真空冶金

自冶金工業建立和發展以來，人 們就不斷探索各種工藝方法，以圖減少大氣環境和雜質對金屬材料冶煉的影響，但一直無法從根本上解決這一難題，直到真空冶煉技術的出現，才使冶金技術有了根本性的突破。早在 1867年世界上就頒佈了第一篇真空冶金的專利文獻。1917年建立了第一台真空感應爐，進行小型的試驗研究。

20世紀20～40年代，隨着對材料的要求日益提高，真空冶金逐步得到發展，1923年德國開始用真空感應爐熔鍊鎳基合金，1938年德國博丘姆·維爾恩(Bochum Veren) 鋼廠開始在工業生產中進行液鋼的真空脱氣。到20世紀50～60年代，真空冶金開始用於有色金屬的還原、有色金屬及其合金的精煉、熔鑄，以及某些冶金中間產品的分離，成為現代冶金的重要領域，涉及到冶金的各個方面。

真空冶金是在低於或遠低於常壓下進行金屬及合金的冶煉和加工的冶金方法。真空對冶金過程的重要作用主要是：(1)為有氣態生成物的冶金反應創造有利的化學熱力學和動力學條件，從而使某些在常壓下難以進行的冶金過程在真空條件下得以實現；(2)降低氣體雜質及易揮發性雜質在金屬中的溶解度，相應地降低其在金屬中的含量；(3)降低金屬或雜質揮發所需温度，並提高金屬與雜質間的分離係數(見真空精煉)；(4)減輕或避免金屬或其他反應劑與空氣的作用，避免氣相雜質對金屬或合金的污染。真空冶金主要用於真空分離、真空還原、真空精煉、真空熔鑄、熱處理、真空鍍膜等。 ^[2] 

主要用於冶金原料及中間產品的分離。在真空條件下加熱冶金原料或中間產品，利用其中各組分在一定温度下的蒸氣壓不同選擇性揮發和冷凝某種(某些)組分，達到彼此分離的目的。例如含汞約1%的硫化銻汞精礦，由於HgS的蒸氣壓比Sb₂S₃大4個數量級，因此，可將精礦加熱到一合適温度，選擇性揮發HgS，而與Sb₂S₃分離。當用常規迴轉窯 (見焙燒)揮發時，汞的回收率僅94%～95%，而且勞動條件惡劣;而在半工業規模於593～613K、6.67kPa真空下揮發15min，汞的揮發率達99%，銻僅3%～5%被帶出。

在真空條件下還原金屬的化合物或礦石以製取金屬或合金的方法。真空在還原過程中所起的作用，除能避免還原劑和還原出的金屬被空氣氧化及氮的污染外，更重要的是對生成氣態產物(如金屬蒸氣、CO等)的冶金反應特別有利。例如金屬氧化物的碳還原時，其反應式為： (設Me為二價)

2MeO(s)+C(s)=2Me+CO₂(g)(或CO)

反應產生氣態CO₂或CO，有時還產出氣態金屬Me。根據呂查德里原理(Principle of Lechatelier)，降低生成物的分壓有利於還原反應的進行，這樣勢必在設備結構、材質、能耗等方面帶來效益。

真空還原已在有色金屬冶金中廣為應用，真空碳還原已成為生產金屬鈮的主要方法，它也是金屬礬、鉭的生產的重要方法。在真空中用硅作還原劑的真空硅熱還原法，以及在真空中用鋁作還原劑的真空鋁熱還原法生產某些低沸點金屬如鈣、鎂、鋇等，由於其工藝簡單、成本較低，而成為這些金屬的工業生產方法之 一。真空還原通常在真空電阻爐或真空感應爐中進行。

在真空條件下將金屬或合金熔鑄成化學成分及物理結構符合用户要求的緻密錠的方法。由於真空熔鑄產品含有害雜質少，結晶構造好，有良好的機械性能，因此在20世紀20年代就開始用以熔鑄某些鎳基合金；自20世紀50年代以來，隨着高温真空爐如電子束爐、等離子爐等的發展，使人們能在更高的温度和真空度的條件下工作，因而真空熔鑄便廣泛用於高温合金、特種鋼以及高熔點稀有金屬的熔鑄。真空熔鑄可在真空自耗電弧爐、電子束爐、等離子爐(和真空感應電爐內進行。

金屬、合金或化合物粉末經壓制成型後，在真空和高温條件下燒結成緻密金屬或製品的方法。在真空燒結過程中，還往往能起到脱氣提高材料純度的作用。真空燒結已不但用於從高熔點稀有金屬粉末製取高純緻密金屬，也用於製取硬質合金和某些中間產品，如鉭電容器所需的坯塊等。真空燒結通常在真空電阻爐或真空感應爐內進行。 ^[3]