Na feira da Renascença, alguns anos atrás, eu estava assistindo um ferreiro moldar o metal em formas. Durante esse tempo, uma pergunta muito estranha veio a mim. Eu estava me perguntando do que a fornalha era feita. Minha lógica afirmava que tudo o que a fornalha foi feita deve ter um ponto de fusão mais alto do que os materiais que ele estava fundindo. Isso rapidamente se transformou em uma corrida armamentista elementar, resultando em uma estranha questão de como derretemos coisas como metais refratários (mais especificamente aquele com o ponto de fusão mais alto) para que possamos derreter outras coisas dentro dele.
Agora eu sei que (por algum motivo estranho que não entendo) o resfriamento rápido pode manipular a resistência de um item. Existe uma propriedade semelhante para manipular o ponto de fusão?
Observação: meu melhor palpite atual (como pode ser feito para tornar as armas mais difíceis) é que pegamos dois elementos, derretemo-los e o composto resultante tem um ponto de fusão mais alto.
Comentários
- O nível de reação positiva a isso não apenas me faz não me sentir estúpido com a minha pergunta, mas me dá uma sensação confusa por dentro. Obrigado.
- O recipiente que segura o metal não ‘ t precisa ser tão quente quanto o próprio metal se houver outra maneira de obter energia para o metal. Alguns metais refratários podem ser vaporizados de recipientes resfriados direcionando feixes de elétrons ou outra energia fontes no metal (não para fusão em grande escala, mas frequentemente usado em processos de síntese ou deposição de vapor).
Resposta
Derretimento do tungstênio O ponto de fusão de 3422 ° C é o mais alto de todos os metais e fica atrás apenas do carbono (3550 ° C) entre os elementos. É por isso que o tungstênio é usado em bicos de foguetes e revestimentos de reatores. Existem cerâmicas e ligas refratárias que têm pontos de fusão mais altos, notavelmente $ \ ce {Ta4HfC5} $ com um ponto de fusão de 4215 ° C, carboneto de háfnio a 3900 ° C e carboneto de tântalo a 3800 ° C.
O carbono não pode ser usado para reter o tungstênio fundido porque eles reagirão para formar o carboneto de tungstênio. Às vezes, conchas e cadinhos usados para preparar ou transportar materiais de alto ponto de fusão, como tungstênio, são revestidos com as várias cerâmicas ou ligas de ponto de fusão superior. Mais tipicamente, o tungstênio e outros materiais refratários são fabricados em um estado não fundido. Um processo conhecido como metalurgia do pó é usado. Este processo usa 4 etapas básicas:
- fabricação de pó – uma variedade de técnicas estão disponíveis para gerar pequenas partículas do material sendo trabalhado
- mistura de pó – procedimentos de rotina são usados para misture as partículas constituintes em uma mistura uniforme
- compactação – o pó misturado é colocado em um molde e submetido a alta pressão
- sinterização – o material compactado é submetido a alta temperatura e algum nível de ligação ocorre entre as partículas.
Comentários
- Materiais como tungstênio também podem ser moldados por meio de usinagem eletroquímica (ECM) ou usinagem de descarga elétrica (EDM).
- Ta4HfC5 não é ‘ t tecnicamente uma liga. É uma cerâmica (uma mistura de carboneto de tântalo e háfnio). O tungstênio tem o ponto de fusão mais alto de qualquer metal ou liga. As ligas normalmente têm pontos de fusão mais baixos do que os metais usados para formá-las.
Resposta
Desculpe, não posso comente aqui, mas gostaria de responder mais diretamente à sua pergunta.
Os ferreiros evitam derreter suas forjas porque o “calor” que pode derreter ou oxidar ferro e aço está na verdade contido em uma bola no centro do carvão . Na verdade, manter a “estrutura” do carvão é uma habilidade importante na ferraria.
Para esclarecer melhor, imagine um buraco no centro de uma pilha de carvão. É onde as temperaturas sobem além de 2.000 ° F, já que o o calor se reflete em si mesmo devido à moldagem do carvão em uma espécie de bola refratária.
E sim, às vezes sua bola se desfaz ou você a estruturou mal – e então nota que o elenco a tampa do dreno de ferro que protege a entrada do fluxo de ar derreteu.
Comentários
- Há ‘ s an análogo interessante a este no fusio moderno n reatores. Por exemplo, em JET , um fino anel de plasma mais quente que o núcleo do nosso sol (e de fato qualquer coisa conhecida em nossa galáxia) é mantido no lugar por levitação magnética . Embora o próprio anel esteja quente o suficiente para destruir qualquer material que toque, a queda da radiação térmica (iirc devido à lei de Planck ‘ e à lei de Stefan-Boltzmann) permite que eles usem grafite super-resfriada painéis para proteger o reator, mantendo-se dentro do ponto de fusão do carbono de 3550 ° C.
Resposta
Usamos um forno de levitação para aquecer amostras de cerâmica refratária até aproximadamente $ 3000 ~ ^ \ circ \ mathrm {C} $.É para fins de pesquisa, então as amostras são pequenas (2 mm) grânulos. Estes são balanceados em um jato de argônio e aquecidos com lasers $ \ ce {CO2} $.
Aqui está um artigo que fala sobre a técnica:
D. Langstaff, M. Gunn, G. N. Greaves, A. Marsing e F. Kargl, Rev. Sci. Instrum. ; 2013 , 84 , 124901. ( Espelho )
Resposta
Alguém poderia derretê-los flutuando em uma piscina de alto ponto de ebulição metal mais denso, ou no espaço onde eles podem ser facilmente contidos. Ou pode-se criar uma casca espessa resfriada ativamente e derretê-los dentro dela, derretendo parte da casca também. Finalmente, provavelmente não é muito prático, mas pode-se usar um jato de ar para mantê-los suspensos longe de outras matérias e derretê-las com lasers ou ar superaquecido.
Resposta
Existem duas alternativas para as outras respostas aqui, mas se elas podem ser usadas em grande escala é uma questão em aberto.
A primeira é usar um Vaso resfriado ativamente para conter o metal e um método de obter energia para o metal não baseado no calor do cadinho. Muitas reações de vapor de metal (usadas para pesquisas químicas em pequena escala) fazem isso e fornecem o suficiente energia para vaporizar até mesmo metais refratários usando canhões de elétrons. Consulte o site de Malcolm Green “ (e esta entrada” A síntese dos primeiros compostos zerovalentes da transição refratária inicial metal através do desenvolvimento do experimento de síntese de vapor de metal com pistola de elétrons “).
O outro método é usar o aquecimento indutivo do metal. Isso às vezes pode funcionar mesmo sem um recipiente, pois uma bobina indutiva adequada levitará o pedaço de metal e as correntes parasitas induzidas despejarão energia suficiente nele para derretê-lo. Existem muitos vídeos no youtube sobre isso com metais não refratários, como o alumínio, mas o princípio ainda deve funcionar para metais com alto ponto de fusão.