Renessanssin messuilla muutama vuosi sitten katselin, kuinka seppä taivuttaa metallia muotoihin. Tänä aikana minulle tuli hyvin outo kysymys. Mietin, mistä uuni on tehty. Minun logiikkani totesi, että mistä tahansa uunista tehtiin, sen sulamispisteen on oltava korkeampi kuin hänen sulamillaan materiaaleilla. Tämä muuttui nopeasti alkeelliseksi asevarusteluksi, mikä johti outoon kysymykseen siitä, miten sulatetaan tavaroita, kuten tulenkestäviä metalleja (tarkemmin sanoen korkeimman sulamispisteen omaavia), jotta voimme sulattaa muita asioita sen sisällä.
Nyt tiedän, että (jostain outosta syystä en ymmärrä) nopea jäähdytys voi manipuloida esineen vahvuutta. Onko sulamispisteen manipuloimiseksi vastaavaa ominaisuutta?
Huomaa: Paras arvaukseni (kuten voidaan tehdä aseiden vaikeuttamiseksi) on, että otamme kaksi elementtiä, sulatamme ne, ja saadulla yhdisteellä on korkeampi sulamispiste.
Kommentit
- Positiivisen reaktion taso ei vain saa minut tuntemaan tyhmää kysymyksestäni, vaan antaa minulle sumean tunteen sisällä. Kiitos.
- Metallia pitävä alus ei ’ t on oltava yhtä kuuma kuin itse metalli, jos sinulla on toinen tapa saada energiaa metalliin. Jotkut tulenkestävät metallit voidaan höyrystää jäähdytetyistä astioista ohjaamalla elektronisäteitä tai muuta energiaa lähteet metalliin (ei sulattamiseen suuressa mittakaavassa, mutta käytetään usein synteesissä tai höyrykerrostuksessa).
vastaus
volframin sula 3422 ° C: n lämpötilapiste on korkein kaikista metalleista ja se on vain alkuaineiden jälkeen hiili (3550 ° C). Siksi volframia käytetään rakettisuuttimissa ja reaktorin vuorauksissa. On tulenkestäviä keramiikkoja ja seoksia, joiden sulamispisteet ovat korkeammat, erityisesti $ \ ce {Ta4HfC5} $, sulamispiste 4215 ° C, hafniumkarbidi 3900 ° C: ssa ja tantaalikarbidi 3800 ° C: ssa.
Hiiltä ei voida käyttää sulan volframin pitämiseen, koska ne reagoivat muodostaen volframikarbidia. Joskus kauhat ja upokkaat, joita käytetään korkean sulamispisteen omaavien materiaalien, kuten volframin, valmistamiseen tai kuljettamiseen, vuorataan erilaisilla korkeammalla sulavalla keramiikalla tai seoksilla. Tyypillisemmin volframi ja muut tulenkestävät materiaalit valmistetaan sulassa tilassa. Käytetään prosessia, joka tunnetaan nimellä jauhemetallurgia . Tässä prosessissa käytetään 4 perusvaihetta:
- jauhevalmistus – käytettävissä on useita tekniikoita pienten hiukkasten tuottamiseksi työstettävästä materiaalista
- jauhesekoitus – rutiinimenetelmiä käytetään sekoita ainesosat hiukkasiksi tasaiseksi seokseksi
- tiivistys – sekoitettu jauhe asetetaan muottiin ja altistetaan korkealle paineelle
- sintraus – tiivistetty materiaali altistetaan korkealle lämpötilalle ja jossain määrin sitoutuminen tapahtuu hiukkasten välillä.
kommentit
- volframin kaltaisia materiaaleja voidaan muotoilla myös sähkökemiallisen työstön (ECM) tai sähköpurkausmenetelmän avulla (EDM).
- Ta4HfC5 ei ole ’ teknisesti seos. Se on keraaminen (tantaalin ja hafniumkarbidien seos). Volframin sulamispiste on korkein metallista tai seoksesta. Seosten sulamispisteet ovat tyypillisesti alhaisemmat kuin metallien, joita niiden muodostamiseen käytetään.
Vastaus
Valitettavasti ei voi kommentoi täällä, mutta halusin vastata suoraan kysymykseesi.
