航空发动机生产被视为国家战略性产业,而镍基高温合金是航空发动机的重要保障。为了保证航空发动机的可靠性,国内外对高温合金中气体和杂质含量都有严格的要求。但在杂质控制水平方面,我国与国际水平仍有较大差距。因此,提高镍基合金的高温冶金质量具有重要意义。真空感应熔炼是生产高温合金的基本方法。目前广泛使用的MgO和Al₂O₃坩埚耐火材料,存在高温合金熔体与坩埚耐火材料的反应,污染了合金熔体,从而影响母合金的纯净度,降低合金的使用性能。从高温合金纯净化熔炼角度考虑,本文旨在研发适用于镍基高温合金熔炼的氧化锆耐火材料,以减小耐火材料对合金质量的影响。经过文献调研,氧化镁部分稳定氧化锆（MgO-PSZ）材料具有潜在的应用前景。本研究涉及MgO-PSZ的成型与烧结工艺和掺杂不同MgO含量的MgO-PSZ的性能的评价,并从高温热模拟侵蚀实验和真空感应熔炼实验两个角度研究了MgO-PSZ作为高温合金熔炼用耐火材料的可行性。实验过程中提出MgO-PSZ的侵蚀机理。同时针对侵蚀机理提出Al₂O₃掺杂改进MgO-PSZ耐侵蚀性的解决措施,并探讨了Al₂O₃掺杂改进MgO-PSZ耐侵蚀性的机制。论文通过分析MgO-PSZ素坯热收缩和TG-DSC曲线,优化了MgO-PSZ烧结工艺。对不同MgO（2.3 wt%、2.7 wt%、3.5 wt%和4.0 wt%）掺杂量的MgOPSZ性能进行了评价,得出当MgO掺杂含量为3.5 wt%时,MgO-PSZ强度与杨氏模量的比值最大,热膨胀曲线呈线性变化,具有较好的抗热震性。通过高温热模拟侵蚀实验研究了3.5 wt%MgO-PSZ与K403镍基高温合金的界面行为。研究表明:3.5 wt%MgO-PSZ基片与K403镍基高温合金发生反应,生成Al₂O₃,而部分Al₂O₃又与基片中的MgO反应生成Mg Al2O4。3.5 wt%MgOPSZ经镍基高温合金循环侵蚀后,表面发生破损剥落。针对该问题,提出了3.5wt%MgO-PSZ的侵蚀破损机制。3.5 wt%MgO-PSZ基片侵蚀破损是由镍基高温合金熔体对3.5 wt%MgO-PSZ的化学侵蚀和热循环对3.5 wt%MgO-PSZ的热侵蚀共同导致。其中,镍基高温合金熔体对3.5 wt%MgO-PSZ的化学侵蚀是导致3.5 wt%MgO-PSZ基片侵蚀破损的主要因素,而热循环则加速基片的侵蚀破损。针对侵蚀破损机制,提出Al₂O₃掺杂改善3.5 wt%MgO-PSZ耐侵蚀性的解决途径,并评价Al₂O₃不同掺杂含量对3.5 wt%MgO-PSZ耐侵蚀性的改善效果。当基片中Al₂O₃的掺杂量为0.8 wt%时,其循环使用次数由3次提高至8次,材料的耐侵蚀性达到最佳。同时探讨Al₂O₃掺杂改善3.5 wt%MgO-PSZ耐侵蚀性机制。从化学侵蚀角度,Al₂O₃掺杂剂与3.5 wt%MgO-PSZ中的MgO在基体中生成Mg Al2O4,提高了MgO在3.5 wt%MgO-PSZ基体中的稳定性,使得基片中MgO向界面扩散减慢,从而减缓了界面产物Al₂O₃与3.5 wt%MgO-PSZ中MgO的反应,即减小了化学反应对基片的侵蚀,改善了基片的耐侵蚀性。从热循环角度,掺杂适量Al₂O₃有助于提高MgO-PSZ的热循环稳定性。这两方面因素共同作用改善了MgO-PSZ耐镍基高温合金侵蚀性能。采用掺杂0.8 wt%Al₂O₃的3.5 wt%MgO-PSZ坩埚材料真空感应熔炼实验镍基高合金,验证实际冶炼过程中坩埚耐火材料对镍基高温合金氧含量的影响。结果表明掺杂0.8 wt%Al₂O₃的3.5 wt%MgO-PSZ展现了更好的化学稳定性,基本没有向合金液供氧。该现象与热力学分析结果相一致。综合上述分析,作为熔炼镍基高温合金的耐火材料,掺杂0.8 wt%Al₂O₃的3.5 wt%MgO-PSZ材料具有较好的耐侵蚀性和热循环稳定性,展现了潜在的应用前景。