Kilka lat temu na targach renesansowych obserwowałem, jak kowal wykuwa metalowe kształty. W tym czasie przyszło mi do głowy bardzo dziwne pytanie. Zastanawiałem się, z czego zbudowany jest piec. Moja logika zakładała, że cokolwiek był wykonany piec, musi mieć wyższą temperaturę topnienia niż materiały, które topił. To szybko przekształciło się w żywiołowy wyścig zbrojeń, co spowodowało dziwne pytanie, w jaki sposób topimy materiały, takie jak metale ogniotrwałe (a dokładniej ten o najwyższej temperaturze topnienia), abyśmy mogli stopić inne rzeczy w środku.
Teraz wiem, że (z jakiegoś dziwnego powodu, którego nie rozumiem) szybkie chłodzenie może wpływać na wytrzymałość przedmiotu. Czy istnieje podobna właściwość manipulowania temperaturą topnienia?
Uwaga: Moje obecne przypuszczenie (podobnie jak można uczynić broń twardszą) jest takie, że bierzemy dwa pierwiastki, topimy je, a otrzymany związek ma wyższą temperaturę topnienia.
Komentarze
- Poziom pozytywnej reakcji na to pytanie nie tylko sprawia, że nie czuję się głupio na moje pytanie, ale także wywołuje we mnie niewyraźne uczucie. Dziękuję.
- Naczynie trzymające metal nie ' nie musi być tak gorący jak sam metal, jeśli masz inny sposób dostarczania energii do metalu. Niektóre metale ogniotrwałe można odparować z chłodzonych pojemników, kierując wiązki elektronów lub inną energię źródła do metalu (nie do topienia na dużą skalę, ale często używane w procesach syntezy lub osadzania par).
Odpowiedź
Stop wolframu Temperatura wrzenia 3422 ° C jest najwyższą ze wszystkich metali i ustępuje tylko węglowi (3550 ° C) wśród pierwiastków. Dlatego wolfram jest używany w dyszach rakietowych i wykładzinach reaktorów. Istnieją ogniotrwałe materiały ceramiczne i stopy o wyższych temperaturach topnienia, w szczególności $ \ ce {Ta4HfC5} $ o temperaturze topnienia 4215 ° C, węglik hafnu w 3900 ° C i węglik tantalu w 3800 ° C.
Węgiel nie może być używany do zatrzymywania stopionego wolframu, ponieważ będzie on reagował tworząc węglik wolframu. Czasami kadzie i tygle używane do przygotowania lub transportu materiałów o wysokiej temperaturze topnienia, takich jak wolfram, są wyłożone różnymi wysokotopliwymi ceramikami lub stopami. Bardziej typowo wolfram i inne materiały ogniotrwałe są wytwarzane w stanie niestopionym. Stosowany jest proces znany jako metalurgia proszków . Ten proces składa się z 4 podstawowych etapów:
- wytwarzanie proszku – dostępne są różne techniki generowania małych cząstek obrabianego materiału
- mieszanie proszku – rutynowe procedury są stosowane do zmieszać cząstki składowe w jednolitą mieszaninę
- zagęszczanie – wymieszany proszek umieszcza się w formie i poddaje działaniu wysokiego ciśnienia
- spiekanie – zagęszczony materiał poddaje się działaniu wysokiej temperatury i pewnego poziomu wiązań zachodzi między cząstkami.
Komentarze
- Materiały takie jak wolfram można również kształtować za pomocą obróbki elektrochemicznej (ECM) lub elektroerozyjnej (EDM).
- Ta4HfC5 nie jest ' t technicznie stopem. Jest to materiał ceramiczny (mieszanina węglików tantalu i hafnu). Wolfram ma najwyższą temperaturę topnienia spośród wszystkich metali lub stopów. Stopy zwykle mają niższą temperaturę topnienia niż metale użyte do ich wytworzenia.
Odpowiedź
Przepraszamy, nie mogę komentuj tutaj, ale chciałem bardziej bezpośrednio odpowiedzieć na twoje pytanie.
