什么是“坩埚”,上千度的钢水都无法熔化它,这到底是个啥材料
如果你和我一样喜欢看一些打铁铸剑类的视频,一定见过铁匠们总会用到一个黑色的圆形的东西,用它盛放金属原料,再放入火炉中加热,就可以得到融化的金属。
这个黑色的圆形的东西就是坩埚,它最大的特点就是耐高温,因此才能用在对金属矿物的加工之中。
古代人们使用坩埚进行铜器、铁器和玻璃等物品的制作。或许你听说过青铜时代和铁器时代,这些阶段标志着人类利用坩埚熔炼金属的历史。
借助坩埚,人类得以善用金属的性质,制造出各种工具、武器、装饰品等,推动了人类文明的演进。
如今,坩埚在工业、科学和艺术领域广泛应用。举例来说,用于制造钢铁、合成化合物以及拉制单晶硅等。
钢铁是我们日常生活中常见的材料之一,是铁和碳的合金,拥有高强度和韧性。钢铁的制造过程涉及使用坩埚,将铁矿石和焦炭放入坩埚中,高温加热使其熔化,接着利用各种工业技术来调整碳的含量,最终制得不同种类的钢铁。
合成化合物也常需借助坩埚。将各种元素或物质置入坩埚中,高温加热使其熔化,接着经由化学反应或物理变化生成新物质,比如水、盐、糖等。
还有单晶硅,一种纯净的硅晶体,拥有极高的导电性和光电性,是制造电子元件和太阳能电池的主要材料。

制备单晶硅也依赖于坩埚。将多晶硅放入坩埚中,高温加热至熔化状态,然后通过控制温度和速度,从坩埚中拉出一根细长的硅棒,这便是单晶硅的制备过程。
这些例子展示了坩埚的重要性。它有助于改变物质的形态和特性,创造出多样有用的物质和产品。
坩埚烧不坏
既然坩埚是用来熔化金属的,那它自己不会被熔化吗?为什么能融化钢铁的高温也烧不坏坩埚呢?这是因为坩埚的材料选择了一些特殊的物质,它们有着很高的熔点和抗腐蚀性,能够在高温下保持稳定,不与熔融物质发生反应。
坩埚的材料种类多样,主要分为以下几种:
石墨坩埚
由结晶质的天然石墨制成,有利于加热材料,同时自己也扛得住高温,可抵抗酸碱腐蚀,适用于冶炼合金工具钢和各种有色金属及其合金。石墨的熔点高达3652℃,远高于钢铁的熔点(约1500℃)。
镍坩埚
顾名思义主要材料就是镍,如果加工材料是碱性的,就可以使用这种坩埚,但如果是酸性的或者是含硫的材料,就不可以用。镍的熔点高于钢铁的熔点,所以用来熔化金属材料也没问题。

石英坩埚
由石英制成,可在1450度以下使用,分为透明和不透明两种。透明的石英坩埚用于拉制大直径的单晶硅,是发展大规模集成电路的基础材料。
石英坩埚不能与氢氟酸接触,也不能与强碱或碱金属的碳酸盐发生反应,适用于使用K2S2O7、KHSO4等酸性物质作熔剂的样品。石英的熔点为1713℃,也高于钢铁的熔点。
瓷坩埚
以瓷土为主要原料,可耐热约1200度,适用于使用K2S2O7等酸性物质熔融样品,但不适用于使用NaOH、Na2O2、Na2CO3等碱性物质作熔剂熔融样品,也不可与氢氟酸接触。瓷的熔点为1410℃,略低于钢铁的熔点,但仍可承受一定高温。
刚玉坩埚
这种坩埚的主要材料是多孔熔融氧化铝,质地非常结实,又不会轻易熔化,通常用来盛放无水碳酸钠等弱碱性物质作熔剂熔融样品,但不适用于使用Na2O2、NaOH等强碱性物质和酸性物质作熔剂熔融样品。刚玉的熔点为2045℃,是所有坩埚材料中最高的。
这些材料的选择使坩埚能在高温下稳定运作,不仅能够承受熔融物质的高温,还能保持其完整性和性能。
制造坩埚
既然坩埚能承受如此高温,又是如何加工制作出来的呢?其实,坩埚的制作方法有很多种,主要取决于坩埚的材料和大小。
制作小容量(25kg以下)特殊耐火材料坩埚的一种方法是采用砂浆浇注成型法,适用于制作CaO、BeO、ZrO等材质的坩埚。

