前述的任何合金的任何其它元素。例如，所述合金可为非晶合金，如BMG。特别地，所述合金可为稀有金属基非晶合金，包含Pt、Cu、Ni、P、Si、B、Pd、Ag、Ge或其组合。所述合金可为枝晶非晶合金，包含Ti、V、Nb、Zr、Be或其组合。或者，所述合金可为Fe基非晶合金，包含Fe、C、B、P、Mn、Mo、Cr、Y或其组合。所述合金还可为包含少量添加的Si、Y、Sc和/或Pb的非晶合金。所述合金还可为包含Mg、Ca、Zn、La、W、Ru或其组合的非晶合金。

如上所述，期望内容器包含可具有在内容器的壁与合金原料之间的源自加热过程(或在该过程期间)的最小润湿的材料。例如，内容器可包含氧化钇、赛隆或如上提及的作为内容器的备选的任何材料。术语“润湿”在本领域中容易理解。在一些实施方案中，缺乏润湿可意指在将熔化的合金淬冷成固体后在内容器的内壁上观察到缺乏大量的合金。壁上(一种或多种)合金元素的存在可归因于合金与内容器之间的物理相互作用/反应(例如吸附)或化学相互作用/反应(例如化学反应)。在一种实施方案中，缺乏润湿可意指内容器的内壁在其上基本不含合金，除了一些痕量。目前描述的制品还可使来自合金的元素与内容器和/或作为整体包括外容器的坩埚组件的元素之间的互扩散和/或污染最小化。例如，熔化的、加热的合金装料和所得的固体合金原料可为至少基本上不含从内容器、外容器或两者扩散来的元素。例如，在其中外层(或容器)包含石墨基座的情况下，所述合金可为基本上不含来自石墨基座的碳。

缺乏润湿还可反映为熔化的合金的元素与内容器(在一些情况下甚至是外容器)的元素之间缺乏反应(化学或物理)。在一种实施方案中，目前提供的制品可基本上防止内容器内熔化的合金装料或单一元素与内容器在两者的界面处反应。这样的反应有时也称为坩埚壁上的“侵蚀”或者合金装料的“污染”。

反应可意指各种类型的反应。例如，其可意指内容器的元素溶入熔化的合金中，引起熔化的合金被容器的组分元素所污染。溶解可涉及破坏构成内容器的晶体并且将这些元素扩散进入熔化的合金中。其还可意指熔化的合金扩散进入内容器中。扩散可涉及合金(装料)的元素的扩散性输送至容器中的晶粒(或晶体)和/或晶界中。在一些情况下，其还可意指晶态相的制备，其在两者的界面处同时包含来自熔化合金和内容器的元素。这些晶态相可为氧化物、氮化物、碳化物等，或者它们可为金属间化合物。还可通过搅拌将它们从界面输送至熔化的合金块体中，引起进一步的污染。

在一种实施方案中，可通过测量最终熔化的合金中杂质元素的浓度(说明构成内容器的元素进入合金的程度)或通过最终熔化的合金的主元素与所需的名义组成的偏差(说明合金元素扩散进入内容器)来对“侵蚀”(或“污染”)进行量化。这可涉及合金组成的测量和就主要组分以及杂质元素如氧、碳、氮、硫、氢以及内容器的元素而言与名义组成的比较。杂质元素的容限取决于被熔化的实际合金组成。此外，“侵蚀”的其它量度还可为加工后的内容器壁的厚度，说明是否有大量的容器材料溶解进入熔化的合金中。

因为内容器是可从坩埚移除的，所以可将内容器移除、清洁(或经受任何后制备加工)并且重新插入坩埚中的外容器的腔体中。或者，可将新的替代内容器插入外容器的腔体中。

在一种实施方案中，可预处理内坩埚容器。例如，可用与碳反应的Zr或Si粉末或含Zr或含Si的化合物的涂层预处理坩埚如包含石墨的坩埚的内部。随后可在真空下将坩埚加热以使粉末与坩埚反应，形成碳化锆或碳化硅。预处理的坩埚可用于熔化合金原料，使来自石墨至合金的碳添加最小化。除了直接使用碳化硅作为内容器中的陶瓷以外，该预处理方法还可为制备具有改善的热震的陶瓷坩埚的替代性技术。

