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坩埚是什么材料做的?盛放上千度铁水都没事!专家:土豆可做坩埚

文/纵观人间事

编辑/纵观人间事

前言

提起坩埚你会想到什么?

可别说是干锅土豆、干锅排骨等等美食,此坩埚可非彼干锅。

在上学时,免不了接触一门课程——化学课,总是非常期待可以在实验室做实验,看着各种颜色的试剂发生反应,但是却从来没有注意到这么一个不起眼的器材。

那就是,坩埚。

在工业上,冶炼金属的工作中坩埚是最不可或缺的器材,常常能看见几千度的铁水在这个容器里装满,翻来倒去,但是坩埚却没有丝毫损伤。

这坩埚到底什么来头?如此高温的铁水都不将其破坏。

01、坩埚的起源

别看坩埚这么小小一个,做起来还真是有些门道在里面。

先来说坩埚是由什么原料组成的

一般来说,坩埚是由石灰、碳素,还有必不可少的耐火材料组成,这些材料在制作的时候也要经过高温的烧制,才能做出能承受如此高温的溶液。

要是追溯坩埚的起源,那可就要从古代开始说起了。

根据中国考察团队发现,在我国最早的坩埚碎片是夏代的而完整的坩埚是在河南郑州、安阳发现的商代坩埚。

总的来说,可以分成四种形式,分别是灰陶大口尊、红陶大口缸、草拌泥盘筑、形似顶盔的红色陶器,最后一种因为形态特异,所以还有一个别名“将军盔”。

这些古时的坩埚一般是由石英砂制作的,也就是我们常说的“陶土”的主要成分。

它的熔点高达1700摄氏度,可以熔炼许多金属材料,坩埚的发明大大地提高了青铜铸造业的发展,可以说,青铜的兴盛,坩埚功不可没

除了古时的坩埚之外,其实有一种地形也被称作“坩埚”。

这种地形的形成那可就更早了,它出现在遥远的白垩纪恐龙时代。由地下几万米地核运动,喷发出大量的岩浆,地面大幅度的坍塌,剩下火山灰和浮石堆积,地上凝固。

就在这漫长的岁月中,不断有火山迸发,不停的侵蚀,最终造成了火山性陷落结构——锅状盆地,因为中间的岩浆极其像被高温炙烤过的坩埚,所以这种地形也被称作坩埚。

02、坩埚的发展历史

锅,能承载万物,可是为什么不叫大锅,土锅,偏偏要叫做坩埚?

其实,这个名字并不是顺手捏造,而是确实有它的相关记载。

在明朝的《天工开物·五金》中,曾记载了坩埚一词,“高炉火中,坩埚足炼”

在古时,铜是最早发现的金属,因为要冶炼出矿石中的铜所以不得不用容器,但是普通是石器一旦经过高温就会炸开口子。

那这怎么办呢?

聪明的古人想到了一个简单粗暴的办法,在土地上挖个坑,在这坑里炼铜

果然,在土地上炼铜不会有任何损失,但是在地上不能移动还是有些不方便的。

于是心生一计,把这坑拿起来不就好了吗?

最开始用一些泥土做一些中空的土球,风干之后将材料放到里面在火中烧制,知道化成铁水。这便是最早的坩埚

其实你发现了吗?中国的象形文字可不是说着玩的,在看到“坩埚”一词的偏旁就应该想到它是由“土”材料制作出来的。

随着技术的发展,坩埚的形态也在变化和进步,最终各种形态种类的坩埚都随之而来。

03、百变坩埚还能用土豆制作

根据加热材料的不同,研制了各种各样坩埚,铸铁坩埚、刚玉坩埚、石墨坩埚等,归根到底还是分为三大类:石墨坩埚、粘土坩埚和金属坩埚

这三大类中最好奇的就是石墨坩埚了,为什么一向最软的石墨变成坩埚中的老大哥了?

石墨坩埚,最耐高温一类坩埚,它的主要原料就是高纯度的天然石墨或者人造石墨。在制作的过程中,要尽量保持原料的纯度,一个不小心就会使坩埚变废。

第一步就是要将石墨原料和粘合剂进行混合,通过挤压的方式制作成石墨胚料,随后将石墨胚料放在干燥室中烘干,保证除去水分之后在高温炉中烧制

等到烧制好之后,先别急着用,最后关键一步,在表面涂上防渗材料。这样一个石墨坩埚就大功告成了。

那为何是石墨用途最广泛呢?这是因为石墨这一特殊的化学材料特别的稳定,在熔炼的过程中,石墨不会和金属溶液发生反应,就凭借着这一点,石墨坩埚秒杀了大多数材料的坩埚。

还有一点就是,石墨这一特殊的化学结构,表面十分的光滑,不管是内壁还是外壁都是如此,所以在冶炼完之后,不会留下任何金属残渣,这样也大大减少了浪费,降低了成本。

那么可能就会有人问,那石墨坩埚这么强悍为什么还要制作其他种类的坩埚呢?那到就不能一招鲜吃遍天么?

还真不行,世间万物都有相生相克,即便是石墨也不会例外。

石墨因为主要是由碳原子构成的,所以在高温下极其容易和氧气发生氧化反应

这种反应会导致结构中气孔增多,到达一定程度时,石墨坩埚就会破裂,所以就需要一层抗氧化涂层在外表涂上,不仅能防止发生化学反应还能延长使用时间。

虽然发展了这么多的坩埚,但还是阻拦不了人们想要整活的心。

那就是制作土豆坩埚。步骤很简单,只需要在土豆上挖开一个洞

接下来只需要在里面撒上一些硼砂和需要冶炼的碎金块,拿起高温火焰

枪对着土豆洞加热,虽然里面被烧成了碳,但是丝毫不影响金块的熔化。

一段时间之后,就能看到一粒粒的小金块变成了一滩金水把这耀眼的金水倒进凉水中,就变成了一块精美的黄金。

其实原理很简单,经过火焰枪烤射的土豆在外表形成了一层保护层,也就相当于石墨坩埚外层的保护层,不让里面的土豆遭到破坏,但如果用明火的话就成烤土豆了。

很显然,这种土豆坩埚是一次性的,但是确实能拿来用一下。

综上所述,坩埚材料大到金属小到土豆都可以做成,只要有稳定的化学性质和耐高温特性,什么都可以成为坩埚。

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