À la foire de la Renaissance, il y a quelques années, je regardais un forgeron forger du métal en formes. Pendant ce temps, une question très étrange mest venue. Je me demandais de quoi était fait le four. Ma logique affirmait que quel que soit le matériau dont était fait le four, il devait avoir un point de fusion plus élevé que les matériaux quil fondait. Cela sest rapidement transformé en une course aux armements élémentaires résultant en une étrange question de savoir comment faire fondre des matières comme les métaux réfractaires (plus précisément celui qui a le point de fusion le plus élevé) afin que nous puissions faire fondre dautres choses à lintérieur.
Maintenant, je sais que (pour une raison étrange, je ne comprends pas) le refroidissement rapide peut manipuler la force dun objet. Existe-t-il une propriété similaire pour manipuler le point de fusion?
Remarque: Ma meilleure hypothèse actuelle (comme cela peut être fait pour rendre les armes plus dures) est que nous prenons deux éléments, les faisons fondre, et le composé résultant a un point de fusion plus élevé.
Commentaires
- Le niveau de réaction positive à cela ne me fait pas seulement me sentir stupide pour ma question, mais me donne une impression floue à lintérieur. Merci.
- Le récipient contenant le métal ne ‘ t doit être aussi chaud que le métal lui-même si vous avez une autre façon de faire entrer de lénergie dans le métal. Certains métaux réfractaires peuvent être vaporisés à partir de conteneurs refroidis en dirigeant des faisceaux délectrons ou une autre énergie sources dans le métal (pas pour la fusion à grande échelle mais souvent utilisé dans les processus de synthèse ou de dépôt en phase vapeur).
Réponse
fonte de tungstène Le point dingénierie de 3422 ° C est le plus élevé de tous les métaux et juste derrière le carbone (3550 ° C) parmi les éléments. Cest pourquoi le tungstène est utilisé dans les buses de fusée et les revêtements de réacteur. Il existe des céramiques et alliages réfractaires qui ont des points de fusion plus élevés, notamment $ \ ce {Ta4HfC5} $ avec un point de fusion de 4215 ° C, le carbure dhafnium à 3900 ° C et le carbure de tantale à 3800 ° C.
Le carbone ne peut pas être utilisé pour contenir du tungstène fondu car ils réagiront pour former du carbure de tungstène. Parfois, les poches et les creusets utilisés pour préparer ou transporter des matériaux à point de fusion élevé comme le tungstène sont garnis de diverses céramiques ou alliages à point de fusion plus élevé. Plus généralement, le tungstène et dautres matériaux réfractaires sont fabriqués à létat non fondu. Un processus connu sous le nom de métallurgie des poudres est utilisé. Ce processus utilise 4 étapes de base:
- Fabrication de poudre – une variété de techniques sont disponibles pour générer de petites particules du matériau à travailler
- mélange de poudre – des procédures de routine sont utilisées pour mélanger les particules constituantes en un mélange uniforme
- compactage – la poudre mélangée est placée dans un moule et soumise à un frittage à haute pression
- – le matériau compacté est soumis à une température élevée et à un certain niveau de liaison se produit entre les particules.
Commentaires
- Les matériaux comme le tungstène peuvent également être façonnés par usinage électrochimique (ECM) ou par électroérosion (EDM).
- Ta4HfC5 nest pas ‘ techniquement un alliage. Cest une céramique (un mélange de carbures de tantale et dhafnium). Le tungstène a le point de fusion le plus élevé de tous les métaux ou alliages. Les alliages ont généralement des points de fusion inférieurs à ceux des métaux utilisés pour les former.
Réponse
Désolé, « t commentaire ici, mais je voulais répondre plus directement à votre question.
Les forgerons évitent de faire fondre leurs forges car la « chaleur » qui peut fondre ou oxyder le fer et lacier est en fait contenue dans une boule au centre du charbon . En fait, maintenir la «structure» du charbon est une compétence importante en forge.
Pour mieux clarifier, imaginez un creux au centre dun tas de charbon. Cest là que les températures dépassent 2000F, depuis le la chaleur se réfléchit sur elle-même en raison du moulage du charbon en une sorte de boule réfractaire.
Et oui, parfois votre balle tombe en morceaux, ou vous lavez mal structurée – et vous remarquez que le plâtre le couvercle de vidange en fer qui protège votre entrée dair a fondu.
Commentaires
- Il y a ‘ un analogue intéressant à cela dans le fusio moderne n réacteurs. Par exemple, dans JET , un mince anneau de plasma plus chaud que le noyau de notre soleil (et en fait tout ce qui est connu dans notre galaxie) est maintenu en place par lévitation magnétique . Alors que lanneau lui-même est suffisamment chaud pour détruire tout matériau quil touche, la diminution du rayonnement thermique (iirc due à la loi de Planck ‘ et à la loi de Stefan-Boltzmann) leur permet dutiliser du graphite surfondu panneaux pour protéger le réacteur, en respectant bien le point de fusion du carbone de 3550 ° C.
Réponse
Nous utilisons un four à lévitation pour chauffer des échantillons de céramiques réfractaires jusquà environ 3000 $ ~ ^ \ circ \ mathrm {C} $.Cest à des fins de recherche, donc les échantillons sont de petites perles (2 mm). Ceux-ci sont équilibrés sur un jet dargon et chauffés avec des lasers $ \ ce {CO2} $.
Voici un article qui parle de la technique:
D. Langstaff, M. Gunn, G. N. Greaves, A. Marsing et F. Kargl, Rev. Sci. Instrum. ; 2013 , 84 , 124901. ( Miroir )
Réponse
On pourrait les faire fondre en flottant sur une piscine à point débullition élevé métal plus dense, ou dans un espace où ils peuvent être facilement contenus. Ou on pourrait créer une coque épaisse et refroidie activement et la faire fondre à lintérieur, fondant également une partie de la coque. Enfin, ce nest probablement pas très pratique, mais on pourrait utiliser un jet dair pour les maintenir ensuite en suspension à lécart des autres matières, puis les faire fondre avec des lasers ou de lair surchauffé.
Réponse
Il y a deux alternatives aux autres réponses ici, même si elles peuvent être utilisées à grande échelle est ouverte à la question.
La première consiste à utiliser un Récipient refroidi activement pour contenir le métal et méthode pour obtenir de lénergie dans le métal non basée sur la chaleur du creuset. De nombreuses réactions métal-vapeur (utilisées pour la recherche en chimie à petite échelle) le font et fournissent suffisamment énergie pour vaporiser même les métaux réfractaires à laide de canons à électrons. Voir site de Malcolm Green (et cette entrée « La synthèse des premiers composés zérovalents de la transition réfractaire précoce métal via le développement de lexpérience de synthèse de vapeur de métal par canon à électrons « ).
Lautre méthode consiste à utiliser le chauffage inductif du métal. Cela peut parfois fonctionner même sans récipient, car une bobine inductive appropriée lévitera le morceau de métal et les courants de Foucault induits y déverseront suffisamment dénergie pour le faire fondre. Il existe de nombreuses vidéos youtube avec des métaux non réfractaires comme laluminium, mais le principe devrait toujours fonctionner pour les métaux à point de fusion élevé.