抗热震性的改善

如前所述，当用作熔化设备时，目前描述的制品相对于现存的坩埚可具有改善的抗热震性。特别地，在一种实施方案中，具有外容器和内容器的组合(即坩埚)，目前描述的坩埚相对于没有外容器的坩埚就裂纹引发而言具有改善的抗热震性。本领域普通技术人员可容易理解抗热震性的测量。例如，在陶瓷的情况下，测量抗热震性通常包括将固体片缓慢加热至高温，然后将其在冷介质如水中淬冷-ASTM C1525标准提供了一些关于该测量的指南。在一种实施方案中，通过其可淬冷而不因诱发的裂纹显著降低保留的挠曲强度的最大温度间隔可代表抗热震性。

可通过各种技术来改善材料或不同材料的组件的抗热震性。例如，通过使用具有较高导热率的材料；具有较低热膨胀系数的材料；具有较高强度或较低弹性模量的材料；具有较高韧性或耐开裂性的材料完成改善；或者可通过更缓慢加热材料以降低材料自身内的热梯度来改善。还可通过这些技术的任意组合或任何其它的公知技术完成改善。

在一种实施方案中，目前描述的坩埚组件可通过更缓慢加热材料以减少材料自身内的热梯度来改善抗热震性。具体而言，通过在外部上使用基座，内容器可包含具有低抗热震性和/或断裂韧性的材料。基座可均匀加热内容器，并且还允许以缓慢且更受控的方式加热内容器和内部待加热的合金装料，两者都将有助于降低内容器中的热梯度，防止由热震所致的失效。

因此，目前描述的制品可有效地防止裂纹进入和/或通过内容器的壁。在一种情况下，例如在目前描述的制品中不存在可观察到的进入和/或通过内容器的壁的裂纹。例如，现存的熔化技术经常涉及单独使用氧化钇坩埚。然而，只要合金装料感应加热并且化解进入坩埚中，由于在大于约1000℃下的熔化合金的震动对相对冷的坩埚的攻击，后者就立即开裂-坩埚不是导电的，并且因此不会由于感应而加热。图6说明了由加热后的热震所致的坩埚断裂。

相比之下，如目前描述的制品中所提供的，如图7(c)所示在一种实施方案中，如果通过基座加热坩埚外部，则在合金化解前将其加温接近内部的合金的熔化温度，并且因此显著降低热梯度。

由于因目前描述的装置所致的高抗热震性，在高温如至少约1000℃、如至少约1100℃、如至少约1200℃、如至少约1300℃、如至少约1400℃、如至少约1500℃下加热坩埚一段时间后，内容器(或坩埚)基本上不引发可观察到的裂纹。时间段的长度可取决于温度，并且其可从几分钟变化至几小时。例如，其可为至少约5分钟，如至少约10分钟，如至少约20分钟，如至少约40分钟，如至少约1小时，如至少约2小时，如至少约4小时，如至少约6小时，如至少约8小时，如至少约10小时，如至少约12小时。在一种实施方案中，当温度为1200℃时，持续至少8小时观察基本上没有可观察到的裂纹。在另一种实施方案中，当温度为至少约1300℃、如至少约1400℃时，持续约5分钟至约60分钟观察基本上没有可观察到的裂纹。

