根据明朝的《天工开物·五金》中的描述“高炉火中,坩埚足炼”。这是最早记载出现坩埚一词。
铜是古代最早使用的金属,因为比较容易获取,最开始使用木柴来烧铜矿石提炼铜,后来用木炭代替木材,那个时候的熔炉就是在地上挖个坑直接开始烧,后来开始用泥土制作中空的容器,倒入铜矿石粉放入火中烧,这就是最早的坩埚。
坩埚是用以熔化及熔炼金属液体,或者物质化学反应的一种耐火容器,一般形状就好像捣蒜用的捣臼,大部分都是上面大下面小的圆柱体,通过对坩埚进行高温加热来融化一些金属,也是通过加温让一些物质起化学反应的重要工具。
坩埚的种类有很多,铁坩埚,铸铁坩埚,石英坩埚,瓷坩埚,刚玉坩埚,石墨坩埚,碳化硅坩埚,白金坩埚,镍坩埚,金坩埚,银坩埚,比较常见的有石墨坩埚,碳化硅坩埚,铁坩埚,刚玉坩埚
石墨坩埚的主要原料有石墨、碳化硅、硅石、耐火粘土、沥青和焦油等。
以天然鳞片石墨为主体原料,以可塑性耐火粘土或炭质为粘结剂加工而成,具有耐高温、导热性能强、抗腐蚀性能好,使用寿命长等特点。
使用石墨坩埚需要注意一些事项,怕潮湿,怕摔,遇到高温会产生氧化反应,一般使用的时候会涂一层抗氧化涂料,或者是和刚玉坩埚一起搭配使用
碳化硅坩埚
至于为什么坩埚不会熔化
钢材是现代社会不可或缺的材料,遍及我们生活的方方面面,我们经常看到在炼钢厂中,通过一个金属一样的容器来盛装已经熔化的钢水,然后倒入模型中冷却后就成型了,但同样是金属,装钢水的这个容器为什么就不会被熔化呢?
其实这种金属容器是由多层结构组成的,最里面的这一层叫绝缘层,也叫隔热层,此外第二层还有隔温层,这层是将很多种耐高温的材料合在一起做成耐高温合金,比如铝镁层,而最外面的一层才是我们看到的那种普通金属层。
钢水温度经过里面的一层层削弱之后,到了最外面的一层后温度就只有三百多度了,远低于金属熔化的温度,自然也就不会熔化了。
而这种金属容器最里面的那种隔热层就是用的坩埚,它是由石英砂等材料做成的,它能承受达到1700摄氏度都不会熔化,对于那些普通的金属来说熔化温度也才一千多度,钢的熔点也就1500摄氏度左右,因此坩埚是不会发生熔化的。
还有就是在溶解或者盛装金属溶液之前,也需要选择好坩埚的材质,就能避免金属溶液将坩埚熔化,其实金属溶液也会在坩埚内与其发生反应和受到高温烧灼,这些反应和烧灼会让坩埚不断受到侵蚀,坩埚壁的厚度会逐渐变薄,直到最后报废。
而到了现代随着炼钢技术的不断进步,对于坩埚的要求越来越高,它除了要能够满足最基本的盛装铁水之外,它还要承受着在装的过程中铁水的进一步脱氧及合金的作用。
我们看到的坩埚是能承受高温又大还很笨重,表面还沾满了各种物质残渣的容器,但是坩埚是整个金属的熔炼,和一些物质加热后的化学反应过程中不可或缺的重要容器。