熔结玻璃坩埚图片
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编辑/江畔雨落
之前初中升高中的时候是有化学实验的,使用的坩埚是怎样的呢,一个小小的瓷器,但是无论多高的温度都不会把他烤炸。
就那么一个小小的东西,不仅可以进几百度高温的烘箱,还能用来炼铁炼钢,好像有着金刚不坏之身。
那它是用什么做的,这一身“钢筋铁骨”又是怎么练出来的呢?
【形态多变】
坩埚的形态很多,现实中经常用的大小一般都跟婴儿拳头差不多,但是实际上它是按照编号分大小的。
他们有高有矮,有胖有瘦,其中有炼铜坩埚,炼铜合金坩埚还有一种也叫炼铜坩埚,他们都是用编号一到一百算的。
由于坩埚的很多外部因素都会影响他的融化性能,比如说它的整体形状,杯壁厚度,甚至底部形状,生产材料。
就比如说底部比较平坦的坩埚具有更加良好的导热性,能够让物体受热更加均匀,但这种平底坩埚使用时间长了就会变形。
还有他的壁厚,一般来说比较薄的坩埚传热性能会更好一些,那里面金属熔化速度就会加快,但是薄的坩埚也是不经用,需要经常更换。
比较厚的坩埚倒是很耐用了,但是他传热太慢啊,相同的东西他可能要花费两倍的时间去融化了,效果不理想。
但也就有些那种需要低温烘烤的材料,需要烤很久很久,这时候就要靠厚壁坩埚的耐用性了,烤多久都没事。
所以经过多年的探索,就形成了千百种不同大小不同种类的坩埚,可以最大程度的融化实验物质。
同时经过多年探索,坩埚的使用时长以及适用范围也在慢慢地提高,那么他们都是用什么做的呢。
【使用材料】
最初的坩埚使用黏土制成的,但是随着技术发展,黏土制得坩埚不能满足生产需求了,所以人们就开始在其中加入其他物质。
就形成了后来各种各样的坩埚,一般广泛用于日常生活的,是有以下几种:
一种是石英坩埚,他外表形态一般有透明和半透明,其实最直观的说法就是玻璃和磨砂玻璃,很好分辨。
半透明的用料会更好一些,它的原材料就是大直径单晶硅,这种坩埚纯度高,耐热性更好,更能保温,更精密,得到的实验数据更为准确。
还有瓷坩埚,他就是用氧化铝以及二氧化硅制造的,碎了之后的切面就跟我们平时看到的瓷碗差不多。
他不能跟碱性物质过多接触,极易被腐蚀,所以只要是含碱的就不能用这种瓷坩埚了,以免被腐蚀报废掉。
铁质坩埚其实也有,但是太容易生锈了,生铁制得倒是稍微耐用一点,但是也就是一点并不多。
咱们日常用的铅笔芯,它的原材料石墨也可以用作坩埚,而且它的导热性极好,性质稳定不活泼,耐高温性也好。
而且不怕忽冷忽热,适应性较强,而且很耐腐蚀。
金子做的坩埚你见过么,这可是名副其实的贵金属,耐腐蚀性极强,但是熔点较低,所以大大限制了他的适用范围,而且千万不能接触王水,否则你就等着看它消失吧。
银子也可以做成坩埚使用,同样耐腐蚀性很好,价格也比金子便宜,但是又很多物质都会与他发生反应,所以适用范围也不是很广。
【坩埚的历史发展】
坩埚与实验室里给液体加热的烧杯不同,它主要就是给固体加热,粉末状或者固状体都有,也会用来熔炼金属或者蒸发液体。
那古时候的人们是怎么发现这种东西的呢?又是在什么时候发现的。
坩埚可是冶铁冶金的重要工具,在历史上并不少见他的身影,合理使用的话可以很大的提高工作效率。
实际上工业革命时期就已经有坩埚的身影了,那时是利用多个坩埚组成一个炉子,然后同时冶炼多种金属。
这种炉子的出现,让他们生产出更多品种钢铁,大大提高了生产效率,同时也推动了工业革命的成功
。
坩埚最早出现的时间是古巴比伦时期,时间就是公元前2000年左右了,这一时期坩埚的出现,想必给他们文明的进步提供了不少助力。