首先,将高纯氧化物粉料和黏合剂在球磨机中充分研磨混合,制成砂浆。这一步确保原料充分混合,为后续的坩埚制作提供均匀的材料。
将制成的砂浆注入事先制备好的石膏坩埚模型中。这一步是为了去除材料中的水分,之后才能对外观进行修整。
将干燥脱水后的坩埚坯料放入窑炉中,在1000~1200℃进行预烧。此步骤有助于增强坩埚的稳定性和耐高温性。
冷却后,进行修整加工。最后,在高温窑炉中进行高温烧结,温度通常在1700-1800℃之间。这一步使坩埚材料更加致密,确保其在极端条件下的性能。
通过这个砂浆浇注成型法,制得的坩埚具备了所需的特殊材质和性能,适用于各种高温环境下的应用。
压力成型法是用于制作容量在100kg以下的坩埚,例如石墨、镍、瓷等材质的一种方法。首先,将用于制作坩埚的砂料按不同粒度比例混合均匀。这确保了最终的坩埚坯料具备所需的材料特性。
将混合好的材料装入压力成型模具内,并施加压力使其成型。压力成型法分为简单压力成型和等静压成型两种方式。简单压力成型通过上、下压头异向加压,形成坩埚坯料。
而等静压成型则在被施压物的全部表面施加相等的压力,这样就可以最终成型。然后再将坯料中的水分除去,最终用高温烧制成为成品。
以及还有炉内成型法、砌筑法等很多种不同的方式,主要取决于坩埚的材料和大小。坩埚的制作过程都需要经过研磨、混合、成型、干燥、烧结等步骤,才能使坩埚具有高强度、高耐热性和高抗腐蚀性。
大家都在看
-
探索宇宙的奥秘:浩瀚星空藏无尽未知 本文由AI创作 抬头仰望深夜星空,漫天星辰静谧闪烁,浩瀚苍穹无边无际。渺小的我们望着这片深邃夜空,总会心生疑惑:宇宙从何处诞生,到底有多大?星河之中是否存在其他生命?无数神秘谜题,深深吸引人类不断探索追 ... 宇宙探索05-10
-
宇宙探索·暗能量之谜:推动宇宙加速膨胀的隐形力量 宇宙探索·暗能量之谜:推动宇宙加速膨胀的隐形力量一个令整个物理学界困惑的发现1998年,两个独立研究团队在观测遥远的Ia型超新星时,发现了一个令所有人震惊的事实:宇宙的膨胀速度不仅没有因为引力而减缓,反而在 ... 宇宙探索05-10
-
科学家发现“太空捷径”,探索新宇宙! 科学家意外发现"太空捷径"。星辰视频。往返火星仅需五个月,科学家意外发现"太空捷径"或颠覆传统认知。一项发表于《宇航学报》的研究揭示,通过分析近地小行星2001CA21的早期轨道数据,科学家意外找 ... 宇宙探索05-09
-
宇宙探索·星系演化:宇宙岛的百亿年传奇 星系演化:宇宙岛的百亿年传奇当你在晴朗的夜晚仰望星空,用望远镜指向仙女座方向,你会看到一团模糊的光斑——那是距离我们254万光年的仙女座星系(M31)。它和我们的银河系一样,是一个由数千亿颗恒星组成的巨大&# ... 宇宙探索05-09
-
宇宙探索·行星状星云:垂死恒星的华丽谢幕 宇宙探索·行星状星云:垂死恒星的华丽谢幕它的名字是一个美丽的历史误会。18世纪的威廉·赫歇尔用望远镜观察时,觉得这些天体圆润而朦胧,酷似他刚发现的天王星(当时称为"行星")。于是他将其命名为" ... 宇宙探索05-07
-
宇宙探索·回旋加速辐射:宇宙中的天然粒子加速器 宇宙探索·回旋加速辐射:宇宙中的天然粒子加速器当你在地球上用粒子加速器把质子加速到接近光速,需要建造长达几十公里的巨型装置。而在宇宙中,天然的"粒子加速器"遍布各处——从脉冲星的磁层到星系中心的 ... 宇宙探索05-07
-
