På renässansmässan för några år tillbaka såg jag en smed smida metall i former. Under den här tiden kom en mycket udda fråga till mig. Jag undrade vad ugnen var gjord av. Min logik hävdade att oavsett vilken ugn som gjordes av måste ha en högre smältpunkt än de material han smälte. Detta förvandlades snabbt till ett elementärt vapenlopp vilket resulterade i en udda fråga om hur vi smälter saker som eldfasta metaller (mer specifikt den med den högsta smältpunkten) så att vi kan smälta andra saker inuti den.
Nu vet jag att (av någon märklig anledning som jag inte förstår) snabb kylning kan manipulera styrkan hos ett objekt. Finns det en liknande egenskap för att manipulera smältpunkten?
Obs: Min nuvarande bästa gissning (som kan göras för att göra vapen svårare) är att vi tar två element, smälter dem och den resulterande föreningen har en högre smältpunkt.
Kommentarer
- Nivån på positiv reaktion på detta gör att jag inte bara känner mig dum för min fråga utan ger mig en suddig känsla inuti. Tack.
- Fartyget som håller metallen inte ’ t måste vara lika heta som själva metallen om du har ett annat sätt att få energi in i metallen. Vissa eldfasta metaller kan förångas från kylda behållare genom att rikta elektronstrålar eller annan energi källor i metallen (inte för smältning i stor skala men används ofta i syntes- eller ångdeponeringsprocesser).
Svar
Volfram smälter ingångspunkten på 3422 ° C är den högsta av alla metaller och näst endast kol (3550 ° C) bland grundämnena. Det är därför volfram används i raketmunstycken och reaktorfoder. Det finns eldfasta keramer och legeringar som har högre smältpunkter, särskilt $ \ ce {Ta4HfC5} $ med en smältpunkt på 4215 ° C, hafniumkarbid vid 3900 ° C och tantalkarbid vid 3800 ° C.
Kol kan inte användas för att hålla smält volfram eftersom de reagerar för att bilda volframkarbid. Ibland fodras slevar och deglar som används för att bereda eller transportera material med hög smältpunkt som volfram med olika keramik eller legeringar med högre smältpunkt. Mer typiskt tillverkas volfram och andra eldfasta material i icke-smält tillstånd. En process som kallas pulvermetallurgi används. Denna process använder fyra grundläggande steg:
- pulverframställning – en mängd olika tekniker är tillgängliga för att generera små partiklar av materialet som bearbetas
- pulverblandning – rutinprocedurer används för att blanda de ingående partiklarna i en jämn blandning
- komprimering – det blandade pulvret placeras i en form och utsätts för högt tryck
- sintring – det komprimerade materialet utsätts för hög temperatur och viss nivå bindning sker mellan partiklar.
Kommentarer
- Material som volfram kan också formas genom elektrokemisk bearbetning (ECM) eller elektrisk urladdningsbearbetning (EDM).
- Ta4HfC5 är inte ’ tekniskt sett en legering. Det är en keramik (en blandning av tantal och hafniumkarbider). Volfram har den högsta smältpunkten för någon metall eller legering. Legeringar har vanligtvis lägre smältpunkter än de metaller som används för att bilda dem.
Svar
Tyvärr, kan ”t kommentera här, men jag ville svara mer direkt på din fråga.
Smeder undviker att smälta sina smedjor eftersom ”värmen” som kan smälta eller oxidera järn och stål faktiskt finns i en kul i mitten av kolet Faktum är att upprätthålla kolstrukturen en viktig färdighet inom smed.
För att klargöra bättre, föreställ dig en hålighet i mitten av en kolhög. Det är här temperaturerna stiger över 2000F, sedan värme reflekterar tillbaka på sig själv på grund av kolformningen till en slags eldfast kul.
Och ja, ibland faller din boll sönder, eller så har du strukturerat den dåligt – och då märker du att gjutningen järnavloppsskydd som skyddar ditt luftflödesintag har smält igenom.
Kommentarer
- Det finns ’ intressant analog till detta i modern fusio n reaktorer. Till exempel, i JET hålls en tunn plasmaring varmare än kärnan i vår sol (och faktiskt allt som är känt i vår galax) på plats med magnetisk levitation . Medan ringen i sig är tillräckligt varm för att förstöra allt material som den vidrör, tillåter den termiska strålningsavfallet (iirc på grund av Planck ’ lag och Stefan – Boltzmann-lagen) dem att använda superkyld grafit paneler för att skydda reaktorn och hålla sig väl inom 3550 ° C smältpunkt för kol.
Svar
Vi använder en leviteringsugn för att värma upp prover av eldfast keramik upp till ca $ 3000 ~ ^ \ circ \ mathrm {C} $.Det är för forskningsändamål, så proverna är små (2 mm) pärlor. Dessa balanseras på en argonstråle och värms upp med $ \ ce {CO2} $ lasrar.
Här är ett papper som talar om tekniken:
D. Langstaff, M. Gunn, G. N. Greaves, A. Marsing och F. Kargl, Rev. Sci. Instrum. ; 2013 , 84 , 124901. ( Spegel )
Svar
Man kan smälta dem flytande på en pool med hög kokpunkt tätare metall eller i rymden där de lätt kan inneslutas. Eller så kan man skapa ett tjockt aktivt kylt skal och smälta dem inuti det och smälta en del av skalet också. Slutligen är det förmodligen inte särskilt praktiskt, men man kan använda en luftstråle för att hålla sig borta från andra ämnen och sedan smälta dem med lasrar eller överhettad luft.
Svar
Det finns två alternativ till de andra svaren här, men om de kan användas i stor skala kan det ifrågasättas.
Det första är att använda en aktivt kylt kärl för att hålla metallen och en metod för att få energi in i metallen som inte är baserad på degeln. Många metallångreaktioner (används för småskalig kemiforskning) gör detta och ger tillräcklig energi för att förånga även eldfasta metaller med elektronkanoner. Se Malcolm Greens webbplats (och detta inlägg ”Syntesen av de första nollvärda föreningarna i den tidiga, eldfasta övergången metall via utvecklingen av elektronkanonmetallångsyntesexperimentet ”).
Den andra metoden är att använda induktiv uppvärmning av metallen. Detta kan ibland fungera även utan ett kärl alls eftersom en lämplig induktiv spole kommer att sväva metallklumpen och de inducerade virvelströmmarna tappar tillräckligt med energi för att smälta den. Det finns gott om youtube-videor av detta med icke-eldfasta metaller som aluminium men principen bör fortfarande fungera för högsmältande metaller.