Sepät välttävät takomoidensa sulattamista, koska ”lämpö”, joka voi sulattaa tai hapettaa rautaa ja terästä, sisältyy itse asiassa palloon hiilen keskellä . Itse asiassa hiilen ”rakenteen” ylläpitäminen on tärkeä sepän taito.
Selkeyttämiseksi kuvittele ontelo hiilipinoan keskelle. Täällä lämpötilat nousevat yli 2000 ° F, koska lämpö heijastuu takaisin itseensä, koska hiili muovautuu tulenkestäväksi palloksi.
Ja kyllä, joskus pallosi hajoaa tai olet rakentanut sen huonosti – ja huomaat sitten, että valettu ilmavirran imua suojaava raudan poistokansi on sulanut läpi.
Kommentit
- Siellä ’ on mielenkiintoinen analogi tälle nykyaikaisessa fusio n reaktoria. Esimerkiksi JET : ssä ohut plasmarengas, joka on kuumempi kuin auringon ydin (ja todellakin kaikki galaksissamme tunnetut), pidetään paikallaan magneettisen levitaation avulla . Vaikka rengas itsessään on tarpeeksi kuuma tuhoamaan kaikki koskettavat materiaalit, lämpösäteily putoaa (iirc Planck ’ -lain ja Stefan – Boltzmann-lain vuoksi), jotta he voivat käyttää ylijäähdytettyä grafiittia paneelit reaktorin suojaamiseksi pysymällä hyvin hiilen 3550 ° C: n sulamispisteessä.
Vastaa
Käytämme levitaatiouunia tulenkestävien keramiikkanäytteiden lämmittämiseen noin 3000 dollariin ~ ^ \ circ \ mathrm {C} $.Se on tutkimustarkoituksiin, joten näytteet ovat pieniä (2 mm) helmiä. Ne ovat tasapainossa argonsuihkulla ja lämmitetty $ \ ce {CO2} $ -lasereilla.
Tässä on artikkeli, jossa kerrotaan tekniikasta:
D. Langstaff, M.Gunn, G.N.Greaves, A.Marsing ja F.Kargl, Rev. Sci. Instrum. ; 2013 , 84 , 124901. ( Peili )
Vastaus
Ne voitaisiin sulattaa kelluvina korkealla kiehuvalla pisteellä tiheämpää metallia tai tilassa, jossa ne ovat helposti suljettavissa. Tai voitaisiin luoda paksu aktiivisesti jäähdytetty kuori ja sulattaa ne sen sisällä sulattamalla myös kuoren osa. Lopuksi, se ei todennäköisesti ole kovin käytännöllistä, mutta voidaan käyttää ilmansuihkua pitämään sitten suspendoituna poissa muista aineista ja sulattamaan ne sitten lasereilla tai ylikuumentuneella ilmalla.
Vastaa
Muille vastauksille on kaksi vaihtoehtoa, vaikka kyseenalaista on, voidaanko niitä käyttää laajamittaisesti.
Ensimmäinen on käyttää aktiivijäähdytetty astia metallin pitämiseksi ja menetelmä energian saamiseksi metalliin, joka ei perustu upokkaan lämpöön. Monet metallihöyryreaktiot (käytetään pienimuotoisessa kemian tutkimuksessa) tekevät tämän ja tarjoavat riittävästi energiaa tulenkestävien metallien höyrystämiseen elektroniaseilla. Katso Malcolm Greenin sivusto (ja tämä kohta ”Varhaisen, tulenkestävän siirtymän ensimmäisten nollaarvoisten yhdisteiden synteesi” metallia kehittämällä elektronipistoolin metallihöyrysynteesikokeita ”).
Toinen menetelmä on käyttää metallin induktiivista lämmitystä. Tämä voi joskus toimia jopa ilman astiaa ollenkaan, koska sopiva induktiivinen kela levitoi metallikappaleen ja indusoidut pyörrevirrat pudottavat siihen tarpeeksi energiaa sen sulattamiseksi. Tästä on paljon youtube-videoita , joissa on ei-tulenkestäviä metalleja, kuten alumiinia, mutta periaatteen tulisi silti toimia korkealla sulavien metallien kohdalla.