电子装置

前述的坩埚可用于涉及BMG的制造工艺中。由于BMG的优异性质，可将BMG制成各种装置和部件中的结构部件。一种这样类型的装置是电子装置。

本文中的电子装置可意指现有技术中已知的任何电子装置。例如，其可为电话，如手机和陆线电话或任何通讯装置如智能电话，包括例如iPhone^TM和电子邮件收/发装置。其可为显示器的一部分，如数字显示器、TV显示器、电子书阅读器、便携式网络浏览器(例如iPad^TM)和电脑显示器。其还可为娱乐装置，包括便携式DVD播放器、常规DVD播放器、蓝光碟片播放器、视频游戏控制台、音乐播放器如便携式音乐播放器(例如iPod^TM)等。其还可为提供控制的装置的一部分，例如控制图像、视频、声音的流(例如Apple TV^TM)，或其可为用于电子装置的远程控制。其可为电脑或其附件的一部分，例如硬盘塔外壳或壳体、手提电脑外壳、手提电脑键盘、手提电脑轨触摸板、台式电脑键盘、鼠标、和扬声器。还可将该制品应用到装置例如手表或钟表。

本文中使用冠词“a(一个)”和“an(一种)”来意指一种或多于一种(即至少一种)的符合文法的制品物体。例如，“一种聚合物树脂”意味着一种聚合物树脂或多于一种聚合物树脂。本文中引用的任何范围是包含端点的。使用本说明书中使用的术语“基本上”和“约”来描述和解释小的波动。例如，它们可意指小于或等于±5％、如小于或等于±2％、如小于或等于±1％、如小于或等于±0.5％、如小于或等于±0.2％、如小于或等于±0.1％、如小于或等于±0.05％。

非限制性工作实施例

进行了一系列的实验以测试各种坩埚材料中污染的水平：

氧化钇：

发现陶瓷似乎弱弱地润湿LM1，并且即使在显著的过热下1小时后化学分析仍显示可接受的(低)水平污染物。还发现，没有包含基座的外容器，氧化钇具有非常差的抗热震性，并且一旦熔化的金属化解进入坩埚后坩埚就开裂。

测试了替代性的氧化钇坩埚实施方案。将氧化钇喷涂至用于熔化Hf基非晶合金的石墨坩埚的内部上。在引入合金前在1200℃下将氧化钇涂层烘烤8小时。在熔化过程后，出乎意料的是所述合金似乎不润湿和侵蚀石墨。

赛隆：

氮化硅的变体赛隆是通常具有好得多的抗热震性和韧性的陶瓷。结果显示在实验期间赛隆能够抵制与其接触的大部分熔融合金的润湿和侵蚀。发现氮水平仅略微增加，并且确定赛隆是用于Zr基合金加工的所需材料。

碳化硅

使用碳化硅作为多孔过滤材料以减少原料中熔渣的量。制备具有SiC的各种合金的多个铸件，并且通常观察到Zr基合金非常弱地润湿这种材料或完全不润湿这种材料。确定碳化硅是用于合金熔化以减少污染的良好备选物。为了降低热震，如上所述提出了将碳化硅坩埚置于石墨基座内。

图2提供了用于测试赛隆与Zr基非晶合金的相容性的实验装置的照片。将坩埚21置于石英封闭壳体22内，将其抽空至小于0.005托，并且围绕抽空的石英封闭壳体、赛隆坩埚和坩埚内的合金铸锭的外部布置感应线圈23。如图3所示，顶部的软管31与真空泵连接，并且线圈23与RF电源连接。

图4(a)-4(b)提供的照片显示在赛隆内在1000℃下将铸锭感应熔化约30分钟，并且使合金冷却至室温。特意使坩埚断裂以评价合金是否与赛隆润湿和结合。该合金事实上完全在赛隆外，在成型坩埚中没有留下残留物。这说明非常差的润湿并且因此说明用于合金加工的良好相容性。图5提供的照片显示在30分钟内很多铜从合金蒸发，并且当用赛隆套筒给舟加衬里时观察到相同的铜沉积。

