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上千度的铁水都不能将其熔化,坩埚是用什么做的?

文章出处:本站 人气:147 发表时间:2023-08-15

        说到坩埚你会想到什么,有的小伙伴会想到美食吧,但是此坩埚非彼干锅,这种在实验室或者工业生产中使用的坩埚,给我们的印象就是坚硬,耐高温,其实有种地形也被称为坩埚。

这种地形有的形成于遥远的白垩纪恐龙时代,火山岩浆喷发后在地下形成了空洞,最后造成地面大幅度的塌陷,火山灰和浮石大范围的飘落堆积,然后火山口内厚积的火山灰被压缩,溶结,形成岩石,岩浆深层地下也会冷凝固化。

        这种在漫长的岁月中,因受侵蚀,形成的火山性陷落结构叫锅状盆地,这种地形也是受高温烧烤以及外形都与使用的坩埚非常的像,所以这种地形也被称为坩埚。

坩埚是用以熔化及熔炼金属液体,或者物质化学反应的一种耐火容器,一般形状就好像捣蒜用的罐子,它是上面大下面小基本上算一个圆柱体,通过对坩埚加热就能熔化或者提炼出一些需要的物质,也是通过加温让一些物质起化学反应的重要工具。

        坩埚是用一些耐火性材料如黏土,瓷土以及石英,或者一些较难熔化的金属做成的器皿或者熔化罐,坩埚能耐高温,通过熔化腐蚀物体的性质不同可选用不同材料的坩埚。

坩埚的发展历史

        一直觉得坩埚这个词很奇怪,这个名字是什么时候出现的,古代人们又是怎么来熔炼金属的。

        铜是最早使用的金属,其原因是更容易获取,人们用木柴(后来开始使用一些木炭)烧铜矿石就能提炼出铜的来,这也需要一个熔炉,当时的办法简单粗暴,就是在地上挖一个坑就开始炼铜。

        后来开始用泥土做一些中空的土球,等其风干以后放入铜矿石粉就丢入火中烧,最后倒出熔化的铜水,这也是最早的坩埚。

        随着技术的发展人们开始使用一整套熔炼工具,如坩埚和风箱以及风管组合使用熔炼金属,这样的生产效率也更高。

        明朝的《天工开物·五金》有这样的描述“高炉火中,坩埚足炼”这也是最早有记载出现坩埚的词。

石墨坩埚

        而到了现代随着各种金属和化学品的种类增多,出现了各种坩埚,按照材料的不同主要有铸铁坩埚,铂坩埚,石英坩埚,陶瓷坩埚,石墨坩埚等,有熔炼金属的坩埚也有用于化学反应的坩埚。

        在这些坩埚中最好奇的还是石墨坩埚,因为石墨这种原料比较质软,还有就是石墨多做一些科技产品,而坩埚给人的感觉就是大而简单的一个容器,那石墨坩埚到底又有什么不一样。

        石墨坩埚是以天然石墨为主要材料,以能耐高温的黏土为粘合剂,还要加入沥青和焦油等原料,主要用于冶炼特种合金及熔化有色金属。

        石墨坩埚主要材料是石墨,所以它有着石墨的很多优点和特性,如能够承受1200--1600摄氏度的高温,传热性能非常强这就能有效降低熔化时间,降低能耗提高效率。

        石墨坩埚的化学性能比较稳定,这个特点就让其在熔炼过程中不会与金属溶液发生反应;还有石墨坩埚的内外壁都非常的光滑,这就不会在表面留下金属溶液和残渣,所以你即便在石墨坩埚上倒上水,表面都不会沾到任何一滴水。

        但石墨坩埚也有一些问题要解决,如石墨如果遇到高温后就会发生氧化反应,这种反应就会让结构中的气孔增多,最后造成结构疏松塌陷,而石墨坩埚为了防止石墨的氧化反应,就需要在石墨坩埚表面涂上抗氧化涂料,遇到高温时这种涂料就能渗入到石墨坩埚气孔中,防止发生化学反应,这样不仅能让石墨坩埚抵御高温还能延长其使用寿命。

为什么坩埚不会熔化

        钢材是现代社会不可或缺的材料,遍及我们生活的方方面面,我们经常看到在炼钢厂中,通过一个金属一样的容器来盛装已经熔化的钢水,然后倒入模型中冷却后就成型了,但同样是金属,装钢水的这个容器为什么就不会被熔化呢?

        其实这种金属容器是由多层结构组成的,最里面的这一层叫绝缘层,也叫隔热层,此外第二层还有隔温层,这层是将很多种耐高温的材料合在一起做成耐高温合金,比如铝镁层,而最外面的一层才是我们看到的那种普通金属层。

        钢水温度经过里面的一层层削弱之后,到了最外面的一层后温度就只有三百多度了,远低于金属熔化的温度,自然也就不会熔化了。

        而这种金属容器最里面的那种隔热层就是用的坩埚,它是由石英砂等材料做成的,它能承受达到1700摄氏度都不会熔化,对于那些普通的金属来说熔化温度也才一千多度,钢的熔点也就1500摄氏度左右,因此坩埚是不会发生熔化的。

        还有就是在溶解或者盛装金属溶液之前,也需要选择好坩埚的材质,就能避免金属溶液将坩埚熔化,其实金属溶液也会在坩埚内与其发生反应和受到高温烧灼,这些反应和烧灼会让坩埚不断受到侵蚀,坩埚壁的厚度会逐渐变薄,直到最后报废。

        而到了现代随着炼钢技术的不断进步,对于坩埚的要求越来越高,它除了要能够满足最基本的盛装铁水之外,它还要承受着在装的过程中铁水的进一步脱氧及合金的作用。

        我们看到的坩埚是能承受高温又大还很笨重,表面还沾满了各种物质残渣的容器,但是坩埚是整个金属的熔炼,和一些物质加热后的化学反应过程中不可或缺的重要容器。