Frage:
Wie schmilzt man Metalle mit super hohen Schmelzpunkten?
Griffin
2014-09-23 19:16:59 UTC
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Auf der Renaissance-Messe vor ein paar Jahren beobachtete ich, wie ein Schmied Metall in Formen schmiedete. Während dieser Zeit kam mir eine sehr merkwürdige Frage. Ich fragte mich, woraus der Ofen bestand. Meine Logik besagte, dass alles, woraus der Ofen bestand, einen höheren Schmelzpunkt haben muss als die Materialien, die er schmolz. Dies wurde schnell zu einem elementaren Wettrüsten, was zu einer merkwürdigen Frage führte, wie wir Dinge wie feuerfeste Metalle (insbesondere das mit dem höchsten Schmelzpunkt) schmelzen, damit wir andere Dinge darin schmelzen können.

Jetzt weiß ich, dass (aus irgendeinem Grund, den ich nicht verstehe) eine schnelle Abkühlung die Stärke eines Gegenstands beeinflussen kann. Gibt es eine ähnliche Eigenschaft, um den Schmelzpunkt zu manipulieren?

Hinweis: Meine derzeit beste Vermutung (wie man es tun kann, um Waffen schwerer zu machen) ist, dass wir zwei Elemente nehmen, sie schmelzen und die resultierende Verbindung einen höheren Schmelzpunkt hat.

Die positive Reaktion darauf macht mich nicht nur nicht dumm für meine Frage, sondern gibt mir auch ein verschwommenes Gefühl im Inneren. Vielen Dank.
Das Gefäß mit dem Metall muss nicht so heiß sein wie das Metall selbst, wenn Sie eine andere Möglichkeit haben, Energie in das Metall zu bringen. Einige feuerfeste Metalle können aus gekühlten Behältern verdampft werden, indem Elektronenstrahlen oder andere Energiequellen in das Metall geleitet werden (nicht zum Schmelzen in großem Maßstab, sondern häufig bei Synthese- oder Aufdampfprozessen verwendet).
Fünf antworten:
ron
2014-09-23 22:32:54 UTC
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Der Wolframschmelzpunkt von 3422 ° C ist der höchste aller Metalle und nach Kohlenstoff (3550 ° C) der zweitwichtigste unter den Elementen. Aus diesem Grund wird Wolfram in Raketendüsen und Reaktorauskleidungen verwendet. Es gibt feuerfeste Keramiken und Legierungen mit höheren Schmelzpunkten, insbesondere $ \ ce {Ta4HfC5} $ mit einem Schmelzpunkt von 4215 ° C, Hafniumcarbid bei 3900 ° C und Tantalcarbid bei 3800 ° C.

Kohlenstoff kann nicht verwendet werden, um geschmolzenes Wolfram zu halten, da sie unter Bildung von Wolframcarbid reagieren. Manchmal werden Pfannen und Tiegel, die zur Herstellung oder zum Transport von Materialien mit hohem Schmelzpunkt wie Wolfram verwendet werden, mit den verschiedenen höher schmelzenden Keramiken oder Legierungen ausgekleidet. Typischerweise werden Wolfram und andere feuerfeste Materialien in einem nicht geschmolzenen Zustand hergestellt. Ein als Pulvermetallurgie bekanntes Verfahren wird angewendet. Dieser Prozess verwendet 4 grundlegende Schritte:

  • Pulverherstellung - Es stehen verschiedene Techniken zur Verfügung, um kleine Partikel des zu bearbeitenden Materials zu erzeugen.
  • Pulvermischen - Routineverfahren werden verwendet Mischen Sie die Bestandteile der Bestandteile zu einer gleichmäßigen Mischung.
  • Verdichten - das gemischte Pulver wird in eine Form gegeben und einem Hochdrucksintern ausgesetzt - das verdichtete Material wird einer hohen Temperatur und einem gewissen Grad ausgesetzt der Bindung tritt zwischen Partikeln auf.
Materialien wie Wolfram können auch durch elektrochemische Bearbeitung (ECM) oder Funkenerosion (EDM) geformt werden.
Ta4HfC5 ist technisch gesehen keine Legierung. Es ist eine Keramik (eine Mischung aus Tantal und Hafniumcarbiden). Wolfram hat den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle oder Legierungen. Legierungen haben typischerweise niedrigere Schmelzpunkte als die Metalle, aus denen sie gebildet werden.
WannabeCoder
2014-09-24 00:00:31 UTC
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Entschuldigung, ich kann hier keinen Kommentar abgeben, aber ich wollte Ihre Frage direkter beantworten.