在1000℃下将具有锆基合金的氧化钇坩埚加热1小时，然后缓慢冷却。图6提供的照片显示在合金快速加热、熔化并且填充坩埚后断裂的坩埚的顶部部分。使该合金缓慢冷却，并且使其保留在开裂的坩埚内。然而，合金与坩埚之间的润湿差，并且移除坩埚碎片非常容易，这说明用于加工的良好相容性。

如化学分析所示，污染为低的，在表2中提供了化学分析的结果。与石墨相比，氧化钇似乎略微提高O含量。结果表明所测试的陶瓷坩埚具有这样的潜力：具有受合金装料的低润湿。因此，通过引入具有c基座的外容器，总体的坩埚组件具有低润湿的益处并且还具有改善的抗热震性的益处。

表2 显示不同坩埚设计的不同污染水平的化学分析结果

为了对比，如图7(a)-7(c)所示，用石墨基座72内的氧化钇坩埚71进行以下实验，将两者都保持在石英容器73中。

置于氧化钇坩埚内的合金铸锭是Zr-Ti-Cu-Ni-Be基合金(LM1)，在表2中显示了其组成。感应加热基座以熔化所述合金铸锭，其化解进入氧化钇坩埚中。将该合金保持在约1000℃下1小时，并且随后使其缓慢冷却至室温。观察到随着合金熔化并且填充坩埚，通过来自石墨基座的辐射均匀地加热氧化钇坩埚并且在坩埚中没有观察到裂缝(由热震所致)。参见图7(b)-7(c)。

Claims

1.一种制品，其包含：

内容器，所述内容器限定基本全部由氧化钇形成的内表面且配置成于其中接受金属合金；

外容器，所述外容器包含基座材料，该基座材料具有吸收电磁能量并且将电磁能量转化为热的能力；和

石英容器，所述石英容器至少部分包围外容器和内容器；

真空泵，所述真空泵连接到石英容器且配置成向石英容器施加至少部分真空；和

感应线圈，其围绕石英容器且配置成：

熔化金属合金；和

加热外容器，由此使得外容器在不与金属合金接触的区域中加热内容器，直到金属合金熔化后，其中：

内容器的至少一部分外表面与外容器的内表面接触；和

内容器是可重新使用的且是可从外容器移除的。

2.权利要求1的制品，其中所述基座材料包含石墨或碳化硅中的至少一种。

3.权利要求1的制品，其中所述外容器比内容器更加导热。

4.权利要求1的制品，其中所述内容器整个外表面与外容器的内表面接触。

5.一种熔化方法，其包括：

将金属合金置于制品中；和

熔化金属合金以形成熔化的金属合金，其中：

所述制品包含：

内容器，所述内容器基本完全由氧化钇形成且限定配置成容纳金属合金的腔室；

外容器，所述外容器包含基座材料，该基座材料具有吸收电磁能量并且将电磁能量转化为热的能力；

石英容器，所述石英容器至少部分包围外容器和内容器；

感应线圈，其围绕石英容器且配置成通过产生射频辐射加热外容器，由此使得外容器在不与金属合金接触的区域中加热内容器，直到金属合金熔化后；

内容器的至少一部分外表面与外容器的内表面接触；并且

其中内容器是可从制品移除的。

6.权利要求5的方法，其中所述金属合金包含Zr、Fe、Hf、Cu、Co、Ni、Al、Sn、Be、Ti、Pt、P、S i、B、Pd、Ag、Ge、V、Nb、C、Mn、Mo、Cr、Y、Sc、Pb、Mg、Ca、Zn、La、W、或Ru中的至少一种。

7.权利要求5的方法，熔化金属合金的操作包括通过真空感应熔化来熔化金属合金。

8.权利要求5的方法，其还包括将所述熔化的金属合金淬冷以形成至少为部分非晶的组合物。

9.权利要求5的方法，其中在内容器与熔化的金属合金之间基本没有润湿发生。

10.权利要求5的方法，其还包括从外容器移除内容器并且将内容器重新插入外容器中。