Jak tavíte kovy se super vysokými teplotami tání?

Na renesančním veletrhu před několika lety jsem sledoval kovářskou výkovku do tvarů. Během této doby ke mně přišla velmi zvláštní otázka. Zajímalo by mě, z čeho je pec vyrobena. Moje logika konstatovala, že ať už byla pec vyrobena cokoli, musí mít vyšší bod tání než materiály, které tavil. To se rychle změnilo v elementární závody ve zbrojení, což vedlo k podivné otázce, jak roztavit látky jako žáruvzdorné kovy (konkrétněji ten s nejvyšší teplotou tání), abychom v něm mohli roztavit další věci.

Nyní vím, že (z nějakého zvláštního důvodu nerozumím) rychlé ochlazení může manipulovat se silou položky. Existuje podobná vlastnost k manipulaci s bodem tání?

Poznámka: Můj současný nejlepší odhad (jak lze udělat, aby byly zbraně těžší) je, že vezmeme dva prvky, roztavíme je a výsledná sloučenina má vyšší bod tání.

Komentáře

  • Míra pozitivní reakce na to nejenže mi nedává pocit hlouposti na moji otázku, ale uvnitř mě vyvolává fuzzy pocit. Děkuji.
  • Plavidlo, které drží kov, není ‚ Pokud máte jiný způsob, jak do kovu dostat energii, nemusí být tak horký jako samotný kov. Některé žáruvzdorné kovy lze odpařovat z chlazených nádob směrováním elektronových paprsků nebo jiné energie zdroje do kovu (ne pro tavení ve velkém měřítku, ale často se používá v procesech syntézy nebo depozice par).

Odpověď

Tavenina wolframu bod 3422 ° C je nejvyšší ze všech kovů a druhý za uhlíkem (3550 ° C) mezi prvky. Proto se wolfram používá v tryskách raket a obložení reaktorů. Existuje žáruvzdorná keramika a slitiny, které mají vyšší teploty tání, zejména $ \ ce {Ta4HfC5} $ s teplotou tání 4215 ° C, karbid hafnia při 3900 ° C a karbid tantalu při 3800 ° C.

Uhlík nelze použít k zadržení roztaveného wolframu, protože bude reagovat za vzniku karbidu wolframu. Někdy jsou pánve a kelímky používané k přípravě nebo přepravě materiálů s vysokou teplotou tání, jako je wolfram, vyloženy různými keramikami nebo slitinami s vyšší teplotou tání. Typičtěji wolfram a další žáruvzdorné materiály jsou vyráběny v neroztaveném stavu. Používá se proces známý jako prášková metalurgie . Tento proces využívá 4 základní kroky:

  • výroba prášku – k dispozici jsou různé techniky pro generování malých částic zpracovávaného materiálu
  • míchání prášku – používají se rutinní postupy smíchejte základní částice do rovnoměrné směsi
  • zhutnění – smíchaný prášek se umístí do formy a podrobí se vysokému tlaku
  • slinování – zhutněný materiál se vystaví vysoké teplotě a určité úrovni dochází k vazbě mezi částicemi.

Komentáře

  • Materiály jako wolfram lze také tvarovat elektrochemickým obráběním (ECM) nebo elektrickým výbojem (EDM).
  • Ta4HfC5 není technicky slitina. ‚ Je to keramika (směs tantalu a karbidů hafnia). Wolfram má nejvyšší teplotu tání ze všech kovů nebo slitin. Slitiny mají obvykle nižší teploty tání než kovy použité k jejich výrobě.

Odpověď

Litujeme, nemůžu komentujte zde, ale chtěl jsem vám odpovědět na vaši otázku příměji.

Kováři se vyhýbají tavení svých kováren, protože „teplo“, které může roztavit nebo oxidovat železo a ocel, je ve skutečnosti obsaženo v kouli uprostřed uhlí . Udržování „struktury“ uhlí je ve skutečnosti důležitou dovedností v kovářství.

Pro lepší objasnění si představte prohlubeň uprostřed hromady uhlí. Zde teploty stoupají kolem 2000 F, protože teplo se odráží zpět v sobě díky uhlí, které se formuje do druhu žáruvzdorné koule.

A ano, někdy se vaše koule rozpadne, nebo ji špatně strukturujete – a pak si všimnete, že odlitek železný odtokový kryt, který chrání váš přívod vzduchu, se roztavil.

Komentáře

  • Existuje ‚ zajímavé analogii k tomu v moderní fúzi n reaktorů. Například v JET je magnetická levitace držena na místě tenkého prstence plazmové žhavější než jádro našeho slunce (a vlastně všeho známého v naší galaxii). . Zatímco samotný prsten je dostatečně horký, aby zničil veškerý materiál, kterého se dotkne, pokles tepelného záření (iirc kvůli Planck ‚ zákonu a zákonu Stefana – Boltzmanna) jim umožňuje používat podchlazený grafit panely na ochranu reaktoru, které zůstávají v rozmezí teploty tání uhlíku 3550 ° C.

Odpověď

K zahřívání vzorků žáruvzdorné keramiky používáme levitující pec až do výše přibližně 3000 $ ~ ^ \ circ \ mathrm {C} $.Je to pro výzkumné účely, takže vzorky jsou malé (2 mm) korálky. Ty jsou vyváženy proudem argonu a vyhřívané lasery $ \ ce {CO2} $.

Zde je článek, který hovoří o technice:
D. Langstaff, M. Gunn, G. N. Greaves, A. Marsing a F. Kargl, Rev. Sci. Instrum. ; 2013 , 84 , 124901. ( Zrcadlo )

Odpověď

Dalo by se je roztavit plovoucí na kaluži s vysokou teplotou varu hustší kov nebo v prostoru, kde mohou být snadno obsaženy. Nebo by bylo možné vytvořit tlustou aktivně chlazenou skořápku a roztavit je uvnitř, čímž by se také roztavila část skořápky. Nakonec to pravděpodobně není příliš praktické, ale dalo by se použít vzduchový paprsek, aby se udržel zavěšený mimo jinou hmotu a pak je roztavil pomocí laserů nebo přehřátého vzduchu.

Odpověď

Zde existují dvě alternativy k dalším odpovědím, ale otázka, zda mohou být použity ve velkém měřítku, je otázkou.

První je použít aktivně chlazená nádoba, která drží kov, a metoda získávání energie do kovu, která není založena na teple kelímku. Mnoho reakcí kov-pára (používaných pro chemický výzkum v malém měřítku) to dělá a poskytuje dostatečné množství energie k odpařování i žáruvzdorných kovů pomocí elektronových zbraní. Viz stránky Malcolma Greena (a tato položka „Syntéza prvních zerovalentních sloučenin raného žáruvzdorného přechodu“ kov prostřednictvím vývoje experimentu syntézy kovových par s elektronovým dělem „).

Další metodou je použití indukčního ohřevu kovu. To někdy může fungovat i bez cévy, protože vhodná indukční cívka bude levitovat hrudku kovu a indukované vířivé proudy do ní vysypou dostatek energie, aby ji roztavily. Existuje spousta videí na YouTube , která obsahují nehořlavé kovy, jako je hliník, ale u kovů s vysokou teplotou tání by tento princip měl i nadále fungovat.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *