金屬熔化后的溫度一般都在幾千度以上,還被賦予了很強的塑性,可以用來制作合金和各種器物。 但是什么樣的東西可以容納那些金屬而不被“燒壞”呢?
那就是坩堝。
坩堝具備什么樣的能力才能“勝任”這份工作?
雖然,每個人家里都有一個坩堝
坩堝是一種廣泛用于加熱或固化固體材料的儀器。 在物理實驗室中,它是加熱和反應實驗材料的容器; 在制鞋廠中,它是熔化、提煉金屬液體的工具,可用于冶煉金屬、燒制陶瓷、化學反應等。
別說有多高大上,雖然,我們每個人家里都有一個“坩堝”。
如果你在網上搜索與坩堝相關的實驗,你很有可能會看到一種不可思議的坩堝——土豆坩堝。 沒錯,就是菜市場能買到的食用紅薯。 看到這一幕,更是不可思議。 剛才說了坩堝是用來冶煉金屬的。 這是否意味著日常用來做飯的紅薯也可以用來加熱和保溫數千度的金屬?
別懷疑,紅薯確實可以。
之前抖音有博主用紅薯坩堝熔化金屬,操作非常簡單。 首先,取出一個紅薯,在它前面切一個洞; 然后倒入銅絲,直接用火炬加熱。
可以看到,隨著紅薯暴露在火焰中的一面被熏黑焦化,灌入其中的銅絲也熔化了,熔化的銅絲并沒有燒穿芋頭,而是很好的放在了上面。
博主后來用紅薯坩堝熔化了一塊鋁。 鋁塊也熔化了,不過比起之前的銅塊,這次熔化的鋁水充滿了整個芋頭坩堝。
博主給紅薯坩堝開了個孔,把鋁水放進模具里,冷卻后做成了一個小錠,也證明了紅薯坩堝真的是一個可以在某些情況下使用的坩堝。
這時候從邊緣可以看到,被燒焦的紅薯坩堝表層已經脫落,變成了焦炭一樣的灰色,雖然這是坩堝能盛鋁水的“秘密”。 紅薯經過低溫灼燒,表面的水分蒸發掉,只剩下一層致密的碳層。 該碳層將不再因溫度低而發生大的反應。 說白了就是不能燃燒,所以能承受噴槍和鋁水的低溫,把鋁水牢牢的握住。
為什么坩堝不怕燒?古往今來,就有這種材料可以用來制作坩堝
人類與一起度過的歷史,實在是太久遠了。
迄今為止發現的最早的坩堝是在土耳其中部發現的一個坩堝,大約在公元前七千年左右使用。 已知最早在坩堝中冶煉鐵的地方是西歐和俄羅斯部分地區的漢墓,時間可追溯到公元前 6 世紀末至公元前 5 世紀初。
坩堝在中國的使用可以追溯到幾千年前。 如廣東喜洲鑄銅遺址出土了三種形狀的坩堝。 一種用灰陶罐或大口塑像制成,內外涂上厚厚的雜草泥。
另一種壁厚,口大,下有長尾,便于插入和倒置。 形似頭盔,又稱“將軍盔”,內嵌銅渣。
還有一種完全由草混泥條制成的壁胎。 器形碩大,內壁有燒痕,粘有銅渣。 陶胎呈黑色,外壁呈紅褐色。
可見當時我們的坩堝主要是粘土做的,不為別的,只是因為粘土變得更耐火,所以主要是用來冶煉銅的。 當時還沒有火焰噴槍,為了耐火性高,坩堝做得很厚。 如果在坩堝外用火加熱坩堝,熱效率會很低。
因此,為了提高熱效率,在冶煉鐵和銅時,先賢們會把銅和木炭一起放入坩堝,點燃后,往里面吹氣,相當于讓銅直接接觸火,從而獲得更好的冶煉療效。 這也是那些出土的坩堝內壁會有燒痕的原因。
以前的坩堝還是遵循這些“內加熱”的原理,只是在形狀和材質上會有一些變化。 形狀的改變是為了改進噴砂工藝,進而達到并保持較高的爐溫; 材料不僅是陶器,還混有沙子、石英、粘土等材料,主要目的是提高坩堝的耐低溫性能。
這些煉鋼方法代代相傳,曾使國外許多地區成為煉鋼大省。 例如,廣東就有2000多年的“坩堝煉鐵”歷史。
近代以來,坩堝的材質更加多樣化,用途也更加廣泛??。 按材質分類,主要可分為石墨坩堝、粘土坩堝和金屬坩堝三大類。
石墨坩堝是指由石墨、粘土、二氧化硅和蠟石等材料焙燒而成的一類坩堝,可耐低溫至1800℃。 此類坩堝物理性能穩定,耐腐蝕性能好,耐低溫,熱膨脹系數小。 內壁光滑,不易漏水或粘熔料,故常用于有色金屬及其合金的煉鐵。
粘土坩堝,由粘土、石墨、熟料或方解石制成,熔點3850℃,沸點4250℃,熱膨脹系數小。 主要用于堿液的蒸發、濃縮或結晶,以及固體物質的燃燒。
金屬坩堝的種類很多,如熔煉合金用的鑄鐵坩堝,耐強酸、耐腐蝕的鎳坩堝,加熱非金屬材料用的鉑金坩堝等。
還有很特別的石英坩堝。 這些坩堝近年來一直供不應求。 這是由于它們含量高、耐溫性強、尺寸大、精度高、保溫好、節能、質量穩定。 它們可以在 1450°C 的溫度下使用。 可用于拉制半導體、太陽能用大半徑單晶,也是國外發展光伏等大規模集成電路不可缺少的基礎材料。
以上坩堝的共同特點是耐低溫,它們所能承受的最低溫度也不一樣,這也解釋了它們“不怕燒”的原因。 所謂不怕燒,雖然他們工作時承受的體溫已經達到了他們所冶煉物品的熔點,而沒有達到自己的熔點,而且坩堝的導熱性也很強,這可以防止局部發熱。 坩堝的內容物熔化,坩堝不會被破壞或熔化。
例如熔點為961.78℃的銀在石墨坩堝中熔煉,溫度只要降到銀的熔點就可以達到目的,而這樣的體溫對石墨坩堝幾乎沒有影響耐溫1800°C。
之所以發明這么多材質的坩堝,是因為所要冶煉的物質熔點不同,用于不同用途時需要加熱的體溫也不同。 因此,所需的坩堝必須具有不同的耐受溫度和特性。
不燃坩堝是怎樣煉成的?
金屬器皿是在坩堝中熔化金屬制成的,那么坩堝是怎樣制成的呢? 由于沒有可以托住“熔煉坩堝”的工具,所以坩堝不是熔煉而成的。 市場上的坩堝大多是將材料加工成塑性狀態,如將固體材料粉碎成粉末,然后通過磨料壓力成型、手工成型、滾塑成型和模壓成型等方式進行化學壓力成型。
事實上,一些金屬坩堝中的金屬仍然可以通過熔化與其他材料混合,然后成型; 石英坩堝也有灌漿或澆注的方法。
看到這里,你就會發現,這坩堝可不是什么逆天的東西。 它只是一個普通的冶煉幫手,匯集了古往今來鐵匠和研究者的智慧。 就像過去的幾千年一樣,坩堝在未來。 也將繼續在煉金、??陶瓷、化工等領域大放異彩,不斷擴大“業務范圍”,帶動更多產業的發展。
最后溫馨提示:紅薯坩堝其實很有趣,但如果沒有專業經驗,還是不要輕易嘗試。 看完視頻也是一種很開心的體驗形式。