关于铂金坩埚漏料问题及分析

耿怀亮 黄波 张林宏

一、主要问题描述

B04线坩埚总体使用86天后，华光小原现场人员发现出料管处有漏料症状于是就拆炉进行检修，B04拆炉后现场照片如图1所示。据华光小原技术人员和检修人员介绍：我司坩埚使用情况与其在第三方制作的相同坩埚使用状况有相似之处，使用性能对比如表1所示。

拆炉过程发现，B04线坩埚确实存在漏点，根据以往经验，坩埚使用过程一旦出现漏点，保温层填充物基本会被玻璃液侵蚀，侵蚀区铂金坩埚因为无填充层支撑出现不同程度的鼓包（现场观测确实存在鼓包区，且鼓包区铂金件表层会有明显玻璃冲洗痕迹），一旦鼓包出现，此处的壁厚必然出现减壁即厚度变薄。

从图1可以清楚看出坩埚球形面有近似均匀的竖向褶皱（图1右红色线条所示）；另外距离焊缝约20mm处有一条沿圆周向褶皱（图1右紫色线条所示）此周向褶皱长度较长近似一周，且漏点出现在多重褶皱交汇处。

图1左可以看出锅边处明显出现下沉现象，即锅边在使用过程中，会慢慢被拉入锅腔内部，锅体整体向下坍塌。

二、华光小原经验阐述：

相较以往经验：工作锅通常使用温度1100℃～1350℃，常使用3个月左右进行检修一次。T1-Pt坩埚竖向褶皱属于正常现象，横向褶皱在第三方产品使用很少出现，从变形程度上说，英特派坩埚性能基本满足初期要求。强化铂坩埚因为其塑形相对较差在冷、热温差长期作用下（单次融料时间约12小时）极易出现漏料情况；纯铂材料相对强度不足，其使用寿命更短，综上所述：T1-Pt坩埚是目前华光小原理想的材料选择。

三、褶皱原因分析：

3.1 竖向褶皱产生的原因分析：

根据简单物理学知识可知，材料因温差引起的长度变形量可按下列公式确定：△L=△T·C·α（α为管线膨胀系数、△T、C为不同高度下圆周长）。

按照图2所示，球形面高度位置不同，圆周长不同，在理想温差等同的条件下，各个微区圆周向长度变形量则不同，在同一个工作场中，随着高度变化下，微区长度变形量不同，在高温条件下，当材料高温强度不足以抵抗因热变形产生的应力时，球形面即产生塑形变形释放这种热应力。在放料或填充物料过程必然产生一定温差，由于工作锅外围有耐火层填充，内部短期内无玻璃支撑，热应力褶皱会向锅内进行（图1明显可见），因此此种褶皱是使用过程中必然存在的一种现象，在现有T1-Pt的材料上这种竖向褶皱必然存在。

圆柱面上几乎无竖向褶皱，原因：高度方向圆周长度没有变化。

3.2 圆周向褶皱产生的原因分析：

本次B04线坩埚首次采用球形底整体旋压成型工艺制作，由于加工工艺的特点和材料属性不熟悉等原因，先后旋压两次才成型球面。成型过程暴露出厚度不均现象，即球形顶部变形小，厚度几乎不变，随着旋压拉深深入，厚度会随着高度增高和减薄。

根据旋压拉深特点，本次制作球形高度约190mm，理论是开口不厚度最薄，当时测量约为0.98mm，最底部厚度为1.35mm，呈现一种厚度梯度变化明显情况。而圆周褶皱现场查看约在焊缝位置以下20～30mm处，此区域旋压过程确实存在拉深现象明显情况，后经过手动敲打改善表面拉深痕迹（加工及发货需要），可以推断此处的厚度会小于0.98mm（厚度测厚仪很难测准具体值），可以推定这一区域存在最薄处，因焊缝处存在贴层所以厚度并非最薄。在高温条件下，锅体重量往下压，加之玻璃溶液粘度流动产生向下的一个下作力共同对最薄弱区进行多重作用，最终在最薄处产生褶皱释放这股应力集中。

3.3 漏点的原因分析：

因多重褶皱产生局部应力过大，加之高温条件下，反复融料和放料产生多次弯曲现象，根据测试数据可知，纯铂件的弯曲次数约为19左右，而客户使用过程一个大周期约3个月，每12小时放料一次，周期将近约180次（褶皱变形可能远小于180次），可以推定多重褶皱区反复伸缩变形，应力多次释放、叠加是产生此处漏点直接原因。

四、拟解决上述问题措施或建议：

（1）竖向褶皱因本身工况使用环境，无法从根本上改变和解决，后期只能通过改善T1-Pt本身的材料性能，提高高温条件下材料的强度和塑形，以达到高温条件下综合力学性能最佳的工艺配方。

（2）杜绝圆周向褶皱方法和建议

根本上必须满足球形锅底板材厚度一致性问题，具体措施：①改善旋压工艺，尽量保证板材厚度的一致性，降低球形锅旋压高度，从锅边向下翻边过渡补偿高度不足；②改用以前多块拼接制作工艺，可明显保证板材厚度一致性，焊缝采用贴层加强（焊缝处未出现漏点，说明我司有足够信心保证焊缝质量）；③旋压和手工翻边共同制作，旋压拉深减薄而手工钣金则是增厚，可尝试底部区采用旋压加工，靠近开口部手工收（此建议只能作为应急使用，不能作为长期制作工艺）。

（3）尝试从埚身结构进行调整或优化

个人认为是否可以在球形锅底外侧或内侧采用加强筋形式进行补强，或是热锻接形式进行补强，使锅体整体满足强度要求。

作者简介

第一作者：耿怀亮，男，硕士研究生，工程师，研究方向：贵金属加工。E-mail：836575908@qq.com

通讯作者：张林宏，男，本科，助理工程師，研究方向：贵金属冶炼及加工。E-mail：517314349@qq.com

（作者单位：无锡英特派金属制品有限公司）