Kowale unikają topienia swoich kuźni, ponieważ „ciepło”, które może topić lub utleniać żelazo i stal, jest w rzeczywistości zawarte w kuli w środku węgla . W rzeczywistości utrzymanie „struktury” węgla jest ważną umiejętnością w kowalstwie.
Aby lepiej wyjaśnić, wyobraź sobie zagłębienie w środku stosu węgla. To tutaj temperatura wzrasta powyżej 2000F, ponieważ ciepło odbija się z powrotem w sobie, ponieważ węgiel formuje się w rodzaj ogniotrwałej kuli.
I tak, czasami twoja kula się rozpada lub źle zbudowałeś ją – i wtedy zauważysz, że odlew żelazna osłona odpływu, która chroni wlot powietrza, przetopiła się.
Komentarze
- There ' s an ciekawy odpowiednik tego w nowoczesnym fusio n reaktorów. Na przykład w JET cienki pierścień plazmy gorętszy niż jądro naszego Słońca (i właściwie wszystko, co jest znane w naszej galaktyce) jest utrzymywany na miejscu przez lewitację magnetyczną . Podczas gdy sam pierścień jest wystarczająco gorący, aby zniszczyć każdy materiał, którego dotknie, spadek promieniowania cieplnego (iirc z powodu prawa Plancka ' i prawa Stefana – Boltzmanna) pozwala im używać grafitu przechłodzonego panele chroniące reaktor, pozostając dobrze w 3550 ° temperaturze topnienia węgla.
Odpowiedź
Używamy pieca lewitującego do podgrzewania próbek ceramiki ogniotrwałej do około 3000 $ ~ ^ \ circ \ mathrm {C} $.Służy do celów badawczych, więc próbki są małymi (2 mm) koralikami. Są one równoważone strumieniem argonu i ogrzewane laserami $ \ ce {CO2} $.
Oto artykuł, który omawia tę technikę:
D. Langstaff, M. Gunn, G. N. Greaves, A. Marsing i F. Kargl, Rev. Sci. Instrum. ; 2013 , 84 , 124901. ( Lustro )
Odpowiedź
Można je stopić unosząc się na kałuży o wysokiej temperaturze wrzenia gęstszy metal lub w przestrzeni, w której można je łatwo przechowywać. Można też stworzyć grubą, aktywnie chłodzoną skorupę i stopić ją w środku, topiąc również część muszli. Wreszcie, prawdopodobnie nie jest to zbyt praktyczne, ale można by użyć strumienia powietrza, aby zawiesić je z dala od innej materii, a następnie stopić je za pomocą laserów lub przegrzanego powietrza.
Odpowiedź
Istnieją tutaj dwie alternatywy dla innych odpowiedzi, chociaż kwestia, czy można ich użyć na dużą skalę, jest kwestią sporną.
Pierwsza to użycie aktywnie chłodzone naczynie do utrzymywania metalu i metoda dostarczania energii do metalu nie oparta na cieple tygla. Wiele reakcji metal-para (stosowanych w badaniach chemicznych na małą skalę) robi to i zapewnia wystarczającą energii do odparowania nawet metali ogniotrwałych za pomocą dział elektronowych. Patrz witryna Malcolma Greena (i ten wpis „Synteza pierwszych zerowalencyjnych związków z wczesnego, ogniotrwałego przejścia metal poprzez opracowanie eksperymentu syntezy par metalu z wyrzutnią elektronową ”).
Inną metodą jest zastosowanie indukcyjnego ogrzewania metalu. Czasami może to działać nawet bez naczynia, ponieważ odpowiednia cewka indukcyjna będzie lewitować bryłę metalu, a indukowane prądy wirowe zrzucą do niej wystarczającą ilość energii, aby ją stopić. Istnieje wiele filmów na youtube z metalami nieogniotliwymi, takimi jak aluminium, ale zasada ta powinna nadal działać w przypadku metali wysokotopliwych.