Schmiede vermeiden das Schmelzen ihrer Schmieden, da die "Hitze", die Eisen und Stahl schmelzen oder oxidieren kann, tatsächlich enthalten ist eine Kugel in der Mitte der Kohle. Tatsächlich ist die Aufrechterhaltung der "Struktur" der Kohle eine wichtige Fähigkeit in der Schmiedekunst.

Stellen Sie sich zur besseren Klärung eine Mulde in der Mitte eines Kohlenhaufens vor. Hier steigen die Temperaturen über 2000 ° F an, da die Wärme aufgrund der Formung der Kohle zu einer Art feuerfesten Kugel in sich selbst zurückreflektiert wird.

Und ja, manchmal fällt Ihre Kugel auseinander, oder Sie haben schlecht strukturiert - und dann bemerken Sie, dass die Abflussabdeckung aus Gusseisen, die Ihren Lufteinlass schützt, durchgeschmolzen ist.

In modernen Fusionsreaktoren gibt es ein interessantes Analogon dazu. Zum Beispiel wird in [JET] (https://en.wikipedia.org/wiki/Joint_European_Torus) ein dünner Plasma-Ring, der heißer als der Kern unserer Sonne (und in der Tat alles, was in unserer Galaxie bekannt ist), durch Magnet an Ort und Stelle gehalten Levitation. Während der Ring selbst heiß genug ist, um jegliches Material zu zerstören, das er berührt, können sie aufgrund des Abfalls der Wärmestrahlung (aufgrund des Planckschen Gesetzes und des Stefan-Boltzmann-Gesetzes) unterkühlte Graphitplatten verwenden, um den Reaktor zu schützen, und dabei gut innerhalb der 3550 ° C bleiben Schmelzpunkt von Kohlenstoff.
Dave Langstaff
2015-03-23 14:44:23 UTC
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Wir verwenden einen Schwebeofen, um Proben feuerfester Keramik auf ca. $ 3000 ~ ^ \ circ \ mathrm {C} $ zu erhitzen. Es ist zu Forschungszwecken, daher sind die Proben kleine (2 mm) Perlen. Diese werden auf einem Argonstrahl ausgeglichen und mit $ \ ce {CO2} $ -Lasern erhitzt.

Hier ist ein Artikel, der über die Technik spricht:
D. Langstaff, M. Gunn, G.N. Greaves, A. Marsing und F. Kargl, Rev. Sci. Instrum. ; 2013 , 84 , 124901. ( Spiegel)

Peter Smythe
2015-03-15 01:19:26 UTC
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Man könnte sie auf einem Pool aus dichtem Metall mit hohem Siedepunkt oder in einem Raum schmelzen lassen, in dem sie leicht enthalten sein können. Oder man könnte eine dicke, aktiv gekühlte Schale erzeugen und sie darin schmelzen, wobei auch ein Teil der Schale schmilzt. Schließlich ist es wahrscheinlich nicht sehr praktisch, aber man könnte einen Luftstrahl verwenden, um ihn von anderen Stoffen fernzuhalten und sie dann mit Lasern oder überhitzter Luft zu schmelzen.

matt_black
2016-05-27 01:29:24 UTC
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Hier gibt es zwei Alternativen zu den anderen Antworten. Ob sie jedoch in großem Maßstab verwendet werden können, ist fraglich.

Die erste besteht darin, ein aktiv gekühltes zu verwenden Gefäß zum Halten des Metalls und eine Methode, um Energie in das Metall zu bringen, die nicht auf der Wärme des Tiegels basiert. Viele Metall-Dampf-Reaktionen (die für die Chemieforschung im kleinen Maßstab verwendet werden) tun dies und liefern ausreichend Energie, um selbst feuerfeste Metalle mit Elektronenkanonen zu verdampfen. Siehe Malcolm Green's Site (und diesen Eintrag "Die Synthese der ersten nullwertigen Verbindungen des frühen feuerfesten Übergangsmetalls über die Entwicklung des Experiments zur Elektronendampf-Metalldampfsynthese").

Die andere Methode ist die induktive Erwärmung des Metalls. Dies kann manchmal sogar ohne Gefäß funktionieren, da eine geeignete Induktionsspule den Metallklumpen schwebt und die induzierten Wirbelströme genug Energie in das Gefäß leiten, um es zu schmelzen. Es gibt viele Youtube-Videos davon mit nicht feuerfesten Metallen wie Aluminium, aber das Prinzip sollte immer noch für hochschmelzende Metalle funktionieren.



Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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