På renæssancemessen for nogle år tilbage så jeg en smed smede metal i former. I løbet af denne tid kom et meget mærkeligt spørgsmål til mig. Jeg undrede mig over, hvad ovnen var lavet af. Min logik sagde, at uanset hvor ovnen var lavet, skal den have et højere smeltepunkt end de materialer, han smeltede. Dette blev hurtigt til et elementært våbenløb, hvilket resulterede i et ulige spørgsmål om, hvordan vi smelter ting som ildfaste metaller (mere specifikt det med det højeste smeltepunkt), så vi kan smelte andre ting inde i det.
Nu ved jeg, at (af en eller anden mærkelig grund forstår jeg ikke) hurtig afkøling kan manipulere styrken af en vare. Er der en lignende egenskab, der kan manipulere smeltepunktet?
Bemærk: Mit nuværende bedste gæt (som det kan gøres for at gøre våben hårdere) er, at vi tager to elementer, smelter dem, og den resulterende forbindelse har et højere smeltepunkt.
Kommentarer
- Niveauet af positiv reaktion på dette får mig ikke kun til at føle mig dum for mit spørgsmål, men giver mig en fuzzy følelse indeni. Tak.
- Skibet, der holder metallet, gør ikke ‘ t skal være så varmt som selve metallet, hvis du har en anden måde at få energi ind i metallet. Nogle ildfaste metaller kan fordampes fra afkølede beholdere ved at lede elektronstråler eller anden energi kilder i metallet (ikke til smeltning i stor skala, men ofte brugt i syntesen eller dampaflejringsprocesser).
Svar
Wolfram smelter ing punkt på 3422 ° C er det højeste af alle metaller og kun næst kulstof (3550 ° C) blandt elementerne. Dette er grunden til, at wolfram anvendes i raketdyser og reaktorforinger. Der er ildfaste keramikker og legeringer, der har højere smeltepunkter, især $ \ ce {Ta4HfC5} $ med et smeltepunkt på 4215 ° C, hafniumcarbid ved 3900 ° C og tantalcarbid ved 3800 ° C.
Kulstof kan ikke bruges til at holde smeltet wolfram, fordi de reagerer for at danne wolframcarbid. Nogle gange er slev og smeltedigler, der bruges til at forberede eller transportere materialer med højt smeltepunkt, såsom wolfram, foret med de forskellige keramikker eller legeringer med højere smeltepunkt. Mere typisk fremstilles wolfram og andre ildfaste materialer i en ikke-smeltet tilstand. En proces kendt som pulvermetallurgi anvendes. Denne proces bruger 4 grundlæggende trin:
- pulverfremstilling – en række forskellige teknikker er tilgængelige for at generere små partikler af det materiale, der bearbejdes
- pulverblanding – rutineprocedurer bruges til at bland de bestanddelte partikler til en ensartet blanding
- komprimering – det blandede pulver placeres i en form og udsættes for højt tryk
- sintring – det komprimerede materiale udsættes for høj temperatur og noget niveau af binding finder sted mellem partikler.
Kommentarer
- Materialer som wolfram kan også formes ved elektrokemisk bearbejdning (ECM) eller elektrisk udladningsbearbejdning (EDM).
- Ta4HfC5 er ikke ‘ teknisk set en legering. Det er en keramik (en blanding af tantal og hafniumcarbider). Wolfram har det højeste smeltepunkt for ethvert metal eller legering. Legeringer har typisk lavere smeltepunkter end de metaller, der blev brugt til at danne dem.
Svar
Beklager, kan ikke “t kommenter her, men jeg ville gerne svare mere direkte på dit spørgsmål.
Smedere undgår at smelte deres smede, fordi “varmen”, der kan smelte eller oxidere jern og stål, faktisk er indeholdt i en kugle i midten af kulet Faktisk er opretholdelse af kul “struktur” en vigtig færdighed i smedning.
For at klargøre bedre, forestil dig en hul i midten af en bunke kul. Det er her temperaturerne stiger over 2000F, siden varmen reflekteres tilbage i sig selv på grund af kulstøbningen til en slags ildfast kugle.
Og ja, nogle gange falder din kugle fra hinanden, eller du har struktureret den dårligt – og så bemærker du, at rollebesætningen jernafløbsdæksel, der beskytter dit luftindtag, er smeltet igennem.
Kommentarer
- Der ‘ er en interessant analog til dette i moderne fusio n reaktorer. I JET holdes for eksempel en tynd ring af plasma varmere end kernen i vores sol (og faktisk alt, hvad der er kendt i vores galakse) på plads ved magnetisk levitation . Mens selve ringen er varm nok til at ødelægge ethvert materiale, den rører ved, tillader den termiske strålingsfald (iirc på grund af Planck ‘ lov og Stefan – Boltzmann-loven) dem at bruge superkølet grafit paneler til beskyttelse af reaktoren og forbliver godt inden for 3550 ° C smeltepunkt for kulstof.
Svar
Vi bruger en svæveovn til at opvarme prøver af ildfast keramik op til ca. $ 3000 ~ ^ \ circ \ mathrm {C} $.Det er til forskningsformål, så prøverne er små (2 mm) perler. Disse afbalanceres på en stråle argon og opvarmes med $ \ ce {CO2} $ lasere.
Her er et papir, der taler om teknikken:
D. Langstaff, M. Gunn, G. N. Greaves, A. Marsing og F. Kargl, Rev. Sci. Instrum. ; 2013 , 84 , 124901. ( Spejl )
Svar
Man kunne smelte dem flydende på en pulje med højt kogepunkt tættere metal eller i rummet, hvor de let kan indeholdes. Eller man kunne skabe en tyk aktivt afkølet skal og smelte dem inde i den og også smelte en del af skallen. Endelig er det sandsynligvis ikke særlig praktisk, men man kan bruge en luftstråle til at holde sig hængende væk fra andet stof og derefter smelte dem med lasere eller overophedet luft.
Svar
Der er to alternativer til de andre svar her, selvom det er åbent for spørgsmål, om de kan bruges i stor skala.
Den første er at bruge en aktivt afkølet beholder til at holde metallet og en metode til at få energi ind i metallet, der ikke er baseret på smeltedigens varme. Mange metal-damp-reaktioner (bruges til kemisk forskning i mindre skala) gør dette og giver tilstrækkelig energi til at fordampe selv ildfaste metaller ved hjælp af elektronkanoner. Se Malcolm Greens websted (og denne post “Syntese af de første nulværdige forbindelser i den tidlige, ildfaste overgang metal via udviklingen af elektronkanonmetal-dampsynteseeksperimentet “).
Den anden metode er at anvende induktiv opvarmning af metallet. Dette kan undertiden fungere selv uden en beholder overhovedet, da en passende induktiv spole vil svæve metalklumpen, og de inducerede hvirvelstrømme vil dumpe nok energi ind i det til at smelte det. Der er masser af youtube videoer af dette med ikke-ildfaste metaller som aluminium, men princippet skal stadig fungere for højtsmeltende metaller.