宇宙探索·暗流宇宙:宇宙深处的神秘漂移 宇宙探索·暗流宇宙:宇宙深处的神秘漂移2008年,一组天文学家在分析WMAP卫星的宇宙微波背景辐射(CMB)数据时,发现了一个令人不安的现象:成群的星系团似乎正在以惊人的速度——每秒约1000公里——朝宇宙中同一个 ... 宇宙探索05-07
-
人类为什么要探索宇宙? 你有没有想过一个细思极恐的问题:我们用詹姆斯・韦伯望远镜能看到 135 亿光年外的星系,能拍到黑洞的照片,能把探测器送到火星和冥王星。但我们,永远也飞不出太阳系。这不是科幻小说里的悲观预言,而是基于现有物 ... 宇宙探索05-04
-
探索宇宙秘境:我国正式启动地外生命探寻工程 探索宇宙秘境:我国正式启动地外生命探寻工程2024年10月,我国发布《国家空间科学中长期发展规划(2024—2050年)》,明确将“地外生命探寻”列为核心任务,正式开启迈向宇宙深处、寻找生命踪迹的科学征程 。这是我 ... 宇宙探索04-30
-
4.2万亿个粒子构建数字虚拟宇宙 “千衍”助力天文探索 今天(23日),中国科学院国家天文台发布宇宙学模拟项目“千衍”。由中国科学家领衔的国际团队成功在超级计算机中构建出一个数字虚拟宇宙,为人类探索宇宙奥秘、研究宇宙的演化历史提供了强大的数字工具。中国科学家 ... 宇宙探索04-25
相关文章
- 4.2万亿个粒子构建数字虚拟宇宙 “千衍”助力天文探索
- 探索宇宙的意义和价值是什么
- 抬头!看!中国人探索宇宙的脚步从未停止!
- 从"太空竞赛"到"精打细算"!冷战之后为何不再疯狂探索宇宙?
- 东西方智慧终极交汇:熵即是阴阳,坤0为首探索宇宙本源
- 美UFO纪录片导演:当下正处于探索外星文明转折点,“宇宙中人类并不孤单”
- 宇宙探索·中子星:宇宙最极端的天体
- 男人独自探索宇宙竟碰到了巨大的外星生物
- 人类探索宇宙的意义何在
- 数据时代正在重新定义科研:本科生如何借助工具发现宇宙新事物?
- 人类为什么要探索宇宙
- 《宇宙探索编辑部》:科幻外壳下的教育隐喻
- 航天科技如何推动人类探索宇宙
- 全球首个地月太空港口落地中国!钱学森百年构想,成深空探索枢纽
- 别再说太空探索是烧钱!中国这波基建,直接把宇宙当工地
- 沉浸在书中的宇宙,探索无尽的星空!📖✨
- 中国第二阶梯
- 刘慈欣科幻漫画宇宙探索中心本周六开放,早鸟票已开售
- 刘慈欣科幻漫画宇宙探索中心落户通州,本周六迎客
- 提前探访,先睹为快!刘慈欣科幻漫画宇宙探索中心落户通州
热门阅读
-
预言2030年太阳将休眠,恐怖的千年极寒将来临 07-11
-
中国十大元帅之死,多高寿而善终(林彪叛逃而死) 07-11
-
因果报应真实事例,做尽坏事必遭天谴 07-11
-
这6个神奇天体有很酷的名字 06-01
-
全球人口减少可能带来的六大教训和好处 07-18
-
离太阳最近的十大恒星排名,宇宙最大十大星球 04-12
精选文章
- 创生之柱是什么?(创生之柱给予了许多恒星生命)
- 中国51区秘密基地,窃密必被抓(抓住就杀头)
- 2025年宇宙探索大爆发!月全食、火星冲日等,这些天文奇观别错过
- 中国“天宫”空间站将在2022年前后建成 呈T字型有三个舱段最多可驻留6人 ...
- 黑龙江50万年死火山苏醒, 内含15%电量的巨大岩浆囊
- 中国古代四大凶兽,四大神兽vs四大凶兽谁更强
- 新冠病患康复后,可能“精子减少或无精”
- 误会一辈子!破伤风其实是一种细菌跟生锈铁完全没关系
- 美国同步空间态势感知项目(GSSAP)军事间谍卫星多次秘密靠近俄罗斯和中国的航天器 ...
- 中国长征五号B遥一运载火箭全貌曝光 本月底在海南文昌航天发射场进行首次发射 ...
