På renessansemessen for noen år tilbake så jeg en smed smi metall i former. I løpet av denne tiden kom et veldig rart spørsmål til meg. Jeg lurte på hva ovnen var laget av. Min logikk uttalte at uansett hvilken ovn var laget av, måtte det ha et høyere smeltepunkt enn materialene han smeltet. Dette ble raskt til et elementært våpenløp, noe som resulterte i et merkelig spørsmål om hvordan vi smelter ting som ildfaste metaller (nærmere bestemt den med høyest smeltepunkt), slik at vi kan smelte andre ting inni den.
Nå vet jeg at (av en eller annen merkelig grunn jeg ikke forstår) rask avkjøling kan manipulere styrken til en gjenstand. Er det en lignende egenskap som kan manipulere smeltepunktet?
Merk: Min nåværende beste gjetning (som kan gjøres for å gjøre våpen vanskeligere) er at vi tar to elementer, smelter dem, og den resulterende forbindelsen har et høyere smeltepunkt.
Kommentarer
- Nivået på positiv reaksjon på dette gjør at jeg ikke bare føler meg dum for spørsmålet mitt, men gir meg en uklar følelse inne. Takk.
- Fartøyet som holder metallet, gjør ikke ‘ t må være så varmt som selve metallet hvis du har en annen måte å få energi inn i metallet. Noen ildfaste metaller kan fordampes fra avkjølte beholdere ved å rette elektronstråler eller annen energi kilder inn i metallet (ikke for smelting i stor skala, men ofte brukt i syntese- eller dampdeponeringsprosesser).
Svar
Wolfram smelter ingepunktet på 3422 ° C er det høyeste av alle metaller og det nest eneste karbon (3550 ° C) blant elementene. Dette er grunnen til at wolfram brukes i rakettdyser og reaktorkledninger. Det er ildfaste keramikker og legeringer som har høyere smeltepunkter, spesielt $ \ ce {Ta4HfC5} $ med et smeltepunkt på 4215 ° C, hafniumkarbid ved 3900 ° C og tantalkarbid ved 3800 ° C.
Karbon kan ikke brukes til å holde smeltet wolfram fordi de reagerer for å danne wolframkarbid. Noen ganger er øser og smeltedigler som brukes til å fremstille eller transportere materialer med høyt smeltepunkt som wolfram, foret med de forskjellige keramikkene eller legeringene med høyere smeltepunkt. Mer typisk er wolfram og andre ildfaste materialer fremstilt i ikke-smeltet tilstand. En prosess kjent som pulvermetallurgi brukes. Denne prosessen bruker fire grunnleggende trinn:
- pulverfremstilling – en rekke teknikker er tilgjengelige for å generere små partikler av materialet som blir bearbeidet
- pulverblanding – rutinemessige prosedyrer brukes til å blander bestanddelene i en jevn blanding
- komprimering – det blandede pulveret plasseres i en form og utsettes for høyt trykk
- sintring – det komprimerte materialet utsettes for høy temperatur og noe nivå av binding skjer mellom partikler.
Kommentarer
- Materialer som wolfram kan også formes ved elektrokjemisk maskinering (ECM) eller elektrisk utladning (EDM).
- Ta4HfC5 er ikke ‘ teknisk sett en legering. Det er en keramikk (en blanding av tantal og hafniumkarbider). Wolfram har det høyeste smeltepunktet for metall eller legering. Legeringer har vanligvis lavere smeltepunkter enn metallene som ble brukt til å danne dem.
Svar
Beklager, kan ikke «t kommenter her, men jeg ønsket å svare mer på spørsmålet ditt direkte.
Smeder unngår å smelte smiene sine fordi «varmen» som kan smelte eller oksidere jern og stål, faktisk er inneholdt i en kule i midten av kullet. Faktisk er det å opprettholde «struktur» av kull en viktig ferdighet innen smed.
For å avklare bedre, forestill deg en hul i midten av en kullhaug. Det er her temperaturene stiger over 2000F siden varmen reflekteres tilbake på seg selv på grunn av kullstøpingen til en slags ildfast ball.
Og ja, noen ganger faller kulen din fra hverandre, eller du har strukturert den dårlig – og så merker du at rollebesetningen avløpsdeksel som beskytter luftinntaket ditt, har smeltet gjennom.
Kommentarer
- Det ‘ er en interessant analog til dette i moderne fusio n reaktorer. For eksempel, i JET , holdes en tynn ring av plasma varmere enn kjernen i solen vår (og faktisk noe som er kjent i vår galakse) på plass ved magnetisk levitasjon . Mens selve ringen er varm nok til å ødelegge ethvert materiale den berører, tillater den termiske strålingsfallet (iirc på grunn av Planck ‘ lov og Stefan – Boltzmann-loven) dem å bruke superkjølt grafitt paneler for å beskytte reaktoren, og holder seg godt innenfor 3550 ° C smeltepunkt for karbon.
Svar
Vi bruker en leviteringsovn til å varme opp prøver av ildfast keramikk opp til ca $ 3000 ~ ^ \ circ \ mathrm {C} $.Det er for forskningsformål, så prøvene er små (2 mm) perler. Disse balanseres på en stråle argon og varmes opp med $ \ ce {CO2} $ lasere.
Her er et papir som snakker om teknikken:
D. Langstaff, M. Gunn, G. N. Greaves, A. Marsing og F. Kargl, Rev. Sci. Instrum. ; 2013 , 84 , 124901. ( Speil )
Svar
Man kan smelte dem flytende på et basseng med høyt kokepunkt tettere metall, eller i rommet der de lett kan holdes inne. Eller man kan lage et tykt aktivt avkjølt skall og smelte dem inne i det, og smelte en del av skallet også. Til slutt er det sannsynligvis ikke veldig praktisk, men man kan bruke en luftstråle for å holde den suspendert vekk fra andre ting og deretter smelte dem med lasere eller overopphetet luft.
Svar
Det er to alternativer til de andre svarene her, men om de kan brukes i stor skala er åpen for spørsmål.
Den første er å bruke en aktivt avkjølt beholder for å holde metallet og en metode for å få energi inn i metallet som ikke er basert på smeltedigens varme. Mange metaldampreaksjoner (brukt til småskala kjemiforskning) gjør dette og gir tilstrekkelig energi til å fordampe til og med ildfaste metaller ved hjelp av elektronkanoner. Se Malcolm Greens nettsted (og denne oppføringen «Syntesen av de første nullverdige forbindelsene til den tidlige, ildfaste overgangen metall via utviklingen av elektronkanonens metaldampesynteseeksperiment «).
Den andre metoden er å bruke induktiv oppvarming av metallet. Dette kan noen ganger fungere selv uten et fartøy i det hele tatt, da en passende induktiv spole vil sveve metallklumpen og de induserte virvelstrømmene vil dumpe nok energi i den til å smelte den. Det er mange youtube-videoer av dette med ikke-ildfaste metaller som aluminium, men prinsippet skal fortsatt fungere for høysmeltende metaller.