后来欧洲人也因此发现了一种叫
“坩埚钢”
的东西,这种物质就是在用坩埚时产生的一种新型材料,也称为“乌兹钢”。
这种东西被他们用到了军队防御上,为他们的东征西战提供了不小的帮助,帮助他们得到了不少的财富。
而在中国的话,新石器时代就有了类似坩埚的东西出现,根据现在已经发现的遗址,早在5000多年前中国人就有了这个认知。
商朝时期的坩埚就有了系统的使用,已经较为成熟了,主要用于青铜器的制作,那时的坩埚使用黏土制成的。
再往后发展,坩埚就主要用于冶炼金子,那是的冶金术可是不传之秘,坩埚就是其中的关键,所以它的制作配方一直都很神秘。
后来随着时间次数的变多,古人对冶金的器具也有了更为深刻的研究,利用各种材料进行尝试,各种融合调配,试图找出更加合适的配方。
知道近现代工业的出现,可用材料逐渐丰富起来,也对坩埚有了更多的研究与尝试,针对不同用途制出了各种坩埚。
而在20世纪,出现了抗腐蚀性极好的石英坩埚,他甚至可以不被电解液腐蚀,至此,石英坩埚被大力推广使用。
进入21世纪之后,单晶硅的用处被发掘,后来它也被制成了坩埚,并且被证明有着极强的抗腐蚀性,用处极为广泛。
【特殊的使用性质】
坩埚的性质是由他们的使用材料决定的,使用的材料不同他们的用途以及性质也是各不相同的。
石英坩埚是用单晶硅制作而成,熔点一般在2731度,单晶硅性质稳定,热膨胀系数好,耐高温耐腐蚀,不容易炸裂,所以他一般就会用于化学实验中。
各种腐蚀性较强的物质就比较适合放在石英坩埚中冶炼,或者进行一些熔融实验,都是没有什么影响的。
瓷坩埚的话,就是没有那么好的耐腐蚀性和保温性,而且受到温度如果较高的话会出现炸裂现象。
导热性没有石英坩埚那么好,但是它价格便宜,主要材料氧化铝以及二氧化硅并不是什么罕见材料,产出量较大。
现在大多数金属的熔点都会在一千度以下,坩埚的熔点大多实在两千到三千多度,所以就可以达到金属熔化而坩埚不受影响的现象。
金子银子这种贵重金属,平时去购买的时候就会出现损耗,如果用于那种称量残留物的实验中,就会极大的影响数据的准确性。
所以有特殊使用性质的并不是坩埚,而是制作坩埚所用的材料特别。
【注意事项】
使用时的注意事项当然也是依据他们的使用材料有所区别了,每种材料都是不一样的。
石英坩埚的话它最大的缺点就是不结实,掉地上容易碎,所以一定要小心放置,用完之后要清理干净妥善反复好。
如果承装了液体之后,要及时清洗干净,并且擦干水分,平时放在干燥器内储存,避免使用时被空气中的水分影响,使数据产生误差
。
石英坩埚的热冲击强度也不是很好,使用时间过长的话会有炸裂的危险,最好还是用用于熔点低且较为稳定的金属。
瓷坩埚的话也是不能摔,可能要比石英好一些但是也容易碎,但他不耐高温,遇高温就炸,也不能放强碱会引起腐蚀。
他做完实验后很容易清洗干净,擦干表面水分后放在烘箱里烘干,再妥善放置到干燥器中,避免使用时空气中水分影响数据。
【结语】
所以坩埚之所以可以用来冶炼金属,不是因为它是坩埚,而是因为制作他的材料足够耐高温,全部是因为原材料。
而且坩埚不止一种,不同的坩埚又有着不同的用处,但是也是各有各的缺点,全部都是因为原材料不同或制造工艺不同。
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参考文献:
百度百科————坩埚
知乎————坩埚的类型与性能及应用
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