Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

14.3: Череп тигель

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    37142

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Метод «череп-тигель» або «череп-плавлення» в основному використовується для створення синтетичних фіанітів (принаймні, якщо мова йде про синтезі дорогоцінних каменів).
    Частина «черепа» відноситься до тонкої кірці (або черепу) білого діоксиду цирконію, яка утворюється навколо кристалізованого ядра.

    Хоча діоксид цирконію (ZrO 2) відбувається природним шляхом, він в основному моноклінний природи і відомий як baddeleyite. Кубічна форма, відома як «аркеліт», зустрічається іноді в цирконі.

    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Череп-тигельна піч

    Синтезування фіанітів поставило дві основні проблеми протягом 20 століття. Температура плавлення діоксиду цирконію була настільки високою (2750° C), що жоден зі звичайних тиглів (платина тощо) не витримував цього тепла. Інша проблема полягала в тому, що ZrO 2 має тенденцію кристалізуватися як моноклінні кристали, а не в кубічній системі.
    Перший бар'єр був прийнятий шляхом дозволу порошку діоксиду цирконію утворювати свій власний тигель (череп), а другий шляхом додавання стабілізаторів у вигляді ітрії (Y 2 O 3) або оксиду кальцію (CaO). Мольний відсоток стабілізаторів варіюється від 10 до 30% (зазвичай 15% для ітрії і 10% для оксиду кальцію).

    Для створення високих температур, необхідних для розплавлення оксиду цирконію, використовуються радіочастотні (РФ) хвилі. Вони мають частоту близько 4 МГц з напругою від 50 до 100 кВт (достатньо для живлення улюбленої радіостанції). Ця радіочастотна індукція працює лише на хороших електричних та теплових провідниках, діоксид цирконію не є одним з них. Вирішується це шляхом розміщення в центрі тигля стрижня з цирконієвого металу (який зреагує і перетвориться в сам фіаніт).

    Цирконієвий метал і порошок джерела діоксиду цирконію поміщаються всередині тигля (між пальцями) і система включається. Водопровідні труби забезпечують приплив холодної води до мідних «пальцях», які вистилають тигель, зберігаючи зовнішні периметри вихідного порошку прохолодними (запобігаючи його танення).
    Радіохвилі, які проходять через мідну котушку РФ нагрівають цирконієвий метал, який, в свою чергу, нагріває навколишній порошок. Коли цей порошок плавиться, він стає придатним для радіочастотної індукції і, в свою чергу, розплавляє навколишній порошок. Так триває до тих пір, поки порошок, близький до охолоджених пальців, не запобіжить його розплавленню.
    Роботи схожі на те, як працює кухонна мікрохвильова піч (але не однакова).

    Після індукції розплав повільно опускається з котушки і енергія котушки регулюється, щоб зберегти розплав між котушкою приблизно на 1400° C. під час цього повільного зниження (від 2 до 30 мм/год, залежно від складу розплаву) стовпчасті кристали утворюються і звільняються від стрес. При висоті печі 200мм це займає в середньому 12 годин. Коли загальна, тепер кристалізована, маса досягне температури 98°С, розплав з навколишнім «черепом» виймають з печі і залишають для охолодження на відкритому повітрі, після чого його розводять легким стуком молотка.
    Типовий пробіг потребує 1 кілограма порошку і дасть 500 грам дорогоцінного матеріалу кубічного цирконію.

    Як вже говорилося раніше, для того щоб розплавлена маса не кристалізувалася в моноклінній системі, в розплав додають стабілізатор. Це може бути як ітрія, так і оксид кальцію. Кожен з цих двох дасть невеликі варіації в оптичних і фізичних властивостях.

    Крім стабілізаторів, в якості легуючих речовин можуть бути додані інші елементи для створення кольорових кристалів. Деякі з них: цезій, хром, залізо, кобальт, неодим, празеодим, ванадій, мідь і марганець.

    Посилання

    • Дорогоцінні камені, їх джерела, описи та ідентифікація 4-е видання (1990) - Роберт Вебстер (6-е видання)