Alcuni anni fa, alla fiera del Rinascimento, stavo guardando un fabbro forgiare il metallo in forme. Durante questo periodo mi è venuta una domanda molto strana. Mi chiedevo di cosa fosse fatta la fornace. La mia logica affermava che qualunque cosa fosse fatta la fornace doveva avere un punto di fusione più alto dei materiali che stava fondendo. Questo si è rapidamente trasformato in una corsa agli armamenti elementari che ha portato a una strana domanda su come fondere cose come i metalli refrattari (più specificamente quello con il punto di fusione più alto) in modo da poter fondere altre cose al suo interno.
Ora so che (per qualche strana ragione che non capisco) il raffreddamento rapido può manipolare la forza di un oggetto. Esiste una proprietà simile per manipolare il punto di fusione?
Nota: la mia ipotesi migliore attuale (come si può fare per rendere le armi più dure) è che prendiamo due elementi, li fondiamo e il composto risultante ha un punto di fusione più alto.
Commenti
- Il livello di reazione positiva a questo non solo mi fa sentire stupido per la mia domanda, ma mi dà una sensazione confusa dentro. Grazie.
- Il vaso che tiene il metallo non lo fa ‘ Non deve essere caldo come il metallo stesso se hai un altro modo per trasferire energia nel metallo. Alcuni metalli refrattari possono essere vaporizzati da contenitori raffreddati dirigendo fasci di elettroni o altra energia sorgenti nel metallo (non per la fusione su larga scala ma spesso utilizzato nei processi di sintesi o di deposizione di vapore).
Risposta
Fusione di tungsteno Il punto di 3422 ° C è il più alto di tutti i metalli e secondo solo al carbonio (3550 ° C) tra gli elementi. Questo è il motivo per cui il tungsteno viene utilizzato negli ugelli dei razzi e nei rivestimenti dei reattori. Esistono ceramiche e leghe refrattarie che hanno punti di fusione più elevati, in particolare $ \ ce {Ta4HfC5} $ con un punto di fusione di 4215 ° C, carburo di afnio a 3900 ° C e carburo di tantalio a 3800 ° C.
Il carbonio non può essere utilizzato per trattenere il tungsteno fuso perché reagirà per formare carburo di tungsteno. A volte mestoli e crogioli utilizzati per preparare o trasportare materiali ad alto punto di fusione come il tungsteno sono rivestiti con le varie ceramiche o leghe ad alto punto di fusione. Più tipicamente il tungsteno e altri materiali refrattari sono fabbricati in uno stato non fuso. Viene utilizzato un processo noto come metallurgia delle polveri . Questo processo utilizza 4 passaggi fondamentali:
- produzione di polveri: sono disponibili diverse tecniche per generare piccole particelle del materiale in lavorazione
- miscelazione di polveri – vengono utilizzate procedure di routine per mescolare le particelle costituenti in una miscela uniforme
- compattazione – la polvere miscelata viene posta in uno stampo e sottoposta ad alta pressione
- sinterizzazione – il materiale compattato è sottoposto ad alta temperatura e un certo livello di legame avviene tra le particelle.
Commenti
- Materiali come il tungsteno possono anche essere modellati mediante lavorazione elettrochimica (ECM) o elettroerosione (EDM).
- Ta4HfC5 non è ‘ tecnicamente una lega. È una ceramica (una miscela di carburi di tantalio e afnio). Il tungsteno ha il punto di fusione più alto di qualsiasi metallo o lega. Le leghe hanno tipicamente punti di fusione inferiori rispetto ai metalli usati per formarle.
Risposta
Spiacenti, non posso “t commento qui, ma volevo rispondere più direttamente alla tua domanda.
I fabbri evitano di fondere le loro fucine perché il “calore” che può fondere o ossidare ferro e acciaio è in realtà contenuto in una palla al centro del carbone . In effetti, mantenere la “struttura” del carbone è unabilità importante nel fabbro.
Per chiarire meglio, immagina una cavità al centro di un mucchio di carbone. Qui è dove le temperature salgono oltre 2000F, poiché il il calore si riflette su se stesso a causa del carbone che si modella in una sorta di palla refrattaria.
E sì, a volte la tua palla cade a pezzi, o lhai strutturata male – e poi noti che il cast il coperchio di scarico in ferro che protegge la presa del flusso daria si è sciolto.
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- Ecco ‘ s un interessante analogo a questo nel moderno fusio n reattori. Ad esempio, in JET , un sottile anello di plasma più caldo del nucleo del nostro sole (e in effetti qualsiasi cosa conosciuta nella nostra galassia) è tenuto in posizione dalla levitazione magnetica . Anche se lanello stesso è abbastanza caldo da distruggere qualsiasi materiale con cui tocca, la riduzione della radiazione termica (iirc dovuta alla legge di Planck ‘ e alla legge di Stefan-Boltzmann) consente loro di utilizzare grafite super raffreddata pannelli per proteggere il reattore, rimanendo ben allinterno del ° C punto di fusione del carbonio.
Risposta
Usiamo un forno levitante per riscaldare campioni di ceramica refrattaria fino a circa $ 3000 ~ ^ \ circ \ mathrm {C} $.È a scopo di ricerca, quindi i campioni sono perline piccole (2 mm). Questi sono bilanciati su un getto di argon e riscaldati con laser $ \ ce {CO2} $.
Ecco un documento che parla della tecnica:
D. Langstaff, M. Gunn, G. N. Greaves, A. Marsing e F. Kargl, Rev. Sci. Strum. ; 2013 , 84 , 124901. ( Specchio )
Risposta
Si potrebbero sciogliere galleggiando su una pozza di punto di ebollizione metallo più denso, o nello spazio dove possono essere facilmente contenuti. Oppure si potrebbe creare un guscio spesso raffreddato attivamente e fonderli al suo interno, sciogliendo anche parte del guscio. Infine, probabilmente non è molto pratico, ma si potrebbe usare un getto daria per tenerli quindi sospesi lontano da altra materia e poi scioglierli con laser o aria surriscaldata.
Risposta
Ci sono due alternative alle altre risposte qui, anche se è aperto un dubbio se possono essere utilizzate su larga scala.
La prima è usare un Recipiente raffreddato attivamente per trattenere il metallo e un metodo per immettere energia nel metallo non basato sul calore del crogiolo. Molte reazioni metallo-vapore (utilizzate per la ricerca chimica su piccola scala) lo fanno e forniscono sufficiente energia per vaporizzare anche i metalli refrattari usando cannoni elettronici. Vedi sito di Malcolm Green “ (e questa voce” La sintesi dei primi composti zerovalenti della prima transizione refrattaria metallo tramite lo sviluppo dellesperimento di sintesi del vapore metallico da cannone elettronico “).
Laltro metodo consiste nellutilizzare il riscaldamento induttivo del metallo. Questo a volte può funzionare anche senza una nave, poiché una bobina induttiva adatta farà levitare il pezzo di metallo e le correnti parassite indotte scaricheranno abbastanza energia per fonderlo. Ci sono molti video di YouTube con metalli non refrattari come lalluminio, ma il principio dovrebbe comunque funzionare per i metalli ad alto punto di fusione.