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坩埚是啥材料,为何能装载上千度高温的钢水

发布时间:2024/6/3 10:41:06   
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金属是世界上最常被回收的材料,因为在不破坏材料属性的情况下,几乎没有什么比金属的可塑性更强。

回收的金属只要重新熔融,然后装上模具,就能重新投入到新的领域,不过在重塑的过程中需要用到一个工具——坩埚。

坩埚通常被设计成杯状的,它可以装载熔化的金属液体,然而一些金属液体的温度之高难以想象,坩埚又要用什么样的材料打造才能装载这些高温液体呢?

古代的熔炉

坩埚是材料制成的?

其实,从人类冶炼技术出现开始,坩埚紧随其后就有了,最初人类的冶炼技术有限,所以最早被人类冶炼的金属是熔点较低且较为普遍的青铜。

人类开始出现大量青铜制作的工具的时代,被称为青铜时代,不过在青铜时代之前,人们就已经开始使用天然铜来锻造工具了——因为铜的质地较软,塑造的技术要求低,这个被称为铜石并用时代。

青铜是红铜(含有氧)与锡或铅的合金,它的熔点只有-℃之间,所以相对来说还是比较容易利用的,因此全世界的古文明最早都是冶炼了青铜。

青铜制成的后母戊鼎

而那时候的坩埚材料其实就是泥土——用泥土做的熔炉,以及用泥土做的坩埚。

人们将收集来的铜矿放入熔炉的坩埚中加热,让这些材料变成液体并结合在一起,然后用模具做成各种各样的工具。

随着冶炼的技术的成熟,铁器便出现了,铁比铜要硬许多,其制造的器具自然更加能够提升生产效率,但是它的熔点也要高得多。

铁的熔点达到°C,而古人最早炼铁,用的熔炉也好,坩埚也罢,都和青铜时代没啥太多升级,所以最早其实只能够将铁炼软,然后通过锻造得到自己想要的工具,和前青铜时代铜的利用大致相似。

虽然最初没法将铁炼熔,但焚烧和锻造的过程已经可以将矿石中一些熔点更低的杂质去除,所以实际上已经能够符合当时人们的需求了。

打铁或锻造自然是一件低效且粗糙的工艺,要想高效得到自己想要的工具,还是要将铁熔化才行。

我这边查到的资料显示,直到西汉时期,人们才从材料层面改变了熔炉和坩埚——在熔炉和坩埚壁上涂上由木炭、石英砂、黏土等掺杂而成的黑色耐热材料。

纯黏土的材料无法忍受过高的温度,它很容易开裂,而涂了黑色耐热材料之后,更加耐高温,熔铁也成为了可能。

今天,坩埚可以有各种各样的材料制成,不同用途会有不同材料制成的坩埚,只要它比需要装载的物质更加耐热就好了。

石墨坩埚

但是木炭,石英砂,黏土制造的坩埚依然是目前最主流的材料,它们分别是石墨坩埚,石英坩埚,以及陶瓷坩埚。

碳是非常优秀的耐热材料,实际上它在常压下不会熔化,只有温度超过℃时,它直接升华,但它也有缺点,就是容易被氧化。

石墨坩埚的耐热温度能够达到℃,基本符合各种金属冶炼的需求了。

而石英的熔点也能达到℃,石英坩埚的耐热温度则能超过℃;陶瓷坩埚也一样十分优秀,耐热温度也能达到℃左右。

据说几乎每个印度金匠都用木炭做坩埚

民间有趣的“简易坩埚”

从古至今,印度人对黄金都是非常执着的,所以印度有着十分惊人的民间黄金储备量,据统计这个数字至少达到3万吨——比任何一个国家的黄金储备量都要多许多,而其中统计在案的可能只有0.22%。

由于印度惊人的民间黄金储备量,所以他们也有着发达“黑作坊”式的黄金冶炼店铺,这些店铺经常会将一些零碎的黄金一起熔化,然后将其变成更大的一块黄金,从而方便做成首饰等东西。

而他们用到的坩埚简单到难以想象,实际上只要一块木头就好了。金铺的工作人员将木头挖个洞,然后用火烤黑,再将碎末黄金放入其中并喷火,没一会儿功夫黄金就熔化并融合在一起了。

除了“木头坩埚”之外,在网上还有一个非常有趣的“土豆坩埚”,就是直接将一个新鲜土豆切对半,并在其中一面上挖个洞,然后将黄金碎末放入其中,直接淬火。

“土豆坩埚”相对于“木头坩埚”更简洁,但是它通常是一次性的,而“木头坩埚”可以一直使用很长时间。

这两种坩埚殊途同归,两者都是应用了碳的耐热性,金和银的熔点都只有℃左右,远没有达到碳的升华的温度,所以它确实可以用。

最后,坩埚看似很难寻找材料,但其实我们现实生活中都有这些材料,而且老早已经被古人利用。



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