鋯熔體的活性極強(qiáng)，高溫下具有很強(qiáng)的吸氣能力，因此鋯合金的熔煉必須在真空或氬氣、氦氣等惰性氣體中進(jìn)行。目前，鋯合金的熔煉主要采用真

空電弧熔煉法，并選用水冷銅坩堝。上海大學(xué)在現(xiàn)有制備工藝的條件下采用非自耗真空電弧熔煉，通過(guò)優(yōu)化合金成分、控制和調(diào)整熱加工工藝制度，改變鋯合金中第二相的大小和分布，從而提高了所制備的鋯合金的耐腐蝕性能。但是，這種熔煉方式能耗大，且極易產(chǎn)生元素偏析，使組織成分不均勻。因此，一般需要反復(fù)多次熔煉才能生產(chǎn)出合格鑄錠，致使能耗進(jìn)一步增加。感應(yīng)熔煉是利用電磁感應(yīng)加熱熔煉金屬及其合金的一種工藝。感應(yīng)加熱時(shí)，坩堝中產(chǎn)生渦流，使金屬受到電磁攪拌的作用。相比于電弧熔煉，感應(yīng)熔煉可以在金屬凝固過(guò)程中施加電磁攪拌，有效改善凝固組織、增加等軸晶率、減少非金屬夾雜物、減輕偏析等缺陷。表1是真空自耗電弧熔煉與真空感應(yīng)熔煉的能耗對(duì)比，可以看出，真空感應(yīng)熔煉的單位能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于真空自耗電弧熔煉。

目前，鋯合金用耐火材料的研究主要集中在精密鑄造方面，而對(duì)于熔煉用耐火材料的研究較少。借鑒鈦等高活性金屬的鑄造與熔煉經(jīng)驗(yàn)可知，適用于鑄造的耐火材料并不一定適用于熔煉。這是由于鑄造時(shí)，金屬熔體與耐火材料的接觸時(shí)間較短;而熔煉時(shí)，金屬熔體需要較高的過(guò)熱度，較長(zhǎng)的精煉時(shí)間，熔體與耐火材料的接觸時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)耐火材料的高溫性能要求更高。因此，尋找不與鋯合金熔體反應(yīng)的耐火材料成為感應(yīng)熔煉發(fā)展的難點(diǎn)。圖1為幾種常見(jiàn)耐火材料的標(biāo)準(zhǔn)自由能，其中，縱坐標(biāo)為金屬單質(zhì)與1mol氧結(jié)合生成氧化物的反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)自由能，橫坐標(biāo)為反應(yīng)溫度。由于合金的熔煉溫度區(qū)間必定在熔點(diǎn)附近尋找，因此，重點(diǎn)觀察圖1中2073～2273K(鋯的熔點(diǎn)約為2125K)溫度區(qū)間內(nèi)各耐火材料的標(biāo)準(zhǔn)自由能，可以發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)自由能由高到低依次為：SiO2、TiO2、MgO、Ti2O3、Al2O3、TiO、ZrO2、CaZrO3、CaO、BaZrO3、Y2O3。用于熔煉合金的耐火材料必須是保證不與合金發(fā)生反應(yīng)，特別是耐火材料中的氧元素不能與合金結(jié)合。一般來(lái)講，耐火材料的標(biāo)準(zhǔn)自由能值越低越穩(wěn)定。

CaZrO3、CaO、BaZrO3、Y2O3的標(biāo)準(zhǔn)自由能均小于ZrO2，但是，CaZrO3與CaO具有一定的吸水性，Y2O3成本較高且抗熱震性差，只有BaZrO3的綜合性能最佳。BaZrO3為立方鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為0.4193nm，熔點(diǎn)高達(dá)2700℃，熱膨脹系數(shù)只有0.87×10-5/℃(25～1080℃)，熱導(dǎo)率低，在極端熱環(huán)境下有較好的機(jī)械和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。Erb等首次將BaZrO3制成坩堝并用于制備釔鋇銅氧(YBCO)單晶體。結(jié)果表明，這種新型坩堝性能優(yōu)異，在高溫環(huán)境下具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，對(duì)高活性熔體具有良好的抗腐蝕能力。張釗等利用冷等靜壓成形技術(shù)結(jié)合固相燒結(jié)技術(shù)制備了致密度可達(dá)97%的BaZrO3坩堝，并在真空條件下熔煉了TiNi合金，發(fā)現(xiàn)BaZrO3坩堝與TiNi合金熔體潤(rùn)濕性較差，說(shuō)明其抗侵蝕性能較高。賀進(jìn)等以自合成的BaZrO3粉體為原料制備了BaZrO3坩堝，并將其用于TiAl合金的真空感應(yīng)熔煉，發(fā)現(xiàn)BaZrO3坩堝對(duì)TiAl合金熔體具有良好的化學(xué)惰性。李重河等分別用CaZrO3、SrZrO3、BaZrO33種新型復(fù)合氧化物制備的坩堝熔煉TiNi合金，發(fā)現(xiàn)BaZrO3對(duì)于TiNi合金熔體具有最高的化學(xué)穩(wěn)定性。Erb等指出，將BaZrO3用于高溫超導(dǎo)材料熔煉時(shí)，熔煉效果主要取決于以下2個(gè)方面：①BaZrO3粉料要有足夠高的純度，以減少雜質(zhì)對(duì)熔體的污染;②成品坩堝要有足夠高的致密度(≥97%)，以防止熔體對(duì)坩堝的浸蝕。

上述研究表明，BaZrO3可用于TiNi、TiAl、TiFe等合金的熔煉，并且相較于CaO，具有較好的抗水化性能;相較于ZrO3,具有較小的熱膨脹系數(shù)及較好的耐火性;相較于Y2O3，價(jià)格更為低廉。考慮到鋯合金與鈦合金活性上的相似性，期望BaZrO3在鋯合金熔煉方面的應(yīng)用